【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及海洋工程，更具体地说，涉及大型风帆的陆基试验。
技术介绍
1、随着全球范围内低碳减排新规的颁布和实施，全球航运业和造船业正在向着绿色化方向发展。船用风帆装置以风能这一清洁能源作为推动力，在国际上掀起了新一轮浪潮。大船集团率先开展了全球首次翼型风力助推远洋货轮的技术研究，突破了一系列关键技术，包括陆基试验中升降试验配重的制定。
2、由于海洋环境复杂，在风帆的使用时既要受到风载荷又要受到由船舶引起的惯性载荷，那么主要支撑结构在这些载荷的作用下，不发生失效，以保证人员与船舶安全。
3、风帆的机械系统由回转基座、桅杆以及帆面组成。由于桅杆与旋转基座通过螺栓连接，帆面悬挂在桅杆上，所以风帆的升降能力主要是由桅杆的升降能力决定。在实际使用过程中，风帆的桅杆需要克服重量载荷、惯性载荷、风载荷以及摩擦载荷实现升降，而在陆基试验的侧拉试验中，主要通过侧拉力模拟上述载荷，考察桅杆的是否能够在模拟载荷下顺利实现升降。
4、在模拟上述载荷的过程中，将重量载荷、垂向的惯性载荷通过侧拉载荷的垂直分量实现；将侧向惯性载荷和风载荷等侧向力所形成摩擦力同样通过侧拉载荷的水平分量实现；同时需考虑各个机械部件本身的载荷限制，试验工装本身的力学特性和构件之间的摩擦力。
技术实现思路
1、本专利技术为了验证风帆的主要结构强度以及升降系统的设计能力，以惯性载荷、风载荷以及风帆作业工况作为设计输入，通过在陆地上模拟风帆在复杂海洋环境中所受到的载荷，以工装及配重方式进行加载，以此
2、为了达到上述目的，本专利技术提供一种大型风帆陆基试验中升降试验的配重获取方法，包括如下步骤：
3、s1、通过设计和实际情况确认如下参数：
4、重量载荷：包括侧拉点以上各节桅杆、机械构件以及帆面的重量，记做g1；
5、惯性载荷：包括侧拉点以上各节桅杆、机械构件、帆面的垂向力g2；各侧拉点以上各节桅杆、机械构件、帆面的侧向力t1，各节桅杆搭接处的弯矩值m1和摩擦力f1；
6、风载荷：风帆由风载荷引起的侧向力t2，并由侧向力引起的弯矩值m2和摩擦力f2；
7、水平载荷：t1+t2
8、垂向载荷：fv+f，其中fv为风帆各部件本身的重力以及各部件受垂向惯性载荷引起的垂向力，fv＝g1+g2；f为桅杆相对运动产生的摩擦力，若滑动摩擦系数为λ，f＝f1+f2＝λt1+λt2。
9、弯矩：m，为水平惯性载荷所引起的弯矩以及风的侧向力所引起的弯矩，m＝m1+m2。
10、s2、确定侧拉试验所模拟的载荷状态；
11、侧拉点低于工装点的垂向距离为h1，记最低侧拉点为n，此时侧拉钢丝绳a与水平夹角为θ，风帆中心与工装滑轮d的距离为l；
12、侧拉点高于工装点的垂向距离为h2，记工装点为m，此时侧拉钢丝绳a与水平夹角为θ，风帆中心与工装滑轮d的距离为l；
13、f1为重物的重力，重力通过钢丝绳与定滑轮后形成拉力f2作用于桅杆，那么f2的水平分力为f2·cosθ，垂向分力为f2·sinθ，根部受到的弯矩为f2·z·cosθ；
14、s3、分解侧拉过程，获取配重；
15、风帆上升时，第一过程，记为p1，为最低侧拉点高度运行至工装点高度；第二过程，记为p2；为工装点高度运行至风帆最大起升高度；风帆下降时，第三过程，记为p3，为风帆由最大起升高度运行至工装点高度；第四过程，记为p4，为工装点高度运行至最低侧拉点高度；
16、过程p1中配重受水平向分力的限制条件：
17、记为式(4)
18、μ为载荷夹在使用滑轮的滚动摩擦系数；
19、过程p1中配重受垂向分力的限制条件：
20、记为式(5)
21、过程p1中配重受总弯矩的限制条件：
22、记为式(6)
23、对于p1过程，z是桅杆升起后，距离最低侧拉点的高度；
24、过程p2中配重受水平向分力的限制条件：
25、记为式(9)
26、过程p2中配重受垂向分力的限制条件：
27、记为式(10)
28、过程p2中配重受总弯矩的限制条件：
29、记为式(11)
30、对于p2过程，z是桅杆升起后，距离工装点的高度；
31、由式(4)(5)(6)(9)(10)(11)计算得到的结果，取这些结果中的最小值作为f1，即为上升工况下的侧拉载荷；如果上升过程只满足p2，即侧拉点高度一直都是高于工装高度时，那么由式(9)(10)(11)计算得到的结果，取这些结果中的最小值作为f1；
32、过程p3中配重受水平向分力的限制条件：
33、记为式(14)
34、过程p3中配重受垂向分力的限制条件：
35、记为式(15)
36、过程p3中配重受总弯矩的限制条件：
37、记为式(16)
38、对于p3过程，z是桅杆下降后，距离工装点的高度；
39、过程p4中配重受水平向分力的限制条件：
40、记为式(19)
41、过程p4中配重受垂向分力的限制条件：
42、记为式(20)
43、过程p4中配重受总弯矩的限制条件：
44、记为式(21)
45、对于p4过程，z是桅杆下降后，距离最低侧拉点的高度；
46、由式(14)(15)(16)(19)(20)(21)计算得到的结果，取这些结果中的最小值作为f1，即为下降工况下的侧拉载荷；如果下降过程只满足p3，即侧拉点高度一直都是高于工装高度时，那么由式(14)(15)(16)计算得到的结果，取这些结果中的最小值作为f1；
47、最终，确定了风帆在侧拉试验中的载荷。
48、优选方式下，步骤s1的惯性载荷包括垂向惯性载荷以及侧向惯性载荷。通过风帆所在船舶位置最大的垂向加速度av，根据av以及部件的重量，可得到侧拉点以上各节桅杆、机械构件、帆面的垂向力g2；通过风帆所在船舶位置最大的侧向加速度al，以及部件的重量，可得到各部件的侧向力t1。
49、优选方式下，步骤s1的风载荷，与风帆的剖面翼型，通过数值计算或风洞试验获取风帆帆面的总受力，之后根据所计算的帆面的面积比例得到由风载荷引起的侧向力t2，并由侧向力引起的弯矩值m2和摩擦力f2。
50、优选方式下，步骤s3中，若侧拉点高度高于工装高度时，考虑风帆上升时，只考虑p2过程，考虑风帆下降时，只考虑p3过程。步骤s3之后根据风帆的控制方法，增加限制条件以模拟实际工况。
51、本专利技术通过在陆地上模拟风帆在实船营运中涉及的工况，确认各个工况下的极限载荷，对于风帆桅杆的机构设置确定侧拉试验中拉力的施加位置，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种大型风帆陆基试验中升降试验的配重获取方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述大型风帆陆基试验中升降试验的配重获取方法，其特征在于，步骤S1的惯性载荷包括垂向惯性载荷以及侧向惯性载荷。
3.根据权利要求2所述大型风帆陆基试验中升降试验的配重获取方法，其特征在于，步骤S1中，通过风帆所在船舶位置最大的垂向加速度aV，根据aV以及部件的重量，可得到侧拉点以上各节桅杆、机械构件、帆面的垂向力G2。
4.根据权利要求2所述大型风帆陆基试验中升降试验的配重获取方法，其特征在于，步骤S1中，通过风帆所在船舶位置最大的侧向加速度aL，以及部件的重量，可得到各部件的侧向力T1。
5.根据权利要求1所述大型风帆陆基试验中升降试验的配重获取方法，其特征在于，步骤S1的风载荷，与风帆的剖面翼型，通过数值计算或风洞试验获取风帆帆面的总受力，之后根据所计算的帆面的面积比例得到由风载荷引起的侧向力T2，并由侧向力引起的弯矩值M2和摩擦力f2。
6.根据权利要求1所述大型风帆陆基试验中升降试验的配重获取方法，其特征在于，步骤S3
7.根据权利要求1所述大型风帆陆基试验中升降试验的配重获取方法，其特征在于，步骤S3之后根据风帆的控制方法，增加限制条件以模拟实际工况。
...【技术特征摘要】
1.一种大型风帆陆基试验中升降试验的配重获取方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述大型风帆陆基试验中升降试验的配重获取方法，其特征在于，步骤s1的惯性载荷包括垂向惯性载荷以及侧向惯性载荷。
3.根据权利要求2所述大型风帆陆基试验中升降试验的配重获取方法，其特征在于，步骤s1中，通过风帆所在船舶位置最大的垂向加速度av，根据av以及部件的重量，可得到侧拉点以上各节桅杆、机械构件、帆面的垂向力g2。
4.根据权利要求2所述大型风帆陆基试验中升降试验的配重获取方法，其特征在于，步骤s1中，通过风帆所在船舶位置最大的侧向加速度al，以及部件的重量，可得到各部件的侧向力...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈立，潘友鹏，赵晓玲，李文贺，张倩，彭贵胜，梅荣兵，刘闯，卢冉，张祺，马珊，李家彤，刘佳，
申请(专利权)人：大连船舶重工集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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