一种海洋结构物强迫运动水池实验装置转让专利
申请号 : CN201910972147.X
文献号 : CN110696991B
文献日 : 2021-05-11
发明人 : 李志富 , 陈永强 , 王志东 , 祖建峰
申请人 : 江苏科技大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种海洋结构物强迫运动水池实验装置,其特征在于:包括支架(1)、丝杆强迫运动机构(2)和组合强迫运动机构(3),所述丝杆强迫运动机构(2)和组合强迫运动机构(3)通过支架(1)进行安装;所述丝杆强迫运动机构(2)设置于支架(1)的左右舷平台上,用于强迫海洋结构物模型进行纵荡和横荡运动;所述组合强迫运动机构(3)通过组合强迫运动机构连接板安装在丝杆强迫运动机构(2)中的左右舷纵荡丝杆滑块上,用于强迫结构物进行横摇、艏摇、纵摇和垂荡运动;
所述支架(1)包括左舷平台(11)、右舷平台(12)和超声波浪高仪(13),左舷平台(11)与右舷平台(12)安装丝杆强迫运动机构(2);所述支架(1)上还设有超声波浪高仪(13)用于监测波浪信息;
所述丝杆强迫运动机构(2)包括左舷纵荡丝杆(21)、右舷纵荡丝杆(22)、左舷纵荡丝杆滑块(23)、右舷纵荡丝杆滑块(24)、左舷横荡丝杆连接板(25)、右舷横荡丝杆连接板(26)、前侧横荡丝杆(28)、后侧横荡丝杆(27)和前后侧横荡丝杆滑块(29);所述左舷纵荡丝杆(21)和右舷纵荡丝杆(22)分别对应设置于支架(1)的左舷平台和右舷平台上;所述左舷横荡丝杆连接板(25)通过螺丝与左舷纵荡丝杆(21)的左舷纵荡丝杆滑块(23)连接,所述右舷横荡丝杆连接板(26)通过螺丝与右舷纵荡丝杆(22)的右舷纵荡丝杆滑块(24)连接,前侧横荡丝杆(28)和后侧横荡丝杆(27)的左右两端分别通过移动螺母(210)与左舷横荡丝杆连接板(25)和右侧横荡丝杆连接板(26)对应连接;所述前后侧横荡丝杆滑块(29)上安装组合强迫运动机构(3);
所述组合强迫运动机构(3)包括舷侧强迫运动机构(301)和艏艉强迫运动机构(302);
所述舷侧强迫运动机构(301)包括组合强迫运动机构连接板(31)、左舷丝杆(32)、右舷丝杆(33)、左舷丝杆滑块(34)、右舷丝杆滑块(35)、左舷丝杆强迫运动杆(36)和右舷丝杆强迫运动杆(37);所述组合强迫运动机构连接板(31)通过螺丝连接在丝杆强迫运动机构(2)中的前后侧横荡丝杆滑块(29)上;所述左舷丝杆(32)通过螺丝连接在组合强迫运动机构连接板(31)的左舷面板上;所述左舷丝杆滑块(34)连接在左舷丝杆(32)上,并与左舷丝杆强迫运动杆(36)连接;所述右舷丝杆(33)通过螺丝连接在组合强迫运动机构连接板(31)的右舷面板上;所述右舷丝杆滑块(35)连接在右舷丝杆(33)上,并与右舷丝杆强迫运动杆(37)连接;
所述艏艉强迫运动机构(302)包括艏摇杆(39)、艏摇减速电机(310)、艏摇轮(311)、艏摇连接支座(312)、艏部丝杆(313)、艉部丝杆(314)、艏部丝杆滑块(315)、艉部丝杆滑块(316)、艏部丝杆强迫运动杆(317)和艉部丝杆强迫运动杆(318);所述艏摇减速电机(310)安装在组合强迫运动机构连接板(31)中心,其输出轴连接艏摇杆(39);艏摇杆(39)两端的面板与艏摇连接支座(312)相连;艏摇连接支座(312)上设置有艏摇轮轴(321),与艏摇轮(311)连接;所述艏摇轮在组合强迫运动机构连接板(31)的艏摇轨道(320)中运动;所述艏部丝杆(313)通过螺丝安装在艏摇连接支座(312)上,所述艏部丝杆滑块(315)安装在艏部丝杆(313)上并与艏部丝杆强迫运动杆(317)连接,所述艉部丝杆(314)通过螺丝安装在艏摇连接支座(312)上,所述艉部丝杆滑块(316)安装在艉部丝杆(314)上并与艉部丝杆强迫运动杆(318)连接。
2.根据权利要求1所述的海洋结构物强迫运动水池实验装置,其特征在于:强迫运动杆(41)一端为开有通孔(44)的强迫运动杆面板(45)和丝杆滑块连接,一端为球铰(42)与球铰面板(43)连接;所述球铰面板(43)沿着球铰(42)进行任意方向的转动,且球铰面板(43)与海洋结构物模型(51)相连。
3.根据权利要求1所述的海洋结构物强迫运动水池实验装置,其特征在于:所述左舷纵荡丝杆(21)和右舷纵荡丝杆(22)分别放置于支架(1)的左舷平台(11)、右舷平台(12)上,且左舷纵荡丝杆滑块(23)、右舷纵荡丝杆滑块(24)在电机驱动下沿着丝杆进行轴向运动,从而强迫海洋结构物模型进行纵荡运动。
4.根据权利要求1所述的海洋结构物强迫运动水池实验装置,其特征在于:所述前侧横荡丝杆(28)和后侧横荡丝杆(27)的两端分别通过移动螺母(210)与左舷横荡丝杆连接板(25)和右舷横荡丝杆连接板(26)对应连接,且前后侧横荡丝杆滑块(29)在电机驱动下沿着丝杆进行轴向运动,从而强迫海洋结构物模型进行横荡运动。
5.根据权利要求1所述的海洋结构物强迫运动水池实验装置,其特征在于:所述左舷丝杆滑块(34)连接左舷丝杆强迫运动杆(36),右舷丝杆滑块(35)连接右舷丝杆强迫运动杆(37),并能在电机的驱动下沿着丝杆进行轴向运动,左舷丝杆(32)、右舷丝杆(33)相互配合从而强迫海洋结构物模型(51)进行横摇运动。
6.根据权利要求1所述的海洋结构物强迫运动水池实验装置,其特征在于:所述艏摇杆(39)在艏摇减速电机(310)的驱动下带动艏摇连接支座(312)在组合强迫运动机构连接板(31)的艏摇轨道(320)中运动,从而强迫海洋结构物模型(51)进行艏摇运动。
7.根据权利要求1所述的海洋结构物强迫运动水池实验装置,其特征在于:所述艏部丝杆滑块(315)连接艏部丝杆强迫运动杆(317),艉部丝杆滑块(316)连接艉部丝杆强迫运动杆(318),并能在电机的驱动下沿着丝杆进行轴向运动,艏部丝杆(313)、艉部丝杆(314)相互配合从而强迫海洋结构物模型(51)进行纵摇运动。
8.根据权利要求1所述的海洋结构物强迫运动水池实验装置,其特征在于:所述左舷丝杆(32)、右舷丝杆(33)和艏部丝杆(313)、艉部丝杆(314)相互配合,驱动相应滑块带动相应强迫运动杆进行上下运动,从而强迫海洋结构物模型进行垂荡运动。
9.根据权利要求1所述的海洋结构物强迫运动水池实验装置,其特征在于:所述装置还包括一终端控制系统,所述终端控制系统控制艏摇减速电机(310)与左舷纵荡丝杆(21)、右舷纵荡丝杆(22)、前侧横荡丝杆(28)、后侧横荡丝杆(27)、左舷丝杆(32)、右舷丝杆(33)、艏部丝杆(313)、艉部丝杆(314),从而强迫海洋结构物模型(51)进行特定自由度或组合自由度的运动。
说明书 :
一种海洋结构物强迫运动水池实验装置
技术领域
背景技术
运动,分别称为横荡、纵荡和垂荡;和以x轴、y轴和z轴为转轴的定轴转动,分别称为横摇、纵
摇和艏摇。海洋结构物在外力作用下的运动都是以上述六种运动之一或多个运动的叠加。
用下产生前述六种自由度运动,进而探究其水动力特性,并验证相关理论分析方法的有效
性。然而,该实验研究方法在分析极地冰区船舶与海洋结构物的水动力特性时,却受到很大
的限制。这主要是因为现有造波理论和方法大部分只适用于开敞水域,如何在有冰层覆盖
的情况下精确模拟出冰层弯曲重力波,相应的造波理论和方法还尚未发展成熟。
发明内容
机构。所述支架安装在水池上以支撑整个装置,其上设有超声波浪高仪用于监测波浪信息;
所述丝杆强迫运动机构安装在所述支架的左右舷平台上,用于强迫海洋结构物模型进行纵
荡和横荡运动;所述组合强迫运动机构通过组合强迫运动机构连接板安装在所述丝杆强迫
运动机构中的左右舷纵荡丝杆滑块上,用于强迫船舶进行横摇、艏摇、纵摇和垂荡运动。其
中:
杆和前后侧横荡丝杆滑块。所述左舷纵荡丝杆、右舷纵荡丝杆分别放置于支架的左舷平台
和右舷平台上;所述左舷横荡丝杆连接板、右舷横荡丝杆连接板通过螺丝与对应左舷纵荡
丝杆的左舷纵荡丝杆滑块或右舷纵荡丝杆的右舷纵荡丝杆滑块连接,前侧横荡丝杆和后侧
横荡丝杆的两端通过移动螺母与左舷横荡丝杆连接板和右舷横荡丝杆连接板对应连接;所
述前后侧横荡丝杆滑块上安装所述组合强迫运动机构。
机构连接板通过螺丝连接在所述丝杆强迫运动机构中的前后侧横荡滑块上;所述左舷丝杆
通过螺丝连接在所述组合强迫运动机构连接板的左舷面板上,右舷丝杆通过螺丝连接在组
合强迫运动机构连接板的右舷面板上;所述左舷丝杆滑块连接在所述左舷丝杆上,并与左
舷丝杆强迫运动杆连接,右舷丝杆滑块连接在右舷丝杆上,并与右舷丝杆强迫运动杆连接。
杆。所述艏摇减速电机安装在组合强迫运动机构连接板中心,其输出轴连接所述艏摇杆;所
述艏摇杆两端的面板与所述艏摇连接支座相连;所述艏摇连接支座上设置有所述艏摇轮
轴,用以与所述艏摇轮连接;所述艏摇轮可以在所述组合强迫运动机构连接板的所述艏摇
轨道中运动;所述艏部丝杆通过螺丝安装在艏摇连接支座上,艏部丝杆滑块安装在艏部丝
杆上并与艏部丝杆强迫运动杆连接,所述艉部丝杆通过螺丝安装在艏摇连接支座上,所述
艉部丝杆滑块安装在所述艉部丝杆上并与艉部丝杆强迫运动杆连接。
面板与海洋结构物模型相连。
纵荡运动。
迫海洋结构物模型进行横荡运动。
构物模型进行横摇运动。
合从而强迫海洋结构物模型进行纵摇运动。
杆、艏艉部丝杆,从而强迫海洋结构物模型进行特定自由度或组合自由度的运动。
的强迫运动,配合安装于结构物上的压力传感器和浪高仪监测的波面信息,得出结构物扰
动流场特征,并进行相关数值仿真分析方法有效性验证。
附图说明
具体实施方式
水池实验装置主要包括支架1、丝杆强迫运动机构2、组合强迫运动机构3。支架1安装在水池
上以支撑整个装置,其上设有超声波浪高仪13用于监测波浪信息;丝杆强迫运动机构2安装
在支架1的左舷平台11和右舷平台12上,用于强迫海洋结构物模型51进行纵荡和横荡运动;
组合强迫运动机构3通过组合强迫运动机构连接板31安装在丝杆强迫运动机构2中的左舷
纵荡丝杆滑块23和右舷纵荡丝杆滑块24上,用于强迫海洋结构物模型51进行垂荡、横摇、纵
摇和艏摇运动。
上,用于观测波浪信息。
26,前侧横荡丝杆28,后侧横荡丝杆27和前后侧横荡丝杆滑块29。左舷纵荡丝杆21和右舷纵
荡丝杆22分别对应设置于支架1的左舷平台和右舷平台上;左舷横荡丝杆连接板25通过螺
丝与左舷纵荡丝杆21的左舷纵荡丝杆滑块23连接,右舷横荡丝杆连接板26通过螺丝与右舷
纵荡丝杆22的右舷纵荡丝杆滑块24连接,前侧横荡丝杆28和后侧横荡丝杆27的左右两端分
别通过移动螺母210与左舷横荡丝杆连接板25和右舷横荡丝杆连接板26对应连接;前后侧
横荡丝杆滑块29上安装组合强迫运动机构3。
杆强迫运动杆37。组合强迫运动机构连接板31通过螺丝连接在丝杆强迫运动机构2中的前
后侧横荡滑块29上;右舷丝杆33通过螺丝连接在组合强迫运动机构连接板31的右舷面板38
上,左舷丝杆32与组合强迫运动机构连接板31的连接方式与右舷丝杆33相同;左舷丝杆滑
块34连接在左舷丝杆32上,并与左舷丝杆强迫运动杆36连接,右舷丝杆滑块35连接在右舷
丝杆33上,并与右舷丝杆强迫运动杆37连接。
杆滑块316,艏部丝杆强迫运动杆317,艉部丝杆强迫运动杆318,艏摇杆面板319,艏摇轨道
320和艏摇轮轴321。艏摇减速电机310安装在组合强迫运动机构连接板31的中心,其输出轴
连接艏摇杆39;艏摇杆39两端的艏摇杆面板319与艏摇连接支座312相连;艏摇连接支座312
上设置有艏摇轮轴321,用以与艏摇轮311连接;艏摇轮311可以在组合强迫运动机构连接板
31的艏摇轨道320中运动;艏部丝杆313通过螺丝安装在艏摇连接支座312上,艏部丝杆滑块
315安装在艏部丝杆313上并与艏部丝杆强迫运动杆317连接,艉部丝杆314通过螺丝安装在
艏摇连接支座312上,艉部丝杆滑块316安装在艉部丝杆314上并与艉部丝杆强迫运动杆318
连接。
沿着球铰42进行任意方向的转动,且球铰面板43上开有通孔44与海洋结构物模型51相连。
318位于海洋结构物模型51的中线面上;海洋结构物模型51的表面设有压力传感器52用于
采集海洋结构物模型51的受力情况;为了强迫海洋结构物模型51进行纵荡运动,使放置于
支架1的左舷平台上11的左舷纵荡丝杆21驱动左舷纵荡丝杆滑块23沿着丝杆进行轴向运
动;支架1的右舷平台12的右舷纵荡丝杆22驱动右舷纵荡丝杆滑块24沿着丝杆进行轴向运
动。为了强迫海洋结构物模型51进行横荡运动,使通过移动螺母210与左舷横荡丝杆连接板
25和右舷横荡丝杆连接板26连接的前侧横荡丝杆28与后侧横荡丝杆27驱动前后侧横荡丝
杆滑块29沿着丝杆进行轴向运动;为了强迫海洋结构物模型51进行横摇运动,使左舷丝杆
32和右舷丝杆33相互配合驱动左舷丝杆滑块34使左舷丝杆强迫运动杆36沿着丝杆进行轴
向运动;左舷丝杆32和右舷丝杆33也同时相互配合驱动右舷丝杆滑块35使右舷丝杆强迫运
动杆37沿着丝杆进行轴向运动。为了强迫海洋结构物模型51进行艏摇运动,使艏摇减速电
机310驱动艏摇杆39带动艏摇连接支座312在组合强迫运动机构连接板31的艏摇轨道320中
运动;为了强迫海洋结构物模型51进行纵摇运动,使艏部丝杆313和艉部丝杆314相互配合
驱动艏部丝杆滑块315、艉部丝杆滑块316从而带动艏部丝杆强迫运动杆317、艉部丝杆强迫
运动杆318沿着丝杆进行轴向运动。为了强迫海洋结构物模型51进行垂荡运动,使左舷丝杆
32、右舷丝杆33、艏部丝杆313和艉部丝杆314相互配合驱动相应滑块带动相应强迫运动杆
进行上下运动。
33、艏部丝杆313和艉部丝杆314强迫海洋结构物模型51进行特定自由度或组合自由度的运
动。