本发明提供一种均匀流下顶端可运动深海立管列阵模型涡激振动试验装置，包括多个深海立管模块、顶部支撑模块、底部支撑模块、两个垂直轨道模块、水平轨道模块、四个电机模块、四个整流罩模块和测量分析控制模块，所述深海立管模块的两端分别与所述顶部支撑模块和所述底部支撑模块连接，测量分析控制模块通过导线分别与所述深海立管模块连接。本发明能够安装大尺度立管模型，从而避免尺度效应，本发明能够充分利用垂直轨道模块和水平轨道模块来模拟大尺度立管模型在海洋平台的影响下的涡激振动，本发明能够根据实际需要模拟深海立管模块所形成的不同阵列。本发明采用模块化设计，安装和拆卸均非常方便。
1.一种均匀流下顶端可运动深海立管列阵模型涡激振动试验装置，其特征在于，包括多个深海立管模块、顶部支撑模块、底部支撑模块、两个垂直轨道模块、水平轨道模块、四个电机模块、四个整流罩模块、以及测量分析控制模块，两个所述垂直轨道模块分别与所述水平轨道模块的底部、顶部支撑模块、以及底部支撑模块连接，所述水平轨道模块与两个所述垂直轨道模块的顶部连接，所述深海立管模块的两端分别与所述顶部支撑模块和所述底部支撑模块连接，四个所述整流罩模块的整流罩边板分别穿过且固定于两个所述垂直轨道模块的外部，每个所述垂直轨道模块上有两个所述整流罩模块，所述测量分析控制模块通过导线分别与所述深海立管模块、顶部支撑模块、底部支撑模块、以及四个电机模块连接；
所述深海立管模块包括光纤光栅传感器、两个立管固定接头、以及立管模型，其中，所述光纤光栅传感器沿所述立管模型表面轴向均匀布置，所述立管模型两端分别与两个所述立管固定接头连接，两个所述立管固定接头分别与所述顶部支撑模块和所述底部支撑模块连接，所述光纤光栅传感器与所述测量分析控制模块连接；
其中，所述深海立管模块的个数为两个以上，多个所述深海立管模块构成深海立管模块列阵。
2.根据权利要求1所述的均匀流下顶端可运动深海立管列阵模型涡激振动试验装置，其特征在于，所述深海立管模块的单位长度质量与其单位长度排开水的质量之比为1：1。
3.根据权利要求1所述的均匀流下顶端可运动深海立管列阵模型涡激振动试验装置，其特征在于，所述顶部支撑模块包括顶部连接架、水平支座、支撑板、以及若干个顶部转动传感结构，其中，所述顶部连接架的一端和所述垂直轨道模块上的滑块连接，另一端和所述水平支座连接，所述支撑板分别和所述水平支座以及所述顶部转动传感结构相连，所述顶部转动传感结构分别与所述多个深海立管模块中的一个一一对应连接，若干个所述顶部转动传感结构和所述测量分析控制模块连接，所述顶部支撑模块固定深海立管模块的一端。
4.根据权利要求3所述的均匀流下顶端可运动深海立管列阵模型涡激振动试验装置，其特征在于，所述顶部转动传感结构包括第一传感器、以及第一万向节，其中，所述第一传感器分别与所述支撑板、第一万向节、以及测量分析控制模块连接，所述第一万向节与对应的所述深海立管模块连接。
5.根据权利要求4所述的均匀流下顶端可运动深海立管列阵模型涡激振动试验装置，其特征在于，所述底部支撑模块包括底部连接架、支架安装座、弹性滑动组件、直线轴承、以及若干个底部转动传感结构，其中，所述底部连接架的一端和所述垂直轨道模块上的滑块连接，另一端和所述支架安装座连接，所述支架安装座与所述直线轴承连接，所述弹性滑动组件穿过所述支架安装座且与若干个所述底部转动传感结构连接，若干个所述底部转动传感结构分别与所述多个深海立管模块中的一个一一对应连接，若干个所述底部转动传感结构和所述测量分析控制模块连接，所述底部支撑模块固定所述深海立管模块的另一端。
6.根据权利要求5所述的均匀流下顶端可运动深海立管列阵模型涡激振动试验装置，其特征在于，所述弹性滑动组件包括前支撑板、滑动轴、缓冲弹簧、以及后支撑板，其中，所述缓冲弹簧套在所述滑动轴外部且分别与所述后支撑板和所述直线轴承连接，所述前支撑板、滑动轴、后支撑板依次串联连接，所述前支撑板分别和若干个所述底部转动传感结构连接，所述底部转动传感结构包括第二传感器和第二万向节，其中，所述第二传感器分别与所述弹性滑动组件、第二万向节、以及测量分析控制模块连接，所述第二万向节与对应的所述深海立管模块连接。
6、根据权利要求1所述的均匀流下顶端可运动深海立管列阵模型涡激振动试验装置，其特征在于，所述垂直轨道模块包括垂直轨道、滑块、以及顶部连接块，所述垂直轨道垂直于所述水平轨道模块，所述垂直轨道通过所述顶部滑块与所述水平轨道模块的底部滑块相连，可以在所述水平轨道模块上做水平方向上的往复运动，所述滑块安装在所述垂直轨道上，且分别与所述顶部支撑模块的顶部连接架以及所述底部支撑模块的底部连接架相连，从而将所述垂直轨道模块与所述顶支撑模块以及所述底部模块连接起来，两个所述整流罩模块对称的布置在所述垂直轨道的一侧，所述垂直轨道模块为所述深海立管模块提供支撑作用，若干个所述深海立管模块在所述垂直轨道模块的作用下做垂直方向上的往复运动，所述水平轨道模块包括挂钩、支撑梁、水平轨道、以及底部滑块，所述水平轨道垂直于所述垂直轨道，所述水平轨道通过所述底部滑块与所述垂直轨道模块的顶部连接块相连，所述深海立管模块在所述水平轨道模块的作用下做水平方向的往复运动，所述支撑梁将两个所述水平轨道连接起来，所述水平轨道连接所述挂钩。
7.根据权利要求6所述的均匀流下顶端可运动深海立管列阵模型涡激振动试验装置，其特征在于，所述整流罩模块包括固定连接的整流罩外壳和整流罩边板，其中，所述整流罩外壳与所述整流罩边板连接，四个所述整流罩边板分别与两个所述垂直轨道的外表面连接，每个所述垂直轨道上对称安装两个所述整流罩模块，所述整流罩外壳呈机翼型剖面，四个所述电机模块分为两组，其中的两个所述电机模块安装在所述水平轨道模块上来控制两个所述垂直轨道模块的运动，剩余的两个所述电机模块分别安装在两个所述垂直轨道模块的顶部上来控制两个所述垂直轨道模块上的所述滑块的运动，从而控制所述顶部支撑模块和底部支撑模块运动。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的均匀流下顶端可运动深海立管列阵模型涡激振动试验装置，其特征在于，所述测量分析控制模块包括光纤数据采集单元、力数据采集单元、以及电机控制单元，其中，所述光纤数据采集单元分别与多个所述深海立管模块连接，所述力数据采集单元分别与所述顶部支撑模块和底部支撑模块连接，所述电机控制单元与四个所述电机模块连接，所述光纤数据采集单元、力数据采集单元和电机控制单元各自独立，所述光纤数据采集单元和力数据采集单元用于记录和分析试验中所述立管模型的应变和受力，所述电机控制单元用于控制四个所述电机，从而控制两个所述垂直轨道模块、顶部支撑模块以及底部支撑模块各自的运动。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的均匀流下顶端可运动深海立管列阵模型涡激振动试验装置，其特征在于，所述深海立管模块的个数等于二，两个所述深海立管模块为竖直阵列布置或者水平阵列布置。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的均匀流下顶端可运动深海立管列阵模型涡激振动试验装置，其特征在于，所述深海立管模块的个数等于三，三个所述深海立管模块为三角阵列布置。
均匀流下顶端可运动深海立管列阵模型涡激振动试验装置
技术领域
[0001] 本发明涉及的是一种海洋工程技术领域的装置，具体地涉及一种均匀流下顶端可运动深海立管列阵模型涡激振动试验装置。
背景技术
[0002] 根据流体力学知识，将柱状结构物置于一定速度的来流当中，其两侧会发生交替泻涡。与漩涡的生成和泻放相关联，柱体会受到横向和流向的脉动压力。如果此时柱体是弹性支撑的，那么脉动流体力会引发柱体的振动，柱体的振动反过来又会改变其尾流结构。这种流体结构物相互作用的问题称为涡激振动。深海立管常常以列阵的形式出现，各立管由于彼此接近，相互之间会有水动力干扰，导致更为复杂的涡激振动。例如在海流或海洋平台的运动的作用下，悬置于海中的海洋平台立管、拖缆、海底管线、spar平台的浮筒、系泊缆索等柔性管件上会出现涡激振动现象，将会导致柔性管件的疲劳破坏。
[0003] 目前为止，对柔性管件涡激振动现象的研究最重要的方法之一就是模型试验方法。通过模型试验方法可以加深对柔性立管涡激振动机理以及海洋平台的运动对立管的涡激振动的影响的认识，并提供可靠的立管涡激振动预报途径和技术。
[0004] 经过对现有技术文献的检索发现，目前的涡激振动测试装置一般只能安装单根立管。在第14届国际近海与极地工程会议“Proceedings of the Fourteen(2004)International Offshore and Polar Engineering Conference”中的论文“Laboratory Investigation of Long Riser VIV Response”(长立管涡激振动响应的实验研究)是关于柔性管件涡激振动实验研究的，文中提到了一种柔性管件涡激振动模型试验技术，把柔性立管横置于拖曳水池中，拖车拖动立管模型产生均匀流场。用布置在立管内部的加速度传感器来测量立管的运动，在立管壁内布置光栅测量立管壁内的应变量。经分析，该试验技术的不足之处在于：1、一般只能模拟小尺度管件的涡激振动，尺度效应难以避免；2、受海洋工程水池拖车速度限制，难以有效的进行实雷诺数下的涡激振动试验。3、受拖曳海洋工程深水池长度的限制，所得到的测试段距离较小，测得的试验数据较少。4、不能进行强迫振荡试验。5、不能模拟平台的运动，从而研究平台的运动对立管涡激振动的影响。6、只能进行单根立管模型的涡激振动试验，难以进行两根甚至多根立管列阵的涡激振动试验。
发明内容
[0005] 本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种均匀流下顶端可运动深海立管列阵模型涡激振动试验装置，本发明利用垂直轨道模块与水平轨道模块以及拖车和拖曳水池的相对运动模拟不同流速的来流，从而实现在实验室环境下模拟深海立管列阵涡激振动。本发明测试时间长且能够测试流速高的横置于拖曳水池中的深海立管列阵模型，也可以进行深海立管列阵模型的往复振荡测试。
[0006] 根据本发明的一个方面，提供一种均匀流下顶端可运动深海立管列阵模型涡激振动试验装置，其特征在于，包括多个深海立管模块、顶部支撑模块、底部支撑模块、两个垂直轨道模块、水平轨道模块、四个电机模块、四个整流罩模块和测量分析控制模块，其中，两个所述垂直轨道模块分别与所述水平轨道模块的底部、顶部支撑模块、以及底部支撑模块连接，所述水平轨道模块与两个所述垂直轨道模块的顶部连接，所述深海立管模块的两端分别与所述顶部支撑模块和所述底部支撑模块连接，四个所述整流罩模块的整流罩边板分别穿过且固定于两个所述垂直轨道模块的外部，每个所述垂直轨道模块上有两个所述整流罩模块，所述测量分析控制模块通过导线分别与所述深海立管模块、顶部支撑模块、底部支撑模块、以及四个电机模块连接，四个所述电机模块分为两组，其中的两个所述电机模块安装在所述水平轨道模块上来控制两个所述垂直轨道模块的运动，剩余的两个所述电机模块分别安装在两个所述垂直轨道模块的顶部上来控制两个所述垂直轨道模块上的所述滑块的运动，从而控制所述顶部支撑模块和底部支撑模块运动；所述深海立管模块包括光纤光栅传感器、两个立管固定接头、以及立管模型，其中，所述光纤光栅传感器沿所述立管模型表面轴向均匀布置，所述立管模型两端分别与两个所述立管固定接头连接，两个所述立管固定接头分别与所述顶部支撑模块和所述底部支撑模块连接，所述光纤光栅传感器与所述测量分析控制模块连接，其中，所述深海立管模块的个数为两个以上，所述多个深海立管模块构成深海立管模块列阵。
[0007] 这时根据顶部支撑模块、底部支撑模块以及两个垂直轨道模块的运动状态，可以将研究的问题分为以下几类：
[0008] 1)当把顶支撑模块和底部支撑模块固定在垂直轨道模块上，不让其沿着垂直轨道模块运动，而且不允许两个垂直轨道模块沿着水平轨道模块运动，让拖车带动整个模型运动，可以研究深海立管列阵在不受海洋平台运动影响下的涡激振动。
[0009] 2)当将两个垂直轨道模块固定，让顶部支撑模块和底部支撑模块沿着各自的垂直轨道模块同步的做垂直方向上的往复运动，而拖车不动，就可以研究深海立管列阵的强迫振动。
[0010] 3)当让顶撑模块沿着垂直轨道模块做垂直方向上的往复运动，不允许底部支撑模块和两个垂直轨道模块以及拖车运动，就可以研究深海立管列阵只在海洋平台运动的作用下的涡激振动。
[0011] 4)当让顶部支撑模块沿着垂直轨道模块做垂直方向上的往复运动，不允许底部支撑模块和两个垂直轨道模块运动，让拖车带动整个模型运动，就可以研究深海立管列阵在流向垂直于海洋平台运动方向的来流作用下以及海洋平台运动的影响下的涡激振动。
[0012] 5)当不允许顶部支撑模块和底部支撑模块沿着垂直轨道模块运动，让与顶部支撑模块相连的垂直轨道模块沿着水平轨道模块做水平方向上的往复运动，固定另一个垂直轨道模块，让拖车带动整个模型运动，就可以研究深海立管列阵在流向平行于海洋平台运动方向的来流作用下以及海洋平台运动的影响下的涡激振动。
[0013] 6)当让顶部支撑模块沿着与之相连的垂直轨道模块做垂直方向上的往复运动，与顶部支撑模块相连的垂直轨道模块沿着水平轨道模块做水平方向上的往复运动，并且调整它们的运动速度，不允许底部支撑模块以及与之相连的垂直轨道模块运动，让拖车带动整个模型运动，就可以研究深海立管列阵在海洋平台的各种方向的运动影响下来流对其造成的涡激振动。
[0014] 优选地，所述深海立管模块的个数大于等于2。
[0015] 优选地，所述深海立管模块的单位长度质量与其单位长度排开水的质量之比为1：1。
[0016] 优选地，所述顶部支撑模块包括顶部连接架、水平支座、支撑板、以及若干个顶部转动传感结构，其中，所述顶部连接架的一端和所述垂直轨道模块上的滑块连接，另一端和所述水平支座连接，所述支撑板分别和所述水平支座以及所述顶部转动传感结构相连，所述顶部转动传感结构分别与所述多个深海立管模块中的一个一一对应连接，若干个所述顶部转动传感结构和所述测量分析控制模块连接，所述顶部支撑模块固定深海立管模块的一端。
[0017] 优选地，所述顶部转动传感结构包括第一传感器、以及第一万向节，其中，所述第一传感器分别与所述支撑板、第一万向节、以及测量分析控制模块连接，所述第一万向节与对应的所述深海立管模块连接。
[0018] 优选地，所述底部支撑模块包括底部连接架、支架安装座、弹性滑动组件、直线轴承、以及若干个底部转动传感结构，其中，所述底部连接架的一端和所述垂直轨道模块上的滑块连接，另一端和所述支架安装座连接，所述支架安装座与所述直线轴承连接，所述弹性滑动组件穿过所述支架安装座且与若干个所述底部转动传感结构连接，若干个所述底部转动传感结构分别与所述多个深海立管模块中的一个一一对应连接，若干个所述底部转动传感结构和所述测量分析控制模块连接，所述底部支撑模块固定所述深海立管模块的另一端。
[0019] 优选地，所述弹性滑动组件包括前支撑板、滑动轴、缓冲弹簧、以及后支撑板，其中，所述缓冲弹簧套在所述滑动轴外部且分别与所述后支撑板和所述直线轴承连接，所述前支撑板、滑动轴、后支撑板依次串联连接，所述前支撑板分别和若干个所述底部转动传感结构连接，所述底部转动传感结构包括第二传感器和第二万向节，其中，第二传感器分别与弹性滑动组件、第二万向节和测量分析控制模块连接，第二万向节与对应的深海立管模块连接。
[0020] 优选地，所述垂直轨道模块包括垂直轨道、滑块、以及顶部连接块，所述垂直轨道垂直于所述水平轨道模块，所述垂直轨道通过所述顶部滑块与所述水平轨道模块的底部滑块相连，可以在所述水平轨道模块上做水平方向上的往复运动，所述滑块安装在所述垂直轨道上，且分别与所述顶部支撑模块的顶部连接架以及所述底部支撑模块的底部连接架相连，从而将所述垂直轨道模块与所述顶支撑模块以及所述底部模块连接起来，两个所述整流罩模块对称的布置在所述垂直轨道的一侧，所述垂直轨道模块为所述多个深海立管模块提供支撑作用，若干个所述深海立管模块在所述垂直轨道模块的作用下做垂直方向上的往复运动。
[0021] 优选地，所述水平轨道模块包括挂钩、支撑梁、水平轨道、以及底部滑块，所述水平轨道垂直于所述垂直轨道，所述水平轨道通过所述底部滑块与所述垂直轨道模块的顶部连接块相连，所述多个深海立管模块在所述水平轨道模块的作用下做水平方向的往复运动，所述支撑梁将两个所述水平轨道连接起来，所述水平轨道连接所述挂钩。
[0022] 优选地，所述整流罩模块包括固定连接的整流罩外壳和整流罩边板，其中，所述整流罩外壳与所述整流罩边板连接，四个所述整流罩边板分别与两个所述垂直轨道的外表面连接，每个所述垂直轨道上对称安装两个所述整流罩模块，所述整流罩外壳呈机翼型剖面。
[0023] 优选地，所述测量分析控制模块包括光纤数据采集单元、力数据采集单元、以及电机控制单元，其中，所述光纤数据采集单元分别与所述多个深海立管模块连接，所述力数据采集单元分别与所述顶部支撑模块和底部支撑模块连接，所述电机控制单元与四个所述电机模块连接，所述光纤数据采集单元、力数据采集单元和电机控制单元各自独立，所述光纤数据采集单元和力数据采集单元用于记录和分析试验中所述立管模型的应变和受力，所述电机控制单元用于控制四个所述电机，从而控制两个所述垂直轨道模块、顶部支撑模块以及底部支撑模块各自的运动。
[0024] 优选地，所述深海立管模块的个数等于二，两个所述深海立管模块为竖直阵列布置或者水平阵列布置。
[0025] 优选地，所述深海立管模块的个数等于三，三个所述深海立管模块为三角阵列布置。
[0026] 本发明能够安装大尺度立管模型，从而避免尺度效应，本发明能够充分利用垂直轨道模块和水平轨道模块来模拟大尺度立管模型在海洋平台的影响下的涡激振动，本发明能够根据实际需要模拟深海立管模块所形成的不同阵列。本发明采用模块化设计，安装和拆卸均非常方便。
附图说明
[0027] 图1为实施例1的结构示意图；
[0028] 图2为实施例1的两立管竖直列阵的斜视图；
[0029] 图3为实施例1的垂直轨道模块和水平轨道模块的连接示意图；
[0030] 图4为实施例1的深海立管模块示意图；
[0031] 图5为实施例1的顶部支撑模块侧视图；
[0032] 图6为实施例1的底部支撑模块侧视图；
[0033] 图7为实施例1的底部支撑模块仰视图；
[0034] 图8为实施例1的垂直轨道模块示意图；
[0035] 图9为实施例1的水平轨道模块示意图；
[0036] 图10为实施例1的整流罩模块示意图；
[0037] 图11为实施例1的电机模块示意图；
[0038] 图12为实施例1的测量分析控制模块系统框图；
[0039] 图13为实施例2的两立管水平列阵的斜视图；
[0040] 图14为实施例3的三立管三角列阵的斜视图。
具体实施方式
[0041] 下面结合附图给出本发明实施例的详细说明和具体实施方式：各实施例以本发明所述及技术方案为前提进行实施，给出详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于以下实施例。
[0042] 实施例1
[0043] 在本实施例中，所述均匀流下顶端可运动深海立管列阵模型涡激振动试验装置包括多个深海立管模块1、顶部支撑模块2、底部支撑模块3、两个垂直轨道模块4、水平轨道模块5、四个电机模块6、四个整流罩模块7、以及测量分析控制模块9。其中，两个所述垂直轨道模块4分别与所述水平轨道模块5的底部、顶部支撑模块2、以及底部支撑模块3连接，所述水平轨道模块5分别与拖车10另一侧的底部和两个所述垂直轨道模块4的顶部连接，所述深海立管模块1的两端分别与所述顶部支撑模块2和所述底部支撑模块3连接，四个所述整流罩模块7的整流罩边板39分别穿过且固定于两个所述垂直轨道模块4的外部，每个所述垂直轨道模块4上有两个所述整流罩模块7，所述测量分析控制模块9设置于拖车10上，所述测量分析控制模块9通过导线分别与所述深海立管模块1、顶部支撑模块2、底部支撑模块3、以及四个电机模块6连接，四个所述电机模块6分为两组，其中的两个所述电机模块6安装在所述水平轨道模块5上来控制两个所述垂直轨道模块4的运动，剩余的两个所述电机模块6分别安装在两个所述垂直轨道模块4的顶部上来控制两个所述垂直轨道模块4上的所述滑块34的运动，从而控制所述顶部支撑模块2和底部支撑模块3运动，其中，所述深海立管模块1的个数为两个以上，多个所述深海立管模块构成深海立管模块列阵。
[0044] 优选地，如图2所示，当所述深海立管模块1的个数等于2时，两个所述深海立管模块1为竖直阵列布置。
[0045] 所述深海立管模块1包括光纤光栅传感器13、两个立管固定接头14、以及立管模型15，其中，所述光纤光栅传感器13沿所述立管模型15表面轴向均匀布置，所述立管模型15两端分别与两个所述立管固定接头14连接，两个所述立管固定接头14分别与所述顶部支撑模块2和所述底部支撑模块3连接，所述光纤光栅传感器13与所述测量分析控制模块
9连接。所述深海立管模块1用来模拟实际海洋中的立管。
[0046] 所述深海立管模块15其单位长度质量与其单位长度排开水的质量之比为1：1。
[0047] 所述顶部支撑模块2包括顶部连接架16、水平支座17、支撑板18、以及若干个顶部转动传感结构19，其中，所述顶部连接架16的一端和所述垂直轨道模块4上的滑块34连接，另一端和所述水平支座17连接，所述支撑板18分别和所述水平支座17以及所述顶部转动传感结构19相连。所述顶部转动传感结构19分别与所述多个深海立管模块1中的一个一一对应连接，若干个所述顶部转动传感结构19和所述测量分析控制模块9连接。所述顶部支撑模块2用来固定深海立管模块1的一端。
[0048] 所述顶部转动传感结构19包括第一传感器21、以及第一万向节20，其中，所述第一传感器21分别与所述支撑板18、第一万向节20、以及测量分析控制模块9连接，所述第一万向节20与对应的所述深海立管模块1连接。
[0049] 所述底部支撑模块3包括底部连接架24、支架安装座25、弹性滑动组件22、直线轴承26、以及若干个底部转动传感结构23，其中，所述底部连接架24的一端和另一个所述垂直轨道模块4上的滑块34连接，另一端和所述支架安装座25连接，所述支架安装座25与所述直线轴承26连接，所述弹性滑动组件22穿过所述支架安装座25且与若干个所述底部转动传感结构23连接，若干个所述底部转动传感结构23分别与所述多个深海立管模块1中的一个一一对应连接，若干个所述底部转动传感结构23和所述测量分析控制模块9连接。所述底部支撑模块3用来所述固定深海立管模块1的另一端，并对试验过程中深海立管模块1发生涡激振动时提供缓冲作用。
[0050] 所述弹性滑动组件22包括前支撑板27、滑动轴28、缓冲弹簧29、以及后支撑板30，其中，所述缓冲弹簧29套在所述滑动轴28外部且分别与所述后支撑板30和所述直线轴承26连接，所述前支撑板27、滑动轴28、后支撑板30依次串联连接，所述前支撑板27分别和若干个所述底部转动传感结构23连接。
[0051] 所述底部转动传感结构23包括第二传感器31和第二万向节32，其中，所述第二传感器31分别与所述弹性滑动组件21、第二万向节32以及测量分析控制模块9连接，所述第二万向节32与对应的所述深海立管模块1连接。
[0052] 所述垂直轨道模块4包括垂直轨道33、滑块34、以及顶部连接块12，所述垂直轨道33垂直于所述水平轨道模块5和拖曳水池11池底。所述垂直轨道33通过所述顶部滑块12与所述水平轨道模块5的底部滑块37相连，可以在所述水平轨道模块5上做水平方向上的往复运动，所述滑块34安装在所述垂直轨道33上，且分别与所述顶部支撑模块2的顶部连接架16以及所述底部支撑模块3的底部连接架24相连，从而将所述垂直轨道模块4与所述顶支撑模块2以及所述底部模块3连接起来，两个所述整流罩模块7对称的布置在所述垂直轨道33的一侧。所述垂直轨道模块4为所述深海立管模块1提供支撑作用。所述深海立管模块1可以在所述垂直轨道模块4的作用下做垂直方向上的往复运动。
[0053] 所述水平轨道模块5包括挂钩8、支撑梁35、水平轨道36、以及底部滑块37，所述水平轨道36垂直于所述垂直轨道33，平行于水池11池底。所述水平轨道36通过所述挂钩8与拖车10的底部相连并且通过所述底部滑块37与所述垂直轨道模块4的顶部连接块12相连。所述深海立管模块1可以在所述水平轨道模块5的作用下做水平方向的往复运动。
所述支撑梁35的作用是将两个所述水平轨道36连接起来。
[0054] 所述整流罩模块7包括固定连接的整流罩外壳39和整流罩边板40，其中，所述整流罩外壳39与所述整流罩边板40连接，四个所述整流罩边板40分别与两个所述垂直轨道33的外表面连接。每个所述垂直轨道33上安装两个所述整流罩模块7，二者对称布置。所述整流罩外壳39呈机翼型剖面，该结构能够大大减小整个试验装置运动过程中的阻力和兴波。
[0055] 如图11所示，所述四个电机模块6为已有试验设备。四个所述电机模块6分为两组，其中的两个所述电机模块6安装在所述水平轨道模块5上来控制两个所述垂直轨道模块4的运动，剩余的两个所述电机模块6分别安装在两个所述垂直轨道模块4的顶部来控制两个所述垂直轨道模块4上的滑块34的运动，从而控制所述顶部支撑模块2和所述底部支撑模块3运动。
[0056] 所述测量分析控制模块9包括光纤数据采集单元41、力数据采集单元42和电机控制单元43，其中，所述光纤数据采集单元41分别与多个所述深海立管模块1连接，所述力数据采集单元42分别与所述顶部支撑模块2和底部支撑模块3连接，所述电机控制单元43与四个所述电机模块6连接，所述光纤数据采集单元41、力数据采集单元42和电机控制单元43各自独立，均位于拖车10上。
[0057] 所述光纤数据采集单元41和力数据采集单元42含有实时采集分析软件，能够记录和分析试验中所述立管模型1的应变和受力。所述电机控制单元43能够控制四个所述电机6，从而控制两个所述垂直轨道模块4、顶部支撑模块2以及底部支撑模块3各自的运动。
[0058] 实施例2
[0059] 如图13所示，当所述深海立管模块1的个数等于2时，两个所述深海立管模块1为水平阵列布置。
[0060] 实施例3
[0061] 如图14所示，当所述深海立管模块1的个数等于3时，三个所述深海立管模块1为三角阵列布置。
[0062] 如图1所示，所述拖车10和拖曳水池11均为已有试验设施，拖车10可实现双向的不同速度下的匀速直线运动，拖曳水池11装一定深度的水，为海底立管模型15提供水环境，二者相对运动即可模拟不同流速的均匀流。
[0063] 根据本发明提供的所述装置有以下优点：1、所述装置能够安装大尺度立管模型15，从而避免尺度效应；2、所述装置能够充分利用拖车10的高速来模拟大尺度立管模型15实雷诺数涡激振动。3、所述装置能够充分利用拖曳水池11的长度，进行长距离测试，获得的更长更稳定的试验数据。4、所述装置能够利用垂直轨道模块和水平轨道模块来进行立管的强迫振荡试验。5、所述装置能够利用垂直轨道模块和水平轨道模块的运动来模拟海洋平台的运动，从而研究海洋平台运动对立管涡激振动的影响。6、所述装置能够根据实际需要模拟深海立管模块1所形成的不同阵列。7、所述装置采用模块化设计，安装和拆卸均非常方便。
