用于船模水动力系数辨识的船模速度与受力同步测量系统技术方案

本发明专利技术涉及的用于船模水动力系数辨识的船模速度与受力同步测量系统，由推力系统、测速系统和测试平台组成，所述推力系统包含测力器，并安装在测试平台上，用于驱使船模在水中运动并测量船模的实时受力，所述测速系统用于实时测量船模速度，所述测试平台固定安装在船模上。通过推力系统驱使船模在试验水池中自由运动，并实时同步测量船模受力，通过测速系统实时同步测量船模的运动速度，获得在时间序列上准确对应的船模运动与受力关系以用于船模水动力系数的辨识。本发明专利技术采用了“给定受力—测量运动”这种新型的船模水动力测量的设计思想，能够实现船模在完全自由状态下受力和运动参数的同步测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及船舶实验领域，尤其涉及一种用于船模水动力系数辨识的船模速度与受力同步测量系统，可以准确测量时间序列上对应的船模运动和受力参数，方便的应用于水动力系数的辨识。
技术介绍
船舶在航行过程中，要能够按照驾驶者的要求，一方面能方便、稳定地保持航向、航速，避免左右偏航，另一方面能迅速改变航向、航速，准确灵活地执行各种机动，避免碰撞事故，这两个方面都属于船舶操纵性的范畴，分别对应于船舶的航行稳定性和机动性。近年来，随着海洋航运及内河航运的发展，船舶进一步大型化和高速化，同时船舶航行密度增大，使船舶操纵困难，海损事故增多。据统计，船舶的碰撞和触礁等操纵性方面的因素是导致船舶失事的重要原因。船舶事故不仅造成生命财产的巨大损失，超级油轮和化学运输船失事还会造成海域大面积污染，引起各国政府和公众深切关注。因此许多国家的船级社要求新建造的船舶和进入该国水域的船舶提交详细的操纵性计算书和实船试验报告，对船舶操纵性提出明确而严格的要求。要在船舶设计阶段对船舶的操纵性进行计算预报，事先必须给定船舶的操纵性水动力系数，而通过船模操纵性水动力系数测量试验来确定其水动力系数是目前最为准确的方法。现在用于测量船舶操纵性水动力系数的试验装置主要有旋臂水池机构和平面运动机构两种。旋臂水池是一种进行拘束船模试验的专用水池。在圆形水池中心有一小岛，岛上装有一套旋臂装置，臂的另一端支撑在圆水池壁面的轨道上，船模可以固定在旋臂的任一位置处，当旋臂绕小岛上的中心轴旋转时，带动船模在水池中作各种半径的圆形运动，船模处于完全拘束状态随旋臂运动，船模与旋臂的结合位置处安装有测力传感器，可以测量船模在任何一种给定运动状态下的水动力，再经过计算分析求得船舶的操纵性水动力系数。平面运动机构是另一种为了测量船模操纵性水动力系数而专门设计建造的装置，平面运动机构安装在船模拖曳水池的拖车上使用。传统的拖车只能给船模单一方向的运动速度，而平面运动机构能够在原来的运动状态上叠加另一个速度分量和旋转运动分量，所以拖车装上了平面运动机构以后，船模可以做出任一给定的运动情况。平面运动机构与船模相连接的地方装有测力传感器，可以测量船模在各种运动状态的受力，根据受力计算分析得到船舶的操纵性水动力系数。综合来看，现有的船模操纵性水动力系数测量系统，基本的原理就是首先设计船模的运动方案，然后运用机构约束船模使之在水池中按照所设计的方案运动起来，同时测量约束状态下船体的水动力，这类“给定运动-测量受力”的测量系统，主要的问题是：(1)船模有的自由度受约束、运动被规定，与实际船舶自由航行情况有差异，可能导致运动不真实，水动力不准确；(2)试验机构必须要保证很高的船模运动精度和测力精度，试验机构复杂。针对目前船模操纵性水动力系数测量装置的主要问题，本专利技术将现有船模水动力测量装置的测量原理从“给定运动-测量受力”改为“给定受力-测量运动”，并提出了用于船模水动力系数辨识的船模速度与受力同步测量系统。
技术实现思路
本专利技术的目的主要是针对目前的船模水动力系数测量系统都是基于“给定运动-测量受力”的思路来设计，从而导致船模运动受约束、水动力不准确、试验机构复杂等问题，提出了一种基于“给定受力-测量运动”思路的用于船模水动力系数辨识的船模速度与受力同步测量系统。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：用于船模水动力系数辨识的船模速度与受力同步测量系统，所述测量系统由推力系统、测速系统和测试平台组成，所述推力系统包含测力器，并安装在测试平台上，用于驱使船模在水中运动并测量船模的实时受力，所述测速系统用于实时测量船模速度，所述测试平台固定安装在船模上。进一步地，上述方案中，所述推力系统优选为风力系统，所述风力系统包含至少一套风力装置，所述风力装置包括涵道风扇、测力器和可旋转基座，所述的涵道风扇安装在测力器上，测力器安装在可旋转基座上，涵道风扇带有调速控制盒，可旋转基座的角度可调。所述测速系统优选采用差分GPS测速系统，所述差分GPS测速系统包括基准站和移动天线，所述的差分GPS系统的基准站固定安装在地面，所述的差分GPS系统的移动天线安装在测试平台的两端。所述的用于船模水动力系数辨识的船模速度与受力同步测量系统的工作原理为：所述测量系统可以通过所述推力系统驱使船模在试验水池中自由运动，并实时同步测量船模的运动速度和船模受力，获得在时间序列上准确对应的船模运动与受力关系以用于船模水动力系数的辨识。所述的用于船模水动力系数辨识的船模速度与受力同步测量系统的测量过程为：当采用用于船模水动力系数辨识的船模速度与受力同步测量系统进行船模水动力系数测量试验时，将测试平台固定安装在船模上，所述推力系统产生推力，推力传递到船模上，船模会产生纵向运动加速度和速度、横向运动加速度和速度、转首角角速度和角速度，所述推力系统中的测力器测量船模的实时受力，所述测速系统测量船模的实时运动状态参数，从而实现了对船模受力状态和运动状态的同步高精度测量，测量结果可以方便地应用于船模水动力系数的辨识。本专利技术的有益技术效果：(1)本专利技术将船模水动力测量装置的设计思想从传统的“给定运动-测量受力”改变为新型的“给定受力-测量运动”，提出了一种新式的用于船模水动力系数辨识的船模速度与受力同步测量装置。该测量装置避免了现有船模水动力测量机构拘束船模运动、使船模试验中运动状态与实船自由航行状态有差异的问题，能够实现船模无约束的真实运动。(2)本专利技术能够实时测量自由运动船模的受力特征和运动参数。数据记录不仅能保证从船模运动的非定常状态到定常状态全覆盖，而且能实现船体受力测量与运动状态测量在时间序列上严格对应，从而可以建立任一状态下船体运动和受力之间确切的关系式，方便的进行船模水动力系数的辨识。附图说明图1用于船模水动力系数辨识的船模速度与受力同步测量装置示意图其中：1—涵道风扇2—测力器3—可旋转基座4—差分GPS测速系统5—测试平台6—船模。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行说明用于船模水动力系数辨识的船模速度与受力同步测量系统，所述测量系统由推力系统、测速系统和测试平台组成，所述推力系统包含测力器，并安装在测试平台上，用于驱使船模在水中运动并测量船模的实时受力，所述测速系统用于实时测量船模速度，所述测试平台固定安装在船模上。如图1所示，本实施例中用于船模水动力系数辨识的船模速度与受力同步测量系统，由涵道风扇1、测力器2、可旋转基座3、差分GPS测速系统4和测试平台5组成。所用的涵道风扇1安装在测力器2上，测力器2安装在可旋转基座3上，涵道风扇1带有调速控制盒，可旋转基座3的角度可调，涵道风扇1、测力器2和可旋转基座3组成一套风力装置，本实施例中所述推力系统为风力系统，所述风力系统包含三套风力装置，所述风力系统安装在测试平台5上。所用的差分GPS测速系统4的移动天线分别安装在测试平台5的两端，差分GPS测速系统4的基准站固定安装在地面。所述测试平台5固定安装在水池中的船模6上。本实施例中用于船模水动力系数辨识的船模速度与受力同步测量系统的测量过程为：当采用用于船模水动力系数辨识的船模速度与受力同步测量系统进行船模水动力系数测量试验时，将测试平台5固定安装在船模6上，所述涵道风扇1按指定的转速转动产生风力，风力传本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于船模水动力系数辨识的船模速度与受力同步测量系统，其特征在于：由推力系统、测速系统和测试平台组成，所述推力系统包含测力器，并安装在测试平台上，用于驱使船模在水中运动并测量船模的实时受力，所述测速系统用于实时测量船模速度，所述测试平台固定安装在船模上。

【技术特征摘要】
2016.05.10 CN 20161030335801.用于船模水动力系数辨识的船模速度与受力同步测量系统，其特征在于：由推力系统、测速系统和测试平台组成，所述推力系统包含测力器，并安装在测试平台上，用于驱使船模在水中运动并测量船模的实时受力，所述测速系统用于实时测量船模速度，所述测试平台固定安装在船模上。2.根据权利要求1所述的用于船模水动力系数辨识的船模速度与受力同步测量系统，其特征在于：所述推力...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志华，王威，尚留宾，陈刚，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42