一种测量船舶冲程的模型试验方法与流程

1.本发明涉及一种船模冲程的测量方法，属于船舶模型试验技术领域。


背景技术：

2.船舶冲程是指在航船舶停泊时，从开始停船或倒船起，直到船舶完全停止(即相对于水流，船舶处于静止状态)，在此时间段内船舶在原有速度的惯性下继续移动的距离，称为船舶冲程。
3.船舶完成惯性运动所前进的距离是衡量船舶变速运动特性重要的指标之一。制动距离是船舶靠泊过程中选择船速的依据。船速过高，可能不易停船，船速过低又可能由于风浪流的影响产生大的偏移而不易入坞。因此，根据制动距离选择合适的入坞或进港船速显得极为重要。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种测量船舶冲程模型试验方法，为船舶设计提供重要技术支撑。
5.为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种测量船舶冲程的模型试验方法，采用包括航速控制系统、航向控制系统、位移测试系统、无线传输系统及上位机组成的试验装置，其特征在于：
6.在船模上设置航速控制系统和航向控制系统，航速控制系统和航向控制系统分别控制船模的航速和航向；
7.无线传输系统及位移测试系统安装在船模及岸上；
8.上位机安装在岸上，上位机通过无线传输系统分别向航速控制系统和航向控制系统发送控制指令
9.在岸上及船模上设置无线传输系统；
10.船模在航速控制系统和航向控制系统的控制下在指定航速和航向下运行至制动初始位置，当船模艏部运动至制动初始位置时关闭航速控制系统开始制动，在制动过程中，通过位移测试系统采集制动距离。
11.优选地，所述位移测试系统采集的是所述船模的制动距离，即船模冲程；
12.随后依据相似准则，将船模冲程换算到实船在相应环境下的冲程。
13.优选地，所述位移测试系统包括固定在岸上的高速摄像机以及遮蔽物和安装在船模上的超声波传感器以及反光标贴，其中，遮蔽物位于制动初始位置，超声波传感器位于船模艏部；
14.当船模艏部运动至制动初始位置，超声波传感器发出的超声波信号被遮蔽物吸收，进而触发航速控制系统关闭所述航速控制系统，制动开始；
15.在制动过程中，由高速摄像机采集包含反光标贴的连续图像，进而获得反光标贴的运动轨迹，基于反光标贴的运动轨迹分析得到船模由制动开始至船速为零的制动距离。
16.优选地，所述超声波传感器位于所述船模任一位置。
17.优选地，所述反光标贴包括一体加工成型的模型架，模型架上固定有个n个反光球，n≥2，n个反光球不在同一平面内；所述位移测试系统分别获得n个反光球的所述运动轨迹，基于n条运动轨迹分析得到船模由制动开始至船速为零的制动距离。
18.优选地，所述反光球与所述模型架之间采用螺栓连接。
19.优选地，所述无线传输系统包括设置在岸上的无线传输节点一及设置在所述船模上的无线传输节点二及无线传输节点三，其中，无线传输节点一连接所述上位机，无线传输节点二连接所述航速控制系统，无线传输节点三连接所述航向控制系统。
20.优选地，所述航速控制系统包括plc控制器一、电机、桨轴和螺旋桨组成；plc控制器一经所述无线传输节点二接收所述上位机发送的指令驱动电机将数字信号转换为转速信号，驱动电机依据plc控制器一给出的控制器命令改变电机转速，经桨轴传导改变螺旋桨转速，通过螺旋桨的转速变化控制所述船模的速度。
21.优选地，所述航向控制系统包括航向陀螺、plc控制器二、舵机、舵杆和舵；航向陀螺固定于所述船模的船艏，所述上位机经由所述无线传输节点三发送指令给航向陀螺以确定零位；plc控制器二接收航向陀螺15反馈，驱动舵机将数字信号转换为角度信号，经舵杆传导至舵；上位机设定初始航向后，plc控制器二根据航向陀螺的反馈信息驱动驱动舵机调节舵角，使所述船模保持原有航向。
22.优选地，在所述舵机和所述舵杆之间设有转向齿轮结构，通过转向齿轮结构实现传递方向的变化，并保证安装便捷。
23.在满足相似性原理的前提下，本发明提出了一种试验方法，可以高效、高精度测量不同环境下、不同航速时的船模冲程，为实船设计提供依据的同时，节约了实船试验带来的经济成本。
附图说明
24.图1是本发明的系统示意图；
25.图2是本发明实施例的航速及航向控制系统图；
26.图3是本发明实施例的制动位移测试图；
27.图4是本发明实施例的反光标贴图。
28.图中：1
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船模，2
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上位机，3
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无线传输节点岸端，4
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无线传输节点模型端，5
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航速控制系统plc，6
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电机，7
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桨轴，8
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螺旋桨，9
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无线传输节点模型端，10
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航向控制系统plc，11
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舵机，12
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转向齿轮，13
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舵杆，14
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舵，15
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航向陀螺，16
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坞舱，17
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高速摄像机，18
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遮蔽物，19
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超声波传感器，20
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反光标贴，21
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反光球，22
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模型架，23
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螺栓。
具体实施方式
29.下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。
30.以下将以模型船入坞制动为例结合附图对本发明的实施例做具体阐释。
31.本发明提供的一种测量船舶冲程的模型试验方法，采用由航速控制系统、航向控制系统、位移测试系统、无线传输系统及上位机2组成的试验装置，具体试验步骤如下：
32.步骤1、在船模上设置航速控制系统和航向控制系统。
33.在岸上及船模上设置无线传输系统
34.在岸上设置上位机2，上位机2通过无线传输系统控制航速控制系统以及航向控制系统。同时，在岸上还设置位移测试系统用来采集制动距离。
35.如图1及图2所示，以船模进入船坞(并不仅限于船坞)为例，本实施例中，无线传输系统包括安装在岸上的无线传输节点3以及固定在船模1上的无线传输节点4、9。上位机2经由无线传输节点3、4、9分别发送指令以控制航速控制系统以及航向控制系统。
36.航速控制系统由plc控制器5、电机6以及桨轴7和螺旋桨8组成。plc控制器5经无线传输节点4接收上位机2发送的指令驱动电机6将数字信号转换为转速信号，驱动电机6依据plc控制器5给出的控制器命令改变电机转速，经桨轴7传导改变螺旋桨8转速，通过螺旋桨8的转速变化控制船模1的速度。
37.航向控制系统由航向陀螺15、plc控制器10、舵机11、转向齿轮12以及舵杆13和舵14组成。航向陀螺15固定于船模1的船艏，上位机2经由无线传输节点3、9发送指令给航向陀螺15以确定零位。plc控制器10接收航向陀螺15反馈，驱动舵机11将数字信号转换为角度信号，经舵杆13传导至舵14。上位机2设定初始航向后，plc控制器10根据航向陀螺15的反馈信息驱动驱动舵机11调节舵角，使船模1保持原有航向。因此，基于航向陀螺15实时反馈，舵14的自动控制得以实现。本实施例在舵机11和舵杆13之间增加转向齿轮12结构实现传递方向的变化，保证安装便捷。
38.位移测试系统的结构如图3所示，包括高速摄像机17，高速摄像机17固定于船坞16壁。遮蔽物18安装于制动初始位置。超声波传感器19置于船模1艏部，超声波传感器19的测试量程是50
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500mm。反光标贴20可安装于船模1任一位置。
39.如图4所述，为方便安装，将反光标贴20加工为一整体模型，定义为模型架22，模型架22上固定4个反光球21。反光球21与模型架22之间采用螺栓23连接，并确保反光球21不在同一平面内，以保证制动位移正确性。
40.步骤2、开启水池造波系统(若有波浪环境模拟需求)。
41.步骤3、通过上位机2设置船模1的航速到制定航速，启动航速控制系统和航向控制系统，使船模1在指定航速和航向下运行。
42.步骤4、开启位移测试系统。
43.当船模1的艏部进入制动初始位置时，超声波传感器19处于量程之内，产生信号，触发航速控制系统关闭螺旋桨8，制动开始。此时，高速摄像机17采集反光标贴20信号，以获得反光标贴20的运动轨迹，再经采集软件分析显示船模1由制动开始至船速为零的制动距离，记录该制动距离，即船模冲程。随后依据相似准则，将记录的制动距离换算到实船在相应环境下的冲程。
44.本发明提供的试验方法可以获得静水及复杂环境(风、浪、流)下，船模正车及倒车过程中螺旋桨自动停止至船速为零(相对于水流)过程中的制动距离，主要用于船舶与海洋工程试验中测量船舶冲程模型试验。