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船模水动力性能测试装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种船模水动力性能测试装置，包括安装平台、固定平台、运动平台、六分力天平、万向铰链和六个电动缸；六个电动缸的上、下端分别通过万向铰链连接固定平台和运动平台，六分力天平安装于三个支点所组成的等边三角形中心，六分力天平刚性连接试验船模的重心；固定平台通过安装平台安装于拖车横梁上；六电动缸通过伸缩运动使得运动平台产生不同方向的位移和旋转，从而模拟船模的横荡、纵荡、垂荡、横摇、纵摇和首摇运动。本发明还提供了利用上述装置进行船模水动力性能的测试方法。本发明能够精确模拟船模多个自由度运动，并结合六分力天平，测量出船模在不同试验状态时的各种水动力参数，全面地表征船模水动力性能。
【专利说明】船模水动力性能测试装置及方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及船舶性能试验【技术领域】，具体涉及一种船模水动力性能测试装置及方 法。

【背景技术】
[0002] 船模水动力性能测试是指利用物理模型方法，确定船模性能研究和船舶设计中所 要求的有关数据及资料的一种手段，它可以对船舶的综合航行性能进行系统的估算和评 估。通过船模试验，不仅可以研究新的船型，探讨影响船舶航行性能的各种因素，而且可以 对船舶在航行中所发生的物理过程获得更深刻的理解。它可以促进理论工程进一步发展， 使工程计算中所应用的计算方法不断的完善，提高理论研究和工程设计能力，改进船舶的 航行性能。因此，世界上造船工业比较发达的国家，无不重视船模试验池的建设并相应的发 展各种船模水动力性能测试装置。
[0003] 目前，船模各水动力性能的测试采用的是不同的测试装置，例如快速性试验采用 的是阻力仪、耐波性试验采用的是适航仪、操纵性试验采用的是平面运动机构等，而每进行 一项船模水动力性能的测试都要都要对设备进行重新拆卸和安装，试验效率很低。而船模 的各水动力系数则主要采用平面运动机构来测量，但是平面运动机构只能使船模做纯升 沉、纯俯仰、纯横荡、和纯首摇运动，所以船模的部分耦合水动力系数无法通过试验来测量， 导致船舶水动力性能无法准确的评估。


【发明内容】

[0004] 为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种船模水动力性能综合测试装 置，能够精确的带动船模产生横摇、纵摇、首摇、横荡、纵荡和垂荡运动，并结合六分力天平， 适合开展多种船模水动力性能试验，测量出船模在不同试验状态时的各种水动力参数，全 面地表征船模水动力性能。
[0005] 为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：
[0006] -种船模水动力性能测试装置，包括安装平台、固定平台、运动平台、六分力天平、 万向铰链和六个电动缸；
[0007] 六个电动缸的上、下端分别通过万向铰链连接固定平台和运动平台。六个电动缸 的上端点两两组成固定平台的三个支点，六个电动缸的下端点两两组成运动平台的三个支 点，固定平台和运动平台上的三个支点均构成等边三角形，固定平台上形成的三角形大于 运动平台上形成的三角形；六分力天平安装于运动平台的下表面，且位于运动平台三个支 点所组成的等边三角形的中心，六分力天平刚性连接试验船模的重心；固定平台通过安装 平台安装于拖车横梁上；拖车带动整个测试装置直线运动，同时六个电动缸通过伸缩运动 使得运动平台产生不同方向的位移和旋转，从而模拟船模在空间上横荡、纵荡、垂荡、横摇、 纵摇和首摇运动。
[0008] 进一步地，所述安装平台包括上连接件和下连接件；
[0009] 上连接件采用开口朝下的U形架，U形架的封闭端左、右两边对称开有两个卡槽， 该U形架的两侧壁与拖车横梁通过螺栓连接；
[0010] 下连接件为开口朝上的U形架，U形架的中部设有截面为倒梯形的空心凸台，空 心凸台的上端面固定连接上连接件的封闭端，该U形架的两侧壁与拖车横梁均通过螺栓连 接；下连接件的下表面中心开有凹槽，固定平台的上表面加工有与凹槽匹配的凸台，以对固 定平台进行定位。
[0011] 进一步地，所述电动缸的行程和相邻电动缸之间的夹角使得运动平台的运动性能 指标满足下表：。
[0012]
[0013]

【权利要求】
1. 一种船模水动力性能测试装置，其特征在于，包括安装平台、固定平台、运动平台、六 分力天平、万向铰链和六个电动缸； 六个电动缸的上、下端分别通过万向铰链连接固定平台和运动平台。六个电动缸的上 端点两两组成固定平台的三个支点，六个电动缸的下端点两两组成运动平台的三个支点， 固定平台和运动平台上的三个支点均构成等边三角形，固定平台上形成的三角形大于运动 平台上形成的三角形；六分力天平安装于运动平台的下表面，且位于运动平台三个支点所 组成的等边三角形的中心，六分力天平刚性连接试验船模的重心；固定平台通过安装平台 安装于拖车横梁上；拖车带动整个测试装置直线运动，同时六个电动缸通过伸缩运动使得 运动平台产生不同方向的位移和旋转，从而模拟船模在空间上横荡、纵荡、垂荡、横摇、纵摇 和首摇运动。
2. 根据权利要求1所述的船模水动力性能测试装置，其特征在于，所述安装平台包括 上连接件和下连接件； 上连接件采用开口朝下的U形架，U形架的封闭端左、右两边对称开有两个卡槽，该U形 架的两侧壁与拖车横梁通过螺栓连接； 下连接件为开口朝上的U形架，U形架的中部设有截面为倒梯形的空心凸台，空心凸台 的上端面固定连接上连接件的封闭端，该U形架的两侧壁与拖车横梁均通过螺栓连接；下 连接件的下表面中心开有凹槽，固定平台的上表面加工有与凹槽匹配的凸台，以对固定平 台进行定位。
3. 根据权利要求1或2所述的船模水动力性能测试装置，其特征在于，所述电动缸的行 程和相邻电动缸之间的夹角使得运动平台的运动性能指标满足下表：
4. 一种利用权利要求1至3任意一项权利要求所述的船模水动力性能测试装置进行船 模操纵性试验测试的方法，其特征在于，具体为： 开动拖车拖动安装平台，驱使船模直线运动；通过控制台输入控制程序，控制电动缸的 伸缩与旋转来实现船模的横摇、纵摇、首摇、横荡、纵荡和垂荡运动及其与拖车直线运动的 各种组合运动； 通过六分力天平测出船模作自由运动时的三个力：横向力X，纵向力Y，垂向力Z ;三个 力矩：横倾力矩K，纵倾力矩M，偏航力矩N ;通过控制台控制程序获取船模的三个速度：横 向速度u，纵向速度V，垂向速度w ;三个角速度：横倾角速度p，纵倾角速度q，偏航角速度 r ;三个加速度：横向加速度!丨、纵向加速度垂向加速度三个角加速度：横倾角加速度 P，纵倾加角速度4，偏航加角速度-: 已知船模重量m，重力P，浮力B ;重心纵向坐标xe，浮心纵向坐标xc ;三个位移方向上的 附加质量mx，my，mz ;船模对三个坐标轴的惯性矩Ix，Iy，Iz及相应附加惯性矩J x，Jy，Jz ; 建立船模的运动方程为：
5. -种利用权利要求1至3任意一项权利要求所述的船模水动力性能测试装置进行船 模阻力试验测试的方法，其特征在于，具体为： 开动拖车拖动安装平台，驱使船模直线运动；通过控制台输入控制程序，控制电动缸 的伸缩与旋转来调整船模的运动姿态，通过六分力天平测出船模带姿态运动时所受到的阻 力。
6. -种利用权利要求1至3任意一项权利要求所述的船模水动力性能测试装置进行船 模自航试验测试的方法，其特征在于，具体为： 开动拖车拖动安装平台，驱使船模直线运动；通过控制台输入控制程序，控制电动缸的 伸缩与旋转来调整船模的运动姿态，通过六分力天平测出船模带姿态自航时运动平台所施 加的强制力。
【文档编号】G01M10/00GK104280206SQ201410554978
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年10月17日 优先权日:2014年10月17日
【发明者】孙江龙, 涂海文, 阳航, 谢文雄 申请人:华中科技大学