一种运维船模型和测试方法技术

本发明专利技术涉及一种运维船模型和测试方法，运维船模型包括缩比物理模型的船模型本体；船模型本体上设有缩比波浪补偿登乘装置

【技术实现步骤摘要】
一种运维船模型和测试方法


[0001]本专利技术涉及船舶试验
，具体为一种运维船模型和测试方法
。

技术介绍

[0002]深远海风电场运维船及核心登乘装备研发需要评估其在风浪联合作用下的运动响应和主动波浪补偿登乘装置的控制效果及运行效果
。
涉及到空气动力和水动力性能的耦合分析
、
控制理论和控制算法等，常用的研究手段包括理论计算
、
数值模拟和模型试验
。
试验方法是运维船及核心登乘装备研发过程中不可或缺的技术手段，不仅可以验证控制理论和控制算法与数值模拟方法的正确性，还可用于外推预报实尺度运维船及核心登乘装备在真实海洋环境中服役时的动力性能和实施效果
。
[0003]现有的运维船及核心登乘装备的模型试验一般都是在实验室水池中开展的，通过造波机和造风装置可以分别模拟自然海域中的波浪和风场，从而研究风浪环境作用下的运维船及核心登乘装备的水动力性能和带波浪补偿的登乘装置的补偿效果
。
但是在实验室水池中开展的模型试验具有较强的局限性，存在以下技术问题：
[0004]1.
采用小尺度模型的水池试验存在较大的尺度效应；
[0005]2.
实验室水池存在空间局限性，试验模型受限于试验空间，模型设置比较小；会导致模型所受水动力无法准确满足相似关系；
[0006]3.
实验室水池中所模拟的风浪环境与实际三维海浪环境存在较大的差异性；
[0007]4.
实验室模拟测试的时间有限，难以准确外推预测实际运维船及核心登乘装置在长期服役期间的极值运动与控制效果
。
[0008]以上技术问题使得现有的运维船模型测试无法为运维船及登乘装置的性能评估和优化设计提供真实可靠的数据来源
。

技术实现思路

[0009]针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的之一是：提供一种运维船模型，能够在实际三维海浪环境进行试验，可为运维船及登乘装置的性能评估和优化设计提供真实可靠的数据来源
。
[0010]本专利技术的目的之二是，提供一种运维船模型的测试方法，能够用于在风电运维船实船建造前以中试艇的形式开展海试
。
[0011]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0012]一种运维船模型，包括缩比物理模型的船模型本体；
[0013]船模型本体上设有可用于真人登乘的波浪补偿登乘装置
、
数据采集仪
、
随船计算机
、
环境参数测量系统和波浪补偿登乘装置测试系统；
[0014]环境参数测量系统包括分别与数据采集仪相连接的随船浪高仪
、
风速风向仪以及流速流向仪，数据采集仪与随船计算机相连接；
[0015]随船浪高仪与船模型本体连接位置处设有高速陀螺惯性云台，用于保证浪高仪不
受船舶摇荡运动干扰并始终保持竖直状态；
[0016]风速风向仪安装于船模型本体顶部，用于测量船模型本体所处海域的风力信息；
[0017]流速流向仪用于测量船模型本体所处海域的海水流速和流向；
[0018]波浪补偿登乘装置测试系统用于控制并测量波浪补偿登乘装置的运动
。
[0019]进一步，船模型本体设置有多个横舱壁分割舱室以安装动力推进装置，相邻的横舱壁分割舱室连接处采用水密设计，临时间隙采用硅胶条密封
。
[0020]进一步，动力推进装置包括电机
、
推进器以及电池组，电机和推进器由电池组提供电源；电机安装于船模型本体内，用于驱动推进器运行
。
[0021]进一步，船模型本体内分散设有多个压载块，用于调节运维船模型的重心位置和转动惯量并保证与实船相似
。
[0022]进一步，波浪补偿登乘装置测试系统包括测量单元
、
控制单元和执行单元，测量单元包括安装于波浪补偿登乘装置的运动姿态传感器，用于测量波浪补偿登乘装置的六自由度运动信息，并将所得数据传输给控制单元，控制单元用于运用自适应数据处理方法和高精度运动控制策略计算回转
、
俯仰和伸缩三个自由度控制指令，以控制执行单元进行运动补偿作业，使登乘舷梯在风浪干扰条件下保持平稳状态
。
[0023]进一步，波浪补偿登乘装置包括六自由度补偿装置和登乘舷梯，六自由度补偿装置安装于船模型本体；登乘舷梯首端与六自由度补偿装置固定连接，末端用于搭接外部的海上风电桩基模型；
[0024]登乘舷梯采用扬俯
、
伸缩的舷梯，通过伸缩
、
俯仰
(
升降
)
来补偿船体的横摇
、
纵摇
、
升沉经由六自由度运动补偿装置后的残余运动，以实现整个登靠系统的最优稳定状态
。
[0025]进一步，船模型本体设有转盘装置，六自由度补偿装置安装于转盘装置上
。
[0026]进一步，转盘装置包括下转盘
、
转盘电机和上转盘，转盘电机固设于下转盘且驱动连接于上转盘，六自由度补偿装置安装于上转盘，下转盘设有位姿传感器；位姿传感器连接于转盘电机，用于检测下转盘的运动信息并相应控制转盘电机动作，转盘电机用于带动上转盘和六自由度补偿装置转动以主动抵消运维船的艏摇运动
。
[0027]一种运维船模型的测试方法，包括以下步骤，
[0028]组装并调试好运维船模型及测试系统，等待环境参数达到工况要求，前往相应实海域进行海试；
[0029]在试验场地安装海上风电桩基模型，将登乘舷梯末端与海上风电桩基模型相连接，并调整好运维船模型与海上风电桩基模型的相对位置；
[0030]波浪补偿登乘装置系统测量单元通过位姿传感器采集六自由度补偿装置的运动信息，将运动信息放大并输送到控制单元，控制单元根据接收到的运动信息控制执行单元进行运动补偿作业，并记录补偿运动；
[0031]将控制单元所记录的补偿运动与输入的所需补偿运动参数进行对比，评估波浪补偿登乘装置的补偿能力和效果
。
[0032]进一步，当船模型本体的艏摇随着风浪运动时，
[0033]利用转盘装置带动六自由度补偿装置在转盘装置上转动，实现被动式补偿；或者，
[0034]利用位姿传感器检测下转盘的运动信息，并根据下转盘的运动信息，控制转盘电机带动上转盘和六自由度补偿装置相应转动以主动抵消运维船的艏摇运动，实现主动式补
偿
。
[0035]总的说来，本专利技术具有如下优点：
[0036]1.
目前已有的六自由度波浪补偿登乘系统的测试方法多是在试验室进行，在实验室中只能通过模拟船舶运动数据来确定六自由度平台的运动输入，而船舶运动模拟器只能将海浪作为规则波或规则波的叠加来进行处理，但是运维船模型在海上所遭遇的波浪为真实海浪，是风和重力共同作用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种运维船模型，其特征在于：包括缩比物理模型的船模型本体；船模型本体上设有可用于真人登乘的波浪补偿登乘装置
、
数据采集仪
、
随船计算机
、
环境参数测量系统和波浪补偿登乘装置测试系统；环境参数测量系统包括分别与数据采集仪相连接的随船浪高仪
、
风速风向仪以及流速流向仪，数据采集仪与随船计算机相连接；随船浪高仪与船模型本体连接位置处设有高速陀螺惯性云台，用于保证浪高仪不受船舶摇荡运动干扰并始终保持竖直状态；风速风向仪安装于船模型本体顶部，用于测量船模型本体所处海域的风力信息；流速流向仪用于测量船模型本体所处海域的海水流速和流向；波浪补偿登乘装置测试系统用于控制并测量波浪补偿登乘装置的运动
。2.
根据权利要求1所述的一种运维船模型，其特征在于：船模型本体设置有多个横舱壁分割舱室以安装动力推进装置，相邻的横舱壁分割舱室连接处采用水密设计，临时间隙采用硅胶条密封
。3.
根据权利要求2所述的一种运维船模型，其特征在于：动力推进装置包括电机
、
推进器以及电池组，电机和推进器由电池组提供电源；电机安装于船模型本体内，用于驱动推进器运行
。4.
根据权利要求1所述的一种运维船模型，其特征在于：船模型本体内分散设有多个压载块，用于调节运维船模型的重心位置和转动惯量并保证与实船相似
。5.
根据权利要求1所述的一种运维船模型，其特征在于：波浪补偿登乘装置测试系统包括测量单元
、
控制单元和执行单元，测量单元包括安装于波浪补偿登乘装置的运动姿态传感器，用于测量波浪补偿登乘装置的六自由度运动信息，并将所得数据传输给控制单元，控制单元用于运用自适应数据处理方法和高精度运动控制策略计算回转
、
俯仰和伸缩三个自由度控制指令，以控制执行单元进行运动补偿作业，使登乘舷梯在风浪干扰...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈超核，宋志飞，焦甲龙，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：