本发明专利技术涉及一种水池船舶碰撞实验系统，主要包括正向牵引导向装置，牵引钩(8)，航向稳定机构和反向牵引装置(15)，其中，正向牵引导向装置安装在导轨(7)首端，牵引钩(8)设置在移动架(5)的中点处，牵引钩(8)保持水平状态，船模(9)的前端导向架(22)卡在牵引钩(8)中，正向牵引装置牵引船模(9)向前运动时，牵引钩(8)将船模(9)与移动架(5)连接成整体，船模(9)能随着移动架(5)一起向前加速；航向稳定机构设置在船模的尾部，反向牵引装置(15)设置在水池导轨的尾端，用于在实验中船模加速完成之后对移动架(5)进行减速；本发明专利技术结构简单，且实现了对移动架的运动控制，当船模速度达到预定值后其与移动架分离。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种船舶碰撞实验技术，特别是涉及一种用于在水池中进行船模加速并使船模与结构物碰撞的实验系统和碰撞实验方法。
技术介绍
船舶碰撞是可能造成严重人员生命、财产损失和环境污染的灾难性事故，一般分为两类研究问题:船船碰撞和船与固定物碰撞。现今对船舶与结构物碰撞的研究方法主要是理论分析计算和实船实验研究。由于船舶与结构物碰撞过程涉及到非常复杂的非线性塑性变形过程，理论计算分析误差比较大，采用碰撞实验进行相关研究是必不可少的一部分。目前进行船舶碰撞的实验方法主要包括小尺度模型实验和实尺度实验，但是现今进行实尺度实验会耗费巨大的人力、物力和财力，所以主要以小尺度缩比模型实验作为主要的研究手段。2011年12月28日公开的专利技术专利201010213892.5公开了 “一种船撞桥试验水池”，其主要内容是:水池两侧设置有纵向轨道，船模拖曳装置横架设于两纵向轨道上，包括纵向行走小车、横向轨道和横向移动装置，纵向行走小车置于两纵向轨道上，可载船模拖拽装置整体沿纵向轨道移动，纵向行走小车上架设有横向轨道，横向移动装置置于横向轨道上，可沿横向轨道移动，横向移动装置下方安装有用于固定船模的固定装置，所述固定装置可以转动。该技术方案虽然提供了一种通过控制船舶模型拖曳装置的纵向行走小车的速度、横向移动装置的位置和转动船模前进的角度来模拟船舶航行中撞桥状态的方法。但是该方案没有设立合理的牵引脱离装置，在碰撞过程中无法对横向移动装置与船舶模型的连接处进行保护，在频繁的碰撞过程中由于碰撞力比较大的缘故可能会导致船舶模型拖曳装置发生损坏。2013年08月21日公开的专利技术专利201310179285 “约束型实验超空泡发生装置”公开了一种水池船舶实验的牵引系统，其主要内容是:在试验水箱上方装有两根相对布置的“Z”字型导轨，承载滑块与导轨构成滑动副，连接杆的一端与承载滑块连接，另一端安装有实验模型伸入实验水箱内，钢丝的一端与承载滑块连接，另一端与拖拽装置中的卷扬轮连接；在实验过程中启动伺服电机带动卷扬轮转动，通过拖拽钢丝使承载滑块达到一定的实验速度。但是该方案只适用于小模型的空泡现象研究，无法满足对碰撞过程中船舶模型的拖曳工作，且无法保证船舶模型在航行过程中的方向稳定性。小尺度缩比模型实验主要包括可靠的船舶控制方法和测试系统，所以研究专利技术一套可靠的在实验水池中进行的船舶碰撞实验系统显得十分必要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决已有的技术缺陷，避免实船碰撞实验时难以控制、耗费巨大等问题，从而提出一种在水池中进行船舶碰撞研究的实验系统和实验方法。其利用可靠的加速方法对水池中的小尺度船模进行加速到预定值，然后通过船模与固定结构物的碰撞获得相应的实验数据。本专利技术的技术方案是提供了一种水池船舶碰撞实验系统，包括正向牵引导向装置，牵引钩，航向稳定机构和反向牵引装置，其特征在于:正向牵引导向装置安装在导轨首端，其包括岸上固定架、牵引钢丝绳、卷扬机和移动架；其中，岸上固定架固定在水池的两边，岸上固定架上设有卷扬机，移动架的两端设有导缆孔，钢丝绳穿过导缆孔将卷扬机和移动架连接在一起；牵引钩设置在移动架的中点处，牵引钩保持水平状态，船模的前端导向架卡在牵引钩中，正向牵引装置牵引船模向前运动时，牵引钩将船模与移动架连接成整体，船模能随着移动架一起向前加速；关闭正向牵引装置并开启反向牵引装置使移动架时，船模的导向架水平向前运动并与牵引钩分离；航向稳定机构设置在船模的尾部，航向稳定机构包括叉形结构，船模尾部设置一根竖直向上的直杆，在船模加速航行过程中，船模尾部直杆插在“L”型杆的叉形结构中；反向牵引装置设置在水池导轨的尾端，用于在实验中船模加速完成之后对移动架进行减速。本专利技术还提供了一种水池船舶碰撞实验系统进行碰撞实验的方法:其特征在于包括如下步骤:步骤1、将实验船模的船首与船身装配连接，并在船首与船身之间安装测量碰撞力的压力传感器；步骤2、实验时，首先将实验船模与移动架的牵引钩和航向稳定装置连接，将实验碰撞板固定安装在夹钳机构之间；步骤3、安装实验碰撞板后的动态响应数据采集传感器，并且在水池两边架设高速摄影仪捕捉碰撞实验过程；步骤4、启动正向牵引装置将船模加速至预定速度；步骤5、当船模速度达到预定值后，正向牵引装置停止工作，同时反向牵引装置开始工作使移动架减速直至停止，此时船模在惯性的作用下与牵引钩和航向稳定机构分离；步骤6、船模以一定的速度值向前运动并与实验碰撞板完成碰撞过程，GPS速度测量仪获得碰撞开始瞬间的船模速度值；步骤7、实验碰撞板背面的各类数据采集传感器记录下整个碰撞过程中的实验数据，同时高速摄影仪捕捉记录整个碰撞实验过程，实验船模的船首与船身之间的压力传感器测量记录下当前的碰撞力时间历程数据。本专利技术的有益效果在于:(I)本专利技术利用正向牵引装置和反向牵引装置来实现对移动架的运动控制，实验船模与移动架之间通过牵引钩进行连接，当船模速度达到预定值后其与移动架分离。(2)本专利技术中，船模在水池中通过导向装置确保与正确的方向和速度在给定位置与碰撞结构物相撞，并有结构物上的数据采集传感器记录下有关数据，该方法准确、快捷、控制方便。(3)另外，本专利技术中，由于可以在此水池船舶碰撞实验系统中重复进行各种船舶与结构物之间的小尺度碰撞实验，避免了实船碰撞实验时难以控制和费用高等问题。【附图说明】图1是水池船舶碰撞实验系统的俯视图；图2是移动架与实验船模的连接结构图；图3是航向稳定机构示意图；图4是实验船模的船首与船身连接示意图；图5是实验碰撞力数据图；图6是实验碰撞力数据图；图7是实验碰撞力数据图。其中:1水池边界；2岸上固定架；3钢丝绳；4卷扬机；5移动架；6导缆孔；7导轨；8牵引钩；9实验船模；10夹钳结构；11实验用板；12传感器；13GPS速度测量仪；14光电开关；15反向牵引装置；16航向稳定机构；17船尾直杆；18实验船模船首部分；19连接螺栓；20压力传感器；21实验船模船身部分；22船模导向架；23水平连接杆；24叉形结构。【具体实施方式】下面结合附图1-7和实施例对本专利技术进一步说明。在该实施例中，水池船舶碰撞实验系统，包括正向牵弓I导向装置，牵弓I钩8，航向稳定机构和反向牵引装置15。其中:如图1所示，正向牵引导向装置安装在导轨7首端，由岸上固定架2、牵引钢丝绳3、卷扬机4和移动架5组成；其中，岸上固定架2固定在水池的两边，岸上固定架2上设有卷扬机4，移动架5的两端设有导缆孔6，钢丝绳3穿过导缆孔6将卷扬机4和移动架5连接在一起；移动架5安装在水池两边的导轨7之上，通过卷扬机4的运转可以使移动架5沿着导轨7进行加速运动；移动架5两端与导轨7连接处安装有滚轮，移动架5在牵引力的作用下可以沿着导轨7方向运动。卷扬机4与移动架7之间的钢丝绳3应与导轨线平行。如图2所示，移动架5与实验船模9之间设置有牵引钩8，牵引钩8实现两者之间的联结和分离；在移动架5的中点处固定牵引钩8，牵引钩始终保持水平状态，且实验船模9的前端导向架22恰好固定在牵引钩8中，船模9与牵引钩8连接在一起后只能向前运动，无法向后运动；待试验准备工作完成后开启正向牵引导向装置，移动架5在钢丝绳3的作用下开始沿着导轨7向前加速运动，由于牵引钩8将船模9与移动架5固定成本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种水池船舶碰撞实验系统，包括正向牵引导向装置，牵引钩(8)，航向稳定机构和反向牵引装置(15)，其特征在于：正向牵引导向装置安装在导轨(7)首端，其包括岸上固定架(2)、牵引钢丝绳(3)、卷扬机(4)和移动架(5)；其中，岸上固定架(2)固定在水池的两边，岸上固定架(2)上设有卷扬机(4)，移动架(5)的两端设有导缆孔(6)，钢丝绳(3)穿过导缆孔(6)将卷扬机(4)和移动架(5)连接在一起；牵引钩(8)设置在移动架(5)的中点处，牵引钩(8)保持水平状态，船模(9)的前端导向架(22)卡在牵引钩(8)中，正向牵引装置牵引船模(9)向前运动时，牵引钩(8)将船模(9)与移动架(5)连接成整体，船模(9)能随着移动架(5)一起向前加速；关闭正向牵引装置并开启反向牵引装置使移动架(5)时，船模的导向架(22)水平向前运动并与牵引钩(8)分离；航向稳定机构设置在船模的尾部，航向稳定机构包括叉形结构(16)，船模尾部设置一根竖直向上的直杆(17)，在船模加速航行过程中，船模尾部直杆(17)插在“L”型杆的叉形结构中(16)；反向牵引装置(15)设置在水池导轨的尾端，用于在实验中船模加速完成之后对移动架(5)进行减速。...
【技术特征摘要】
1.一种水池船舶碰撞实验系统，包括正向牵引导向装置，牵引钩(8)，航向稳定机构和反向牵引装置(15)，其特征在于: 正向牵引导向装置安装在导轨(7)首端，其包括岸上固定架(2)、牵引钢丝绳(3)、卷扬机(4)和移动架(5);其中，岸上固定架(2)固定在水池的两边，岸上固定架(2)上设有卷扬机(4)，移动架(5)的两端设有导缆孔(6)，钢丝绳(3)穿过导缆孔(6)将卷扬机(4)和移动架(5)连接在一起； 牵引钩(8)设置在移动架(5)的中点处，牵引钩(8)保持水平状态，船模(9)的前端导向架(22)卡在牵引钩(8)中，正向牵引装置牵引船模(9)向前运动时，牵引钩(8)将船模(9)与移动架(5)连接成整体，船模(9)能随着移动架(5) —起向前加速；关闭正向牵引装置并开启反向牵引装置使移动架(5)时，船模的导向架(22)水平向前运动并与牵引钩(8)分离； 航向稳定机构设置在船模的尾部，航向稳定机构包括叉形结构(16)，船模尾部设置一根竖直向上的直杆(17)，在船模加速航行过程中，船模尾部直杆(17)插在“L”型杆的叉形结构中(16)； 反向牵引装置(15)设置在水池导轨的尾端，用于在实验中船模加速完成之后对移动架(5)进行减速。2.根据权利要求1所 述的水池船舶碰撞实验系统，其特征在于:船模(9)在牵引装置作用下通过直线加速达到预定速度值后，移动架(5)减速，船模(9)与移动架(5)脱离并与前方的碰撞结构物相撞。3.根据权利要求1所述的水池船舶碰撞实验系统，其特征在于:移动架(5)安装在水池两边的导轨(7)之上，通过卷扬机(4)的运转使移动架(5)沿着导轨(7)进行加速运动；移动架(5)两端与导轨(7)连接处安装有滚轮，移动架(5)在牵引力的作用下可...
【专利技术属性】
技术研发人员：庄元，郑元洲，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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