船模试验中模拟风流载荷的装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种船模试验中模拟风流载荷的装置，包括闭环伺服系统模块和自动控制模块；闭环伺服系统模块和自动控制模块用于设置在船模上；闭环伺服系统模块包括深浸没全回转螺旋桨和深浸没侧推螺旋桨；自动控制模块包括六自由度光学运动测量装置、推力分配模块、风流载荷数据库以及推力-转速曲线存储单元；六自由度运动测量装置布置用于根据船速、艏向角以及设定的风速、流速通过推力-转速曲线存储单元中存储的推力-转速曲线查询风流载荷数据库求得船模所受到的风流载荷，进而通过推力分配模块计算得到深浸没全回转螺旋桨和深浸没侧推螺旋桨的推力和角度。本发明专利技术能够实现风场和流场的大范围覆盖，解决传统造风和造流的不均匀及衰减问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及海洋工程，具体地，涉及一种船模试验中模拟风流载荷的装置。
技术介绍
风和流作为重要的海洋环境条件之一，是进行船模试验中需要模拟的重要试验参数。目前，海洋工程中对流的模拟通常采用一组或多组固定在岸边或固定在拖车上的风机和造流管在一定区域内形成风场和流场的方法实现。分析此种模拟技术，发现其不足点在于:1、造风和造流设备的造风和造流能力有限，无法模拟大风速和流速的情况；2、传统方式造出的风场和流场均存在不均匀及衰减的问题，降低了试验的精度；3、风场和流场覆盖范围有限，仅能在一定的宽度范围内产生风场和流场；4、造风和造流管的位置一般固定不动，无法产生多角度的来流，限制了试验的灵活性；5、传统造流设备从开始造流到流场稳定需要较长的时间，降低了试验的效率；6、传统造流设备无法快速改变流速，不能模拟变流速的情况，降低了试验的效率;7、风机一般位于开敞水域上方，风机产生的风会在水池中产生风成波和风成流，影响流场，降低试验的精度；8、设备庞大而且造价高昂，使用中需要消耗大量电能。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种船模试验中模拟风流载荷的装置。旨在船舶模型试验中比较精确地模拟风流载荷，以解决试验中设备造风和造流能力有限、风场和流场不均匀、覆盖范围有限、灵活性差、需要消耗大量电能等问题。根据本专利技术提供的船模试验中模拟风流载荷的装置，包括闭环伺服系统模块和自动控制模块；其中，所述闭环伺服系统模块和所述自动控制模块用于设置在船模上；所述闭环伺服系统模块包括深浸没全回转螺旋桨和深浸没侧推螺旋桨；所述自动控制模块包括六自由度光学运动测量装置、推力分配模块、风流载荷数据库以及推力-转速曲线存储单元；所述六自由度运动测量装置布置用于根据船速、艏向角以及设定的风速、流速通过推力-转速曲线存储单元中存储的推力-转速曲线查询风流载荷数据库求得船模所受到的风流载荷，进而通过推力分配模块计算得到深浸没全回转螺旋桨和深浸没侧推螺旋桨的推力和角度。优选地，所述深浸没全回转螺旋桨包括舵机、第一伺服电机、第一固定框架、第一轴套、第一传动装置、转角传感器以及第一螺旋桨；其中，所述第一伺服电机的第一电机轴穿过所述第一轴套通过所述第一传动装置驱动所述第一螺旋桨的叶片转动；所述舵机、第一伺服电机设置在所述第一固定框架上；所述第一螺旋桨设置在所述第一轴套上；所述舵机驱动所述第一轴套沿周向旋转，进而带动所述第一螺旋桨的底座沿周向旋转；所述转角传感器用于测量所述第一轴套的旋转角度。优选地，所述舵机包括舵机主体、舵机轴和平带轮传动装置；其中，所述舵机主体与固定框架的第一下底板相连接，所述舵机轴通过第一联轴器与舵机主体相连接，所述舵机轴通过平带轮传动装置驱动所述轴套相配合。优选地，所述第一伺服电机包括第一伺服电机主体和第一电机轴；其中，所述第一电机轴通过第二联轴器与第一伺服电机主体相连接，所述第一电机轴穿透第一固定框架的第一下底板且通过第一轴承与第一固定框架的第一下底板相连接。优选地，所述第一固定框架包括第一下底板和第一下底板；所述第一下底板通过第一焊接结构件与第一下底板焊接形成的第一箱型结构；所述第一轴套通过第一轴承固定于固定所述第一下底板上。优选地，所述第一传动装置为圆锥齿轮传动装置。优选地，所述转角传感器固定于第一固定框架的第一下底板上。优选地，所述第一螺旋桨包括第一螺旋桨主体和第一螺旋桨轴；所述第一螺旋桨主体通过螺栓固定于第一螺旋桨轴上，所述第一螺旋桨轴通过第二轴承和第三轴承与所述第一轴套相连接，第一伺服电机的第一电机轴通过第一所述传动装置驱动所述第一螺旋桨轴转动。优选地，所述深浸没侧推螺旋桨包括第二伺服电机、第二固定框架、第二轴套、第二传动装置以及第二螺旋桨；其中，所述第二伺服电机包括第二伺服电机主体和第二电机轴，所述第二电机轴通过第二联轴器与第二伺服电机主体相连接；所述第二电机轴穿过所述第二固定框架的第二下底板且通过第四轴承与第二固定框架的第二下底板相连接；所述第二固定框架包括第二下底板和第二下底板；第二下底板通过焊接结构件与所述第二下底板焊接形成的第二箱型结构；所述第二轴套通过第四轴承固定于第二固定框架的第二下底板上，所述第二传动装置采用圆锥齿轮传动装置；所述第二螺旋桨包括第二螺旋桨主体和第二螺旋桨轴，所述第二螺旋桨主体通过螺栓固定于第二螺旋桨轴上，所述第二螺旋桨通过第五轴承和第六轴承与第二轴套相连接，所述第二螺旋桨轴传动与第二伺服电机的第二电机轴通过第二传动装置与所述第二螺旋桨轴转动。优选地，所述第一下底板和所述第二下底板用于固定于所述船模的甲板上。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果:1、本专利技术能够实现风场和流场的大范围覆盖，解决传统造风和造流的不均匀及衰减问题；2、本专利技术能够模拟多种风场和流场情况；3、本专利技术螺旋桨的埋深较大，不易发生空泡等情况，并能减少桨与船之间的干扰，使模拟更加准确；4、本专利技术能实时给出风流载荷的数值，解决了传统试验中难以直接测量的问题；5、本专利技术充分利用风风流载荷数据库，使模拟更加准确；6、本专利技术在试验中能很快达到稳定，不需要等待的时间，提高了试验的效率；7、本专利技术能极大地减小模拟风场和流场所需的电能，绿色环保；8、本专利技术使用方便，仅需要对船模做很小的改动即可应用；9、本专利技术是一个闭环控制系统，无需人工干预。10、本专利技术安装方便，对船的型线没有大的影响。【附图说明】通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显:图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术的正视示意图；图3是本专利技术的俯视示意图；图4本专利技术中深浸没全回转螺旋桨的结构示意图；图5是本发中深浸没全回转螺旋桨的正视示意图；图6是本专利技术中电机的结构示意图；图7是本专利技术中固定框架的结构示意图；图8是本专利技术中舵机的结构示意图；图9是本专利技术中角传感器结构示意图；图10是本专利技术中传动装置的结构示意图；图11是本专利技术中深浸没侧推螺旋桨的结构示意图；图12是本专利技术中深浸没侧推螺旋桨的正视示意图；图13是本专利技术风流载荷模拟流程图；图14是本专利技术中深浸没螺旋桨布置示意图。【具体实施方式】下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。在本实施例中，本专利技术提供的船模试验中模拟风流载荷的装置，包括闭环伺服系统模块和自动控制模块；其中，所述闭环伺服系统模块和所述自动控制模块用于设置在船模上；所述闭环伺服系统模块包括深浸没全回转螺旋桨1和深浸没侧推螺旋桨2 ;所述自动控制模块包括六自由度光学运动测量装置、推力分配模块、风流载荷数据库以及推力-转速曲线存储单元；所述六自由度运动测量装置布置用于根据船速、艏向角以及设定的风速、流速通过推力-转速曲线存储单元中存储的推力-转速曲线查询风流载荷数据库求得船模所受到的风流载荷，进而通过推力分配模块计算得到深浸没全回转螺旋桨1和深浸没侧推螺旋桨2的推力和角度。所述深浸没全回转螺旋桨1包括舵机3、第一伺服电机4、第一固定框架8、第一轴套16、第一传动装置6、转角传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种船模试验中模拟风流载荷的装置，其特征在于，包括闭环伺服系统模块和自动控制模块；其中，所述闭环伺服系统模块和所述自动控制模块用于设置在船模上；所述闭环伺服系统模块包括深浸没全回转螺旋桨(1)和深浸没侧推螺旋桨(2)；所述自动控制模块包括六自由度光学运动测量装置、推力分配模块、风流载荷数据库以及推力‑转速曲线存储单元；所述六自由度运动测量装置布置用于根据船速、艏向角以及设定的风速、流速通过推力‑转速曲线存储单元中存储的推力‑转速曲线查询风流载荷数据库求得船模所受到的风流载荷，进而通过推力分配模块计算得到深浸没全回转螺旋桨(1)和深浸没侧推螺旋桨(2)的推力和角度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：付世晓，吴剑桥，欧绍武，代思宇，亢思汗，卢子琦，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31