CN112683320A - 一种三自由度适航仪实验平台 - Google Patents
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Abstract
本发明属于船舶耐波性实验技术领域，具体涉及一种三自由度适航仪实验平台。本发明通过在垂直杆下端设计交叉滚子轴承，连接在模型的铰支座上，交叉滚子轴承可以转动，垂直杆也可以上下移动，在模拟来浪后模型受力移动，产生纵摇、升沉、纵荡三个自由度(纵向迎浪)的运动，且设备体积小，易于调节操作，调整模型的角度，可产生横摇、横荡、升沉三个自由度(横向迎浪)的运动。本发明通过设计纵向位移传感器和垂向位移传感器，连接数据处理***，在模型受力后，传感器将模型的水平和垂直方向的数据传输给数据处理***，数据处理***进行处理后，使得人们可以更直观清楚地从数据了解试验模型的真实运动姿态。
Description
技术领域
本发明属于船舶耐波性实验技术领域，具体涉及一种三自由度适航仪实验平台。
背景技术
众所周知，船舶或者海洋结构物在航行海上作业或者航行时会面对很多的危险，其中最危急的就是风浪的冲击。为了在面对危险时有所准备，不造成严重的后果，在设计时，船舶或者海洋结构物会进行耐波性实验。耐波性(sea-keeping)是指船舶等在风浪等外力作用下，产生摇荡运动以及砰击、上浪、失速等现象时仍具有足够的稳性和船体结构强度，并能保持一定的航速安全航行的性能。
耐波性实验主要是通过对船模船舶或海洋结构物模型进行波上波浪模拟实验，主要模拟船舶在波浪中受到的六个运动自由度的力，包括纵摇、横摇、艏摇、纵荡、横荡和垂荡。耐波性中最关心的三个自由度的运动时横摇、纵摇、升沉。现有的船舶与海洋结构物模型试验中，多自由度运动响应的接触式测量要借助适航仪来完成。
但现有的适航仪体积大、重量重、成本高、维护要求严格、使用中对试验模型有很强的约束作用，不能够直观地反映试验模型的真实运动姿态。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三自由度适航仪实验平台。
本发明的目的通过如下技术方案来实现：包括实验桁架、水池和实验设备；所述的实验桁架包括底座和顶部平台；所述的水池安装在实验桁架的底座和顶部平台之间；所述的实验设备包括纵向机座、移动座、垂直杆和实验模型；所述的纵向机座安装在实验桁架的顶部平台上，纵向机座位于水池内侧的上方，在纵向机座内部设有纵向滑道和纵向位移传感器；所述的移动座安装在纵向机座内部，移动座可沿纵向滑道进行纵向运动；所述的纵向位移传感器感知并收集移动座的纵向位移数据；所述的移动座内部设有垂向滑道和垂向位移传感器，垂向滑道由移动座顶面贯穿至底面；所述的实验模型置于水池中且漂浮在水面上，在实验模型上安装有铰支座；所述的垂直杆从移动座的垂向滑道穿过，在垂直杆下端安装有交叉滚子轴承，交叉滚子轴承与实验模型的铰支座连接；所述的垂向位移传感器感知并收集垂直杆的垂向位移数据。
本发明还可以包括：
所述的垂直杆与移动座之间设有锁紧装置，在不进行实验时可使用锁紧装置固定垂直杆，使实验设备作为一个固定连接的整体进行收纳。
所述的底座由第一底部纵杆、第二底部纵杆、第一底部横杆、第二底部横杆、第一竖杆、第二竖杆、第三竖杆和第四竖杆组成；所述的顶部平台由第一顶部纵杆、第二顶部纵杆、第一顶部横杆和第二顶部横杆组成；所述的第一底部横杆的左端固定在第一底部纵杆的中部左侧，第一底部横杆的右端固定在第二底部纵杆的中部左侧；所述的第二底部横杆的左端固定在第一底部纵杆的中部右侧，第二底部横杆的右端固定在第二底部纵杆的中部右侧；所述的第一顶部纵杆的左端固定在第一顶部横杆的左端部，第一顶部纵杆的右端固定在第二顶部横杆的左端部；所述的第二顶部纵杆的左端固定在第一顶部横杆的右端部，第二顶部纵杆的右端固定在第二顶部横杆的右端部；所述的第一竖杆的下端垂直固定在第一底部横杆与第一底部纵杆的连接位置处，第一竖杆的上端垂直固定在第一顶部纵杆与第一顶部横杆的连接位置处；所述的第二竖杆的下端垂直固定在第二底部横杆与第一底部纵杆的连接位置处，第二竖杆的上端垂直固定在第一顶部纵杆与第二顶部横杆的连接位置处；所述的第三竖杆的下端垂直固定在第二底部横杆与第二底部纵杆的连接位置处，第三竖杆的上端垂直固定在第二顶部纵杆与第二顶部横杆的连接位置处；所述的第四竖杆的下端垂直固定在第一底部横杆与第二底部纵杆的连接位置处，第四竖杆的上端垂直固定在第二顶部纵杆与第一顶部横杆的连接位置处；所述的第一竖杆中部与第一底部纵杆的左端之间设有一根加固斜杆；所述的第四竖杆中部与第二底部纵杆的左端之间设有一根加固斜杆；所述的第二竖杆中部与第一底部纵杆的中部和右端之间各设有一根加固斜杆，且两根加固斜杆的倾斜角度相同；所述的第三竖杆中部与第二底部纵杆的中部和右端之间各设有一根加固斜杆，且两根加固斜杆的倾斜角度相同。
本发明的有益效果在于：
本发明通过在垂直杆下端设计交叉滚子轴承，连接在模型的铰支座上，交叉滚子轴承可以转动，垂直杆也可以上下移动，在模拟来浪后模型受力移动，产生纵摇、升沉、纵荡三个自由度(纵向迎浪)的运动，且设备体积小，易于调节操作，调整模型的角度，可产生横摇、横荡、升沉三个自由度(横向迎浪)的运动。本发明通过设计纵向位移传感器和垂向位移传感器，连接数据处理***，在模型受力后，传感器将模型的水平和垂直方向的数据传输给数据处理***，数据处理***进行处理后，使得人们可以更直观清楚地从数据了解试验模型的真实运动姿态。
附图说明
图1是本发明的整体示意图。
图2是本发明的实验设备部分结构示意图。
图3是本发明的模型部分结构示意图。
图4是本发明的桁架结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
针对目前船舶或海洋结构物耐波性实验中，现有的适航仪体积大、重量重、成本高、维护要求严格、使用中对试验模型有很强的约束作用，不能够直观地反映试验模型的真实运动姿态的问题，本发明提出了一种三自由度适航仪实验平台,实现体积小、易调节，成本造价低、维护维修方便，可应用于长条形透明水池/水槽，实验过程和模型运动方便观察数据直观的目的。
一种三自由度适航仪实验平台，其特征在于：包括实验桁架8、水池11和实验设备；所述的实验桁架包括底座81和顶部平台82；所述的水池安装在实验桁架的底座和顶部平台之间；所述的实验设备包括纵向机座4、移动座9、垂直杆1和实验模型10；所述的纵向机座安装在实验桁架的顶部平台上，纵向机座位于水池内侧的上方，在纵向机座内部设有纵向滑道和纵向位移传感器5；所述的移动座安装在纵向机座内部，移动座可沿纵向滑道进行纵向运动；所述的纵向位移传感器感知并收集移动座的纵向位移数据；所述的移动座内部设有垂向滑道和垂向位移传感器3，垂向滑道由移动座顶面贯穿至底面；所述的实验模型置于水池中且漂浮在水面上，在实验模型上安装有铰支座6；所述的垂直杆从移动座的垂向滑道穿过，在垂直杆下端安装有交叉滚子轴承7，交叉滚子轴承与实验模型的铰支座连接；所述的垂向位移传感器感知并收集垂直杆的垂向位移数据。
所述的垂直杆与移动座之间设有锁紧装置2，在不进行实验时可使用锁紧装置固定垂直杆，使实验设备作为一个固定连接的整体进行收纳。
所述的底座由第一底部纵杆、第二底部纵杆、第一底部横杆、第二底部横杆、第一竖杆、第二竖杆、第三竖杆和第四竖杆组成；所述的顶部平台由第一顶部纵杆、第二顶部纵杆、第一顶部横杆和第二顶部横杆组成；所述的第一底部横杆的左端固定在第一底部纵杆的中部左侧，第一底部横杆的右端固定在第二底部纵杆的中部左侧；所述的第二底部横杆的左端固定在第一底部纵杆的中部右侧，第二底部横杆的右端固定在第二底部纵杆的中部右侧；所述的第一顶部纵杆的左端固定在第一顶部横杆的左端部，第一顶部纵杆的右端固定在第二顶部横杆的左端部；所述的第二顶部纵杆的左端固定在第一顶部横杆的右端部，第二顶部纵杆的右端固定在第二顶部横杆的右端部；所述的第一竖杆的下端垂直固定在第一底部横杆与第一底部纵杆的连接位置处，第一竖杆的上端垂直固定在第一顶部纵杆与第一顶部横杆的连接位置处；所述的第二竖杆的下端垂直固定在第二底部横杆与第一底部纵杆的连接位置处，第二竖杆的上端垂直固定在第一顶部纵杆与第二顶部横杆的连接位置处；所述的第三竖杆的下端垂直固定在第二底部横杆与第二底部纵杆的连接位置处，第三竖杆的上端垂直固定在第二顶部纵杆与第二顶部横杆的连接位置处；所述的第四竖杆的下端垂直固定在第一底部横杆与第二底部纵杆的连接位置处，第四竖杆的上端垂直固定在第二顶部纵杆与第一顶部横杆的连接位置处；所述的第一竖杆中部与第一底部纵杆的左端之间设有一根加固斜杆；所述的第四竖杆中部与第二底部纵杆的左端之间设有一根加固斜杆；所述的第二竖杆中部与第一底部纵杆的中部和右端之间各设有一根加固斜杆，且两根加固斜杆的倾斜角度相同；所述的第三竖杆中部与第二底部纵杆的中部和右端之间各设有一根加固斜杆，且两根加固斜杆的倾斜角度相同。
实施例1：
如图1-4所示，本发明提出的一种三自由度适航仪实验平台，包括桁架8，桁架8中间放置一盛有水的水池11，桁架8顶部的横杆82架设有实验设备，此时实验设备恰好位于水池11正上方；实验设备包括水平安装在桁架8上的纵向机座4和传感器，纵向机座4面向水池11的内侧侧壁装有可进行纵向运动的移动座9，垂直杆1上下滑动连接在移动座9上，垂直杆1下端固定连接有交叉滚子轴承7，交叉滚子轴承7连接下方位于水面上的模型10的铰支座6。纵向位移传感器5和垂向位移传感器3连接数据处理***，收集并处理模型10的升沉、纵荡或是横荡的数据，转化为更清晰明了的数值。纵向位移传感器5竖直安装在纵向机座4的移动座9所在一侧。垂向位移传感器3设在移动座9上，紧挨垂直杆1。移动座9紧靠纵向位移传感器5，滑动连接在纵向机座4上，移动座9的滑动区域处于纵向位移传感器5内。垂直杆1与移动座9连接处设有锁紧装置2。桁架8包括呈“Ⅱ”型的底座81，底座上方有呈横“Ⅱ”型的横杆82，底座81与横杆82间有4个竖杆83相连，底座81上有6条加固斜杆84连接竖杆83。纵向机座4铆接在桁架8上。
本发明的原理或使用方法如下：模型10在水池11中受到模拟浪的作用，由于垂直杆1和模型10是通过交叉滚子轴承7和铰支座6进行连接，所以只会产生纵荡、升沉、纵摇三个自由度方向的运动，其中升沉时垂直杆1上下滑动的数据被垂向位移传感器3记录，纵荡时模型10带动垂直杆1从而使移动座9纵向运动，数据被纵向位移传感器5记录，传感器将数据传输给数据处理***。在不使用模型10时可升高垂直杆1进而升高模型10，使用锁紧装置2固定垂直杆1，使得模型10与装置形成一个整体便于收纳整理。
本发明通过在垂直杆下端设计交叉滚子轴承，连接在模型的铰支座上，交叉滚子轴承可以转动，垂直杆也可以上下移动，在模拟来浪后模型受力移动，产生纵摇、升沉、纵荡三个自由度(纵向迎浪)的运动，且设备体积小，易于调节操作，调整模型的角度，可产生横摇、横荡、升沉三个自由度(横向迎浪)的运动。本发明通过设计纵向位移传感器和垂向位移传感器，连接数据处理***，在模型受力后，传感器将模型的水平和垂直方向的数据传输给数据处理***，数据处理***进行处理后，使得人们可以更直观清楚地从数据了解试验模型的真实运动姿态。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种三自由度适航仪实验平台，其特征在于：包括实验桁架、水池和实验设备；所述的实验桁架包括底座和顶部平台；所述的水池安装在实验桁架的底座和顶部平台之间；所述的实验设备包括纵向机座、移动座、垂直杆和实验模型；所述的纵向机座安装在实验桁架的顶部平台上，纵向机座位于水池内侧的上方，在纵向机座内部设有纵向滑道和纵向位移传感器；所述的移动座安装在纵向机座内部，移动座可沿纵向滑道进行纵向运动；所述的纵向位移传感器感知并收集移动座的纵向位移数据；所述的移动座内部设有垂向滑道和垂向位移传感器，垂向滑道由移动座顶面贯穿至底面；所述的实验模型置于水池中且漂浮在水面上，在实验模型上安装有铰支座；所述的垂直杆从移动座的垂向滑道穿过，在垂直杆下端安装有交叉滚子轴承，交叉滚子轴承与实验模型的铰支座连接；所述的垂向位移传感器感知并收集垂直杆的垂向位移数据。
2.根据权利要求1所述的一种三自由度适航仪实验平台，其特征在于：所述的垂直杆与移动座之间设有锁紧装置，在不进行实验时可使用锁紧装置固定垂直杆，使实验设备作为一个固定连接的整体进行收纳。
3.根据权利要求1或2所述的一种三自由度适航仪实验平台，其特征在于：所述的底座由第一底部纵杆、第二底部纵杆、第一底部横杆、第二底部横杆、第一竖杆、第二竖杆、第三竖杆和第四竖杆组成；所述的顶部平台由第一顶部纵杆、第二顶部纵杆、第一顶部横杆和第二顶部横杆组成；所述的第一底部横杆的左端固定在第一底部纵杆的中部左侧，第一底部横杆的右端固定在第二底部纵杆的中部左侧；所述的第二底部横杆的左端固定在第一底部纵杆的中部右侧，第二底部横杆的右端固定在第二底部纵杆的中部右侧；所述的第一顶部纵杆的左端固定在第一顶部横杆的左端部，第一顶部纵杆的右端固定在第二顶部横杆的左端部；所述的第二顶部纵杆的左端固定在第一顶部横杆的右端部，第二顶部纵杆的右端固定在第二顶部横杆的右端部；所述的第一竖杆的下端垂直固定在第一底部横杆与第一底部纵杆的连接位置处，第一竖杆的上端垂直固定在第一顶部纵杆与第一顶部横杆的连接位置处；所述的第二竖杆的下端垂直固定在第二底部横杆与第一底部纵杆的连接位置处，第二竖杆的上端垂直固定在第一顶部纵杆与第二顶部横杆的连接位置处；所述的第三竖杆的下端垂直固定在第二底部横杆与第二底部纵杆的连接位置处，第三竖杆的上端垂直固定在第二顶部纵杆与第二顶部横杆的连接位置处；所述的第四竖杆的下端垂直固定在第一底部横杆与第二底部纵杆的连接位置处，第四竖杆的上端垂直固定在第二顶部纵杆与第一顶部横杆的连接位置处；所述的第一竖杆中部与第一底部纵杆的左端之间设有一根加固斜杆；所述的第四竖杆中部与第二底部纵杆的左端之间设有一根加固斜杆；所述的第二竖杆中部与第一底部纵杆的中部和右端之间各设有一根加固斜杆，且两根加固斜杆的倾斜角度相同；所述的第三竖杆中部与第二底部纵杆的中部和右端之间各设有一根加固斜杆，且两根加固斜杆的倾斜角度相同。
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