【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及适用于冰水池尺度水下物体约束上浮破冰模型装置及方法，属于船舶与海洋结构物航行领域。
技术介绍
1、极地地区航行作业的水下航行体由于作业任务、通讯联络以及物资补给等需要，应具备一定的破冰上浮能力。当前的破冰方式主要有两种，一种是选择冰层较薄或存在冰层间隙的区域，通过排出压载水的方法提供较大的静浮力进行上浮。另一种则是采用高压气体快速吹除，同时辅以螺旋桨动力，以较高的速度及俯仰角冲撞破冰。目前，美、俄、英等国已在北极地区成功进行了实艇破冰测试。其中，美、英两国的破冰能力为1米左右，而俄罗斯“台风”级潜艇的破冰厚度可达3米。
2、目前已有国内外研究人员对水下航行体的上浮破冰开展了较为广泛的研究。申请号为cn20181071508.x的专利提出了一种潜艇上浮破冰方法，主要从功能上对潜艇的构造进行了设计。在模型试验方面，申请号为cn201811237013.5的专利中较早提出了一种模拟潜艇破冰的模型试验装置，其设计了一个通过滑轨支架吊举矩形板上浮的机构，采用弹簧模拟浮力作用，能够实现冰层的破坏并基于弹簧测力计测量垂向载荷。该装置主要适用于低速上浮，可用于模拟上述第一种破冰方式，而对模拟高速、恒速冲撞破冰难度较大。该装置中支撑弹簧的方框宽度较大，在移动过程中易形成较为明显的流体干扰，影响试验结果有效性。且上方的设计方案较难布置高速摄像机等设备，对冰层俯瞰角度裂纹扩展的全局观测造成了较大难度。此外在调整俯仰角时，上方吊环距离对整个方框的上浮姿态稳定性干扰较大。申请号为cn202310016024.5的专利也提出了一种
技术实现思路
1、专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种适用于冰水池尺度水下物体约束上浮破冰模型装置及方法，采用吊升方式实现水下物体的上浮，其中物体固定在升降桁架上。当升降驱动系统启动时，绳缆以恒定的速度传动直线轨滑块带动升降竖挂件运动，进而带动与之连接的升降桁架运动，实现水下物体的恒速上浮，可供研究人员开展试验现象的观测工作。
2、技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术的一种适用于冰水池尺度水下物体约束上浮破冰模型装置，包括一对横跨支架，横跨支架的顶部设有定滑轮，在横跨支架的外侧设有电机，电机与升降绳连接，升降绳绕过定滑轮与滑块连接，滑块位于横跨支架上的直线轨上，滑块与升降竖挂件连接，两个升降竖挂件分别与升降桁架的一端连接，在升降桁架上固定安装有水下物体模型，在升降竖挂件内插入有加热棒；水下物体模型固定在升降桁架上，通过启动电机，升降绳匀速带动直线轨滑块与升降竖挂件在直线轨上滑动，从而带动升降桁架进行垂向向上运动，以实现水下物体的恒速上浮。
3、作为优选，所述升降桁架中部对称设有销孔，销孔位置处插入水下物体模型的支撑杆，通过销钉进行穿孔固定。
4、作为优选，所述横跨支架包含骑轨槽钢、支架立管、下横管、上框面长管、上框面短管、底板斜支管和电机座横管，所述支架立管焊接在骑轨槽钢上，底板斜支管焊接在支架立管和骑轨槽钢上，所述下横管两端分别与两侧的骑轨槽钢焊接，在骑轨槽钢之间焊接有电机座横管，在支架立管的顶端焊接有上框面短管。
5、作为优选，所述上框面短管焊接有框架角肘板与支架立管连接。
6、一种适用于冰水池尺度水下物体约束上浮破冰模型装置的实验方法，包括以下步骤：
7、(1)模型设备各部件安装，检查各装置安装是否正确，确保各设备运行正常；
8、(2)按照试验方案，调整两个升降竖挂件的位置，使水下物体的俯仰角满足试验方案要求；
9、(3)按照试验方案，调整绳缆控制器的频率，使水下物体上浮速度能够满足试验方案要求；
10、(4)试验开始前10s开启加热棒；
11、(5)试验开始时断开加热棒开关，启动绳缆控制器的开关，完成水下物体的恒速恒倾角上浮。
12、有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
13、①本专利技术可应用于冰水池等较大尺度的模型试验研究，冰模型无需进行预先制备与后期加持固定。模型试验环境更贴合实际上浮破冰场景，操作简便易懂；
14、②本专利技术采用吊升方式进行物体上浮，可以适用于水深较浅的水池试验环境；
15、③本专利技术驱动装置主体部分位于水体以上，可以有效避免繁杂的试验装置防水处理；
16、④本专利技术能够实现水下物体以指定(恒、变)速度及(恒、变)俯仰角进行强迫上浮运动，可以适用于近冰面上浮水动力规律以及冰层在物体顶升作用下的破坏模式的试验研究。
17、综上，本专利技术可协助研究人员对水下航行体近冰面上浮的壁面效应以及破冰上浮的机理奠定较好的试验基础。
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1.一种适用于冰水池尺度水下物体约束上浮破冰模型装置，其特征在于：包括一对横跨支架，横跨支架的顶部设有定滑轮，在横跨支架的外侧设有电机，电机与升降绳连接，升降绳绕过定滑轮与滑块连接，滑块位于横跨支架上的直线轨上，滑块与升降竖挂件连接，两个升降竖挂件分别与升降桁架的一端连接，在升降桁架上固定安装有水下物体模型，在升降竖挂件内插入有加热棒；水下物体模型固定在升降桁架上，通过启动电机，升降绳匀速带动直线轨滑块与升降竖挂件在直线轨上滑动，从而带动升降桁架进行垂向向上运动，以实现水下物体的恒速上浮。
2.根据权利要求1所述的适用于冰水池尺度水下物体约束上浮破冰模型装置，其特征在于：所述升降桁架中部对称设有销孔，销孔位置处插入水下物体模型的支撑杆，通过销钉进行穿孔固定。
3.根据权利要求1所述的适用于冰水池尺度水下物体约束上浮破冰模型装置，其特征在于：所述横跨支架包含骑轨槽钢、支架立管、下横管、上框面长管、上框面短管、底板斜支管和电机座横管，所述支架立管焊接在骑轨槽钢上，底板斜支管焊接在支架立管和骑轨槽钢上，所述下横管两端分别与两侧的骑轨槽钢焊接，在骑轨槽钢之间焊接有
4.根据权利要求1所述的适用于冰水池尺度水下物体约束上浮破冰模型装置，其特征在于：所述上框面短管焊接有框架角肘板与支架立管连接。
5.一种如权利要求1至4任一项所述的适用于冰水池尺度水下物体约束上浮破冰模型装置的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种适用于冰水池尺度水下物体约束上浮破冰模型装置，其特征在于：包括一对横跨支架，横跨支架的顶部设有定滑轮，在横跨支架的外侧设有电机，电机与升降绳连接，升降绳绕过定滑轮与滑块连接，滑块位于横跨支架上的直线轨上，滑块与升降竖挂件连接，两个升降竖挂件分别与升降桁架的一端连接，在升降桁架上固定安装有水下物体模型，在升降竖挂件内插入有加热棒；水下物体模型固定在升降桁架上，通过启动电机，升降绳匀速带动直线轨滑块与升降竖挂件在直线轨上滑动，从而带动升降桁架进行垂向向上运动，以实现水下物体的恒速上浮。
2.根据权利要求1所述的适用于冰水池尺度水下物体约束上浮破冰模型装置，其特征在于：所述升降桁架中部对称设有销孔，销孔位置处插入水下物体模型的支撑杆，通...
【专利技术属性】
技术研发人员：鞠磊，贾宾，王庆，韩端锋，李凤来，薛彦卓，倪宝玉，狄少丞，鲁阳，李家宝，赵荣升，胡辰骏，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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