一种双体船扭矩的实验测量装置及测量方法

申请号 CN201710062040.2 申请日 2017-01-30 公开(公告)号 CN106840601A 公开(公告)日 2017-06-13
申请人 姜海; 发明人 姜海;
摘要 本 发明 公开了一种双体船 扭矩 的实验测量装置,该双体船由第一船体、第二船体和连接桥组成,所述第一船体位于第一 水 箱内,第一水箱分为第一水箱单元和第二水箱单元,第一水箱单元和第二水箱单元上分别设有第一循环装置和第二循环装置,所述第二船体位于第二水箱内,第二水箱分为第三水箱单元和第四水箱单元,第三水箱单元和第四水箱单元上分别设有第三循环装置和第四循环装置。本发明通过四个独立的加载水箱内的水的体积,模拟一个片体的船首部位处于波谷、船尾部位处于波峰;另一个片体的船首处于波峰、船尾处于波谷,可以通过控制其相对高度来模拟不同的波高,从而模拟双体船受到的扭矩,使实验真实,易观察,具有说服 力 。
权利要求

1.一种双体船扭矩的实验测量装置,该双体船由第一船体、第二船体和连接桥组成,连接桥与第一船体和第二船体分别连接,其特征在于:所述第一船体位于第一箱内,第一水箱内设有第一柔性橡胶薄膜将第一水箱分为第一水箱单元和第二水箱单元,第一水箱单元和第二水箱单元上分别设有第一循环装置和第二循环装置,第一循环装置包含第一水槽和第一隔板,第一隔板位于第一水槽的中间,将第一水槽分为进水区和出水区,在第一水槽内垂直于隔板安装有两个整流板,在进水区和出水区分别连接有进水管和出水管,进水管和出水管的两个端口分别位于第一水箱单元的两个对,第一水箱单元上安装有第一水,第一水泵的两端分别通过水管与第一水槽连接,第一水泵两端的水管分为位于第一隔板的两侧;第二循环装置包含第二水槽和第二隔板,第二隔板位于第二水槽的中间,将第二水槽分为进水区和出水区,在第二水槽内垂直于第一隔板安装有两个整流板,在进水区和出水区分别连接有进水管和出水管,进水管和出水管的两个端口分别位于第二水箱单元的两个对角,第二水箱单元上安装有第二水泵,第二水泵的两端分别通过水管与第二水槽连接,第二水泵两端的水管分为位于第二隔板的两侧,在第一水箱单元和第二水箱单元内均设有测量循环水流速的第一水速仪;所述第二船体位于第二水箱内,第二水箱内设有第二柔性橡胶薄膜将第二水箱分为第三水箱单元和第四水箱单元,第三水箱单元和第四水箱单元上分别设有第三循环装置和第四循环装置,第三循环装置包含第三水槽和第三隔板,第三隔板位于第三水槽的中间,将第三水槽分为进水区和出水区,在第三水槽内垂直于第三隔板安装有两个整流板,在进水区和出水区分别连接有进水管和出水管,进水管和出水管的两个端口分别位于第三水箱单元的两个对角,第三水箱单元上安装有第三水泵,第三水泵的两端分别通过水管与第三水槽连接,第三水泵两端的水管分为位于第三隔板的两侧;第四循环装置包含第四水槽和第四隔板,第四隔板位于第四水槽的中间,将第四水槽分为进水区和出水区,在第四水槽内垂直于第四隔板安装有两个整流板,在进水区和出水区分别连接有进水管和出水管,进水管和出水管的两个端口分别位于第四水箱单元的两个对角,第四水箱单元上安装有第四水泵,第四水泵的两端分别通过水管与第四水槽连接,第四水泵两端的水管分为位于第四隔板的两侧,在第三水箱单元和第四水箱单元内均设有测量循环水流速的第二水速仪;所述整流板包含第一整流单元和第二整流单元,所述第一整流单元和第二整流单元上均设有若干个整流孔,第一整流单元通过胶水固定在水槽壁和隔板上,所述第一整流单元的顶部设有两个螺纹孔,水槽壁和隔板上设有凹槽,第二整流单元插入在凹槽内,第二整流单元通过第一整流单元螺纹孔中插入的螺栓固定,通过覆盖第一整流单元整流孔的面积,从而调整水流的整流效果;在第一船体的横舱壁与连接桥相接触位置安装应变片,应变片通过导线与电荷放大器连接,电荷放大器依次与多通道信息采集仪和计算机连接。
2.根据权利要求1所述的双体船扭矩的实验测量装置,其特征在于:所述第一船体、第二船体分别由聚酯软泡沫塑料制作,在第一船体、第二船体长度方向上的中间部位、肩部过渡处、尾部过渡处建造横舱壁。
3.一种如权利要求1或2任一项所述的双体船扭矩的实验测量装置的测量方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)按照实验要求,将第一循环装置、第二循环装置、第三循环装置和第四循环装置安装完毕,向第一水箱单元、第二水箱单元、第三水箱单元和第四水箱单元中注入等量的水;
(2)打开第一水泵、第二水泵、第三水泵、第四水泵,让第一水箱单元、第二水箱单元、第三水箱单元和第四水箱单元的水循环流动,通过调节第一水泵、第二水泵、第三水泵、第四水泵的获得需要的水流速度,同时保证水速仪的测量数值相同,此时分别记录第一水泵、第二水泵、第三水泵、第四水泵上的马力数值,关闭第一水泵、第二水泵、第三水泵、第四水泵;
(3)将双体船放入第一水箱和第二水箱内,调整船体平衡,第一船体与第一柔性橡胶薄膜相接触处进行密封,第二船体与第二柔性橡胶薄膜相接触处进行密封,然后在向第一水箱单元、第二水箱单元、第三水箱单元和第四水箱单元中注水,位于对角的第一水箱单元和第三水箱单元注水量相同,位于对角的第二水箱单元和第四水箱单元中注水量相同,且第一水箱单元的注水量大于第二水箱单元,并读出其数值,此时打开第一水泵、第二水泵、第三水泵、第四水泵,调整到步骤(2)中所用的马力,最后观察实验现象,并进行整理实验数据。

说明书全文

一种双体船扭矩的实验测量装置及测量方法

技术领域

[0001] 本发明涉及双体船扭矩的实验测量装置及测量方法,属于双体船领域。

背景技术

[0002] 目前对于双体船扭矩的研究主要集中在外载荷计算、有限元数值仿真或拖曳池中开展船模波浪载荷实验。前两种基本基于理论计算,授课过程中不能让学生进行直观的观察和实际的动手操作,对于加深学习印象方面存在一定的缺陷;后一种由于需要具备一定的试验条件,目前高校中建造的拖曳水池并不多,加之其试验成本比较大,在教学过程中存在一定的局限性,因此不适合在授课过程中对学生进行演示。由于以上客观因素,目前在教学过程中只是列出了双体船在斜浪状态下的外的探讨,缺乏经济、直观的教学实验器材让学生亲自动手操作从而获得深刻的理解。

发明内容

[0003] 发明目的:为了克服现有技术中存在的不足,本发明提供一种双体船扭矩的实验测量装置及测量方法,通过四个独立的加载水箱内的水的体积,模拟一个片体的船首部位处于波谷、船尾部位处于波峰;另一个片体的船首处于波峰、船尾处于波谷,可以通过控制其相对高度来模拟不同的波高,以及配合使用循环水、水速仪来模拟不同波浪下对应的水流速度,从而模拟双体船受到的扭矩,使实验真实,易观察,具有说服力。
[0004] 技术方案:为实现上述目的,本发明的一种双体船扭矩的实验测量装置,该双体船由第一船体、第二船体和连接桥组成,连接桥与第一船体和第二船体分别连接,所述第一船体位于第一水箱内,第一水箱内设有第一柔性橡胶薄膜将第一水箱分为第一水箱单元和第二水箱单元,第一水箱单元和第二水箱单元上分别设有第一循环装置和第二循环装置,第一循环装置包含第一水槽和第一隔板,第一隔板位于第一水槽的中间,将第一水槽分为进水区和出水区,在第一水槽内垂直于隔板安装有两个整流板,在进水区和出水区分别连接有进水管和出水管,进水管和出水管的两个端口分别位于第一水箱单元的两个对,第一水箱单元上安装有第一水泵,第一水泵的两端分别通过水管与第一水槽连接,第一水泵两端的水管分为位于第一隔板的两侧;第二循环装置包含第二水槽和第二隔板,第二隔板位于第二水槽的中间,将第二水槽分为进水区和出水区,在第二水槽内垂直于第一隔板安装有两个整流板,在进水区和出水区分别连接有进水管和出水管,进水管和出水管的两个端口分别位于第二水箱单元的两个对角,第二水箱单元上安装有第二水泵,第二水泵的两端分别通过水管与第二水槽连接,第二水泵两端的水管分为位于第二隔板的两侧,在第一水箱单元和第二水箱单元内均设有测量循环水流速的第一水速仪;所述第二船体位于第二水箱内,第二水箱内设有第二柔性橡胶薄膜将第二水箱分为第三水箱单元和第四水箱单元,第三水箱单元和第四水箱单元上分别设有第三循环装置和第四循环装置,第三循环装置包含第三水槽和第三隔板,第三隔板位于第三水槽的中间,将第三水槽分为进水区和出水区,在第三水槽内垂直于第三隔板安装有两个整流板,在进水区和出水区分别连接有进水管和出水管,进水管和出水管的两个端口分别位于第三水箱单元的两个对角,第三水箱单元上安装有第三水泵,第三水泵的两端分别通过水管与第三水槽连接,第三水泵两端的水管分为位于第三隔板的两侧;第四循环装置包含第四水槽和第四隔板,第四隔板位于第四水槽的中间,将第四水槽分为进水区和出水区,在第四水槽内垂直于第四隔板安装有两个整流板,在进水区和出水区分别连接有进水管和出水管,进水管和出水管的两个端口分别位于第四水箱单元的两个对角,第四水箱单元上安装有第四水泵,第四水泵的两端分别通过水管与第四水槽连接,第四水泵两端的水管分为位于第四隔板的两侧,在第三水箱单元和第四水箱单元内均设有测量循环水流速的第二水速仪;所述整流板包含第一整流单元和第二整流单元,所述第一整流单元和第二整流单元上均设有若干个整流孔,第一整流单元通过胶水固定在水槽壁和隔板上,所述第一整流单元的顶部设有两个螺纹孔,水槽壁和隔板上设有凹槽,第二整流单元插入在凹槽内,第二整流单元通过第一整流单元螺纹孔中插入的螺栓固定,通过覆盖第一整流单元整流孔的面积,从而调整水流的整流效果;在第一船体的横舱壁与连接桥相接触位置安装应变片,应变片通过导线与电荷放大器连接,电荷放大器依次与多通道信息采集仪和计算机连接。
[0005] 作为优选,所述第一船体、第二船体分别由聚酯软泡沫塑料制作,在第一船体、第二船体长度方向上的中间部位、肩部过渡处、尾部过渡处建造横舱壁。
[0006] 一种上述的双体船扭矩的实验测量装置的测量方法,包括以下步骤:
[0007] (1)按照实验要求,将第一循环装置、第二循环装置、第三循环装置和第四循环装置安装完毕,向第一水箱单元、第二水箱单元、第三水箱单元和第四水箱单元中注入等量的水;
[0008] (2)打开第一水泵、第二水泵、第三水泵、第四水泵,让第一水箱单元、第二水箱单元、第三水箱单元和第四水箱单元的水循环流动,通过调节第一水泵、第二水泵、第三水泵、第四水泵的力获得需要的水流速度,同时保证水速仪的测量数值相同,此时分别记录第一水泵、第二水泵、第三水泵、第四水泵上的马力数值,关闭第一水泵、第二水泵、第三水泵、第四水泵;
[0009] (3)将双体船放入第一水箱和第二水箱内,调整船体平衡,第一船体与第一柔性橡胶薄膜相接触处进行密封,第二船体与第二柔性橡胶薄膜相接触处进行密封,然后在向第一水箱单元、第二水箱单元、第三水箱单元和第四水箱单元中注水,位于对角的第一水箱单元和第三水箱单元注水量相同,位于对角的第二水箱单元和第四水箱单元中注水量相同,且第一水箱单元的注水量大于第二水箱单元,并读出其数值,此时打开第一水泵、第二水泵、第三水泵、第四水泵,调整到步骤(2)中所用的马力,最后观察实验现象,并进行整理实验数据。
[0010] 根据已有的研究,双体船在波浪中航行时,当浪向为45°或135°时,两个船体在波浪当中所处的位置会不同,连接桥要承受扭矩作用。假定此时一个片体的船首部分处于波峰位置,而其尾部则处于波谷位置;另一片体刚好与之相反,其船首部分处于波谷位置,而船尾处于波峰位置。在此种情况下,由于船体的重力、片体浮力、水动压力的不均匀分布,左右两个片体必然会产生相对纵摇运动,在纵摇达到平衡的瞬间,连接桥会产生巨大的扭矩。
[0011] 有益效果:与现有技术相比,本发明具有以下优点:
[0012] (1)本实验装置是一种测量双体船扭矩的装置,作为教学中的实验装置,通过四个独立的加载水箱内的水的体积,模拟一个片体的船首部位处于波谷、船尾部位处于波峰;另一个片体的船首处于波峰、船尾处于波谷,可以通过控制其相对高度来模拟不同的波高,从而模拟双体船受到的扭矩,使实验真实,易观察,具有说服力。
[0013] (2)现有的有关扭矩的数值计算方法及软件只是基于理论,理解起来比较抽象,而本实验装置可以使学生了解双体船产生扭矩的基本成因及扭矩形成的基本原理,在实验中船模产生扭矩,可以使学生对双体船的扭矩问题有一个直观认识与理解。附图说明
[0014] 图1为本发明的结构示意图。
[0015] 图2为第一水槽的俯视结构示意图。
[0016] 图3为第一整流单元的结构示意图。

具体实施方式

[0017] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0018] 如图1所示,本发明的双体船扭矩的实验测量装置,该双体船由第一船体6、第二船体18和连接桥组成,连接桥与第一船体6和第二船体18分别连接,所述第一船体6位于第一水箱内,第一水箱内设有第一柔性橡胶薄膜将第一水箱分为第一水箱单元5和第二水箱单元7,第一水箱单元5和第二水箱单元7上分别设有第一循环装置和第二循环装置,第一循环装置包含第一水槽4和第一隔板2,第一隔板2位于第一水槽4的中间,将第一水槽4分为进水区和出水区,在第一水槽4内垂直于隔板安装有两个整流板3,在进水区和出水区分别连接有进水管和出水管,进水管和出水管的两个端口分别位于第一水箱单元5的两个对角,第一水箱单元5上安装有第一水泵1,第一水泵1的两端分别通过水管与第一水槽4连接,第一水泵1两端的水管分为位于第一隔板2的两侧;第二循环装置包含第二水槽11和第二隔板12,第二隔板12位于第二水槽11的中间,将第二水槽11分为进水区和出水区,在第二水槽11内垂直于第一隔板2安装有两个整流板3,在进水区和出水区分别连接有进水管和出水管,进水管和出水管的两个端口分别位于第二水箱单元7的两个对角,第二水箱单元7上安装有第二水泵13,第二水泵13的两端分别通过水管与第二水槽11连接,第二水泵13两端的水管分为位于第二隔板12的两侧,在第一水箱单元5和第二水箱单元7内均设有测量循环水流速的第一水速仪;所述第二船体18位于第二水箱内,第二水箱内设有第二柔性橡胶薄膜将第二水箱分为第三水箱单元17和第四水箱单元19,第三水箱单元17和第四水箱单元19上分别设有第三循环装置和第四循环装置,第三循环装置包含第三水槽16和第三隔板15,第三隔板15位于第三水槽16的中间,将第三水槽16分为进水区和出水区,在第三水槽16内垂直于第三隔板15安装有两个整流板3,在进水区和出水区分别连接有进水管和出水管,进水管和出水管的两个端口分别位于第三水箱单元17的两个对角,第三水箱单元17上安装有第三水泵
14,第三水泵14的两端分别通过水管与第三水槽16连接,第三水泵14两端的水管分为位于第三隔板15的两侧;第四循环装置包含第四水槽和第四隔板20,第四隔板20位于第四水槽的中间,将第四水槽分为进水区和出水区,在第四水槽内垂直于第四隔板20安装有两个整流板3,在进水区和出水区分别连接有进水管和出水管,进水管和出水管的两个端口分别位于第四水箱单元19的两个对角,第四水箱单元19上安装有第四水泵21,第四水泵21的两端分别通过水管与第四水槽连接,第四水泵21两端的水管分为位于第四隔板20的两侧,在第三水箱单元17和第四水箱单元19内均设有测量循环水流速的第二水速仪;在本发明中,所有的整流板3结构相同,如图2和图3所示,所述整流板3包含第一整流单元31和第二整流单元32,所述第一整流单元31和第二整流单元32上均设有若干个整流孔,第一整流单元31通过胶水固定在水槽壁和隔板上,所述第一整流单元31的顶部设有两个螺纹孔22,水槽壁和隔板上设有凹槽,第二整流单元32插入在凹槽内,第二整流单元32通过第一整流单元31螺纹孔22中插入的螺栓固定,通过覆盖第一整流单元31整流孔的面积,从而调整水流的整流效果;在第一船体6的横舱壁与连接桥相接触的位置安装应变片,应变片通过导线与电荷放大器8连接,电荷放大器8依次与多通道信息采集仪9和计算机10连接。
[0019] 在本发明中,所述第一船体6、第二船体18分别由聚氨酯软泡沫塑料制作,在第一船体6、第二船体18长度方向上的中间部位、肩部过渡处、尾部过渡处建造横舱壁。
[0020] 一种双体船扭矩的实验测量装置的测量方法,包括以下步骤:
[0021] (1)按照实验要求,将第一循环装置、第二循环装置、第三循环装置和第四循环装置安装完毕,向第一水箱单元5、第二水箱单元7、第三水箱单元17和第四水箱单元19中注入等量的水;
[0022] (2)打开第一水泵1、第二水泵13、第三水泵14、第四水泵21,让第一水箱单元5、第二水箱单元7、第三水箱单元17和第四水箱单元19的水循环流动,通过调节第一水泵1、第二水泵13、第三水泵14、第四水泵21的马力获得需要的水流速度,同时保证水速仪的测量数值相同,此时分别记录第一水泵1、第二水泵13、第三水泵14、第四水泵21上的马力数值,关闭第一水泵1、第二水泵13、第三水泵14、第四水泵21;
[0023] (3)将双体船放入第一水箱和第二水箱内,调整船体平衡,第一船体6与第一柔性橡胶薄膜相接触处进行密封,第二船体18与第二柔性橡胶薄膜相接触处进行密封,然后在向第一水箱单元5、第二水箱单元7、第三水箱单元17和第四水箱单元19中注水,位于对角的第一水箱单元5和第三水箱单元17注水量相同,位于对角的第二水箱单元7和第四水箱单元19中注水量相同,且第一水箱单元5的注水量大于第二水箱单元7,并读出其数值,此时打开第一水泵1、第二水泵13、第三水泵14、第四水泵21,调整到步骤(2)中所用的马力,最后观察实验现象,并进行整理实验数据。
[0024] 以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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