船體與波浪相對運動測量裝置及測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種船體與波浪相對運動測量裝置及測量方法。測量裝置包括完全貼合船體被測剖面的紫銅帶、聯通至船體底部接觸水體的導線、以及布置在船體甲板上的接線支架和測試儀表；紫銅帶和導線在船體各個被測剖面處通過接線支架連接在測試儀表上。本發(fā)明的測量方法可對船模在波浪中運動時船體外殼和波浪之間的相對位移進行測量，利用運動和時間的微分關系得到對應的相對速度。本發(fā)明可以提高模型試驗中相對運動的測試精度。
【專利說明】船體與波浪相對運動測量裝置及測量方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及船體在波浪中的運動和載荷試驗與測試【技術領域】，尤其涉及一種船體與波面之間相對運動的測量裝置及測量方法。

【背景技術】
[0002]船舶在進行波浪中運動和載荷模型試驗時，有時需要將船體的某些剖面與波面之間的相對運動測量出來，從而為研究船體剖面遭受的波浪砰擊壓力提供與之對應的相對速度，它們之間的關系對砰擊壓力載荷的設計值的確定非常重要，往往是船體結構局部設計載荷的依據。
[0003]傳統的相對運動的測量方法采用鉭絲來測量。這種鉭絲通過一系列固定在被測船體剖面上的支架所固定，沿著船體被測剖面進行布置到船體甲板以上，另一根由直通船體底部的帶絕緣層的金屬絲沿船體外表面布置到甲板面以上，金屬絲在船體的一端與水體聯通，這樣鉭絲和金屬絲在甲板上分別組成一個電容的正負極，波面高度的變化會使得這個回路中電容的大小產生變化，這種變化可通過正負極之間電壓或電流的變化反映出來。這種測量裝置的缺點如下:(I)鉭絲的安裝非常麻煩，需要事先在船體表面安裝若干個支架來固定鉭絲，尤其是在剖面弧度變化較大的地方需要更多的支架，而這些支架的存在或多或少會對船舶在水中運動時的水流產生干擾，從而影響試驗測試的精度；(2)鉭絲表面的鍍膜非常容易被破壞，即使偶爾被硬物輕刮一下，鉭絲的靈敏度系數就會產生較大的變化，嚴重影響測試的精度；(3)這種鉭絲的成本昂貴，性價比不高。


【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種船體與波浪相對運動測量裝置及測量方法，提高模型試驗中相對運動的測試精度。
[0005]本發(fā)明的技術方案如下:
[0006]一種船體與波浪相對運動測量裝置，包括完全貼合船體被測剖面的紫銅帶、聯通至船體底部接觸水體的導線、以及布置在船體甲板上的接線支架和測試儀表；所述紫銅帶和導線在船體各個被測剖面處通過接線支架連接在測試儀表上。
[0007]其進一步的技術方案為:所述紫銅帶從船體底部沿著船體各個被測剖面的外部形狀單側粘貼布置，一直布置到船體甲板面上。
[0008]其進一步的技術方案為:所述紫銅帶的厚度為0.5mm,寬度為2mm，其外表面沒有絕緣層。
[0009]其進一步的技術方案為:所述導線布置在船體內部，沿著船體甲板面下緣布置到船體的各個被測剖面，并在船體底部和水體接觸。
[0010]其進一步的技術方案為:所述接線支架和測試儀表分別布置在船首、船中和船尾的被測剖面的右側。
[0011]一種基于上述裝置實現的船體與波浪相對運動測量方法，包括如下步驟:
[0012]I)將波面高度分成多個等分，分別記為tv hp h2，…，hn，依次測得每個波面高度為V(l、Vl、V2，…，Vn，獲得反應被測剖面上的波面高度與每個相對運動測量裝置輸出電壓之間的變化關系的靈敏度系數曲線；
[0013]2)記測點的數量為m個,記每個測點與靜水面的高度差為Hi, i = 1，2，...，m ;
[0014]3)試驗時，設每個時刻t上第i個測點的輸出電壓值為Vi(t);根據該電壓值\(0尋找在對應的相對運動測量裝置的靈敏度系數曲線中的位置，當Vi (t)在'和VJ+1之間，即Vj ( Vi (t) ( vJ+1時,通過插值方法得到與之對應的絕對液面高度hi (t)=hj+(hj+1-hj) (Vj+「Vj)/(V1-Vj)，則第i個測點的相對液面高度為MO-Hi ;該液面高度即為第i個測點的相對位移，根據位移和時間的微分關系，得到第i個測點的相對速度為(hi(t+l)-hi(t))/A t，其中Λ t為數據采樣的時間間隔，即采樣頻率的倒數；
[0015]4)對具有m個測點的相對運動測量裝置，得到m條相對位移測量曲線Iii (t) -Hi (i=I, 2,..., m)和相對速度測量曲線(h^t+D-hi (t))/ Δ t (i = I, 2,..., m),實現對船模的波浪試驗中不同剖面、不同位置船體表面和波面之間相對運動的測量。
[0016]本發(fā)明的有益技術效果是:
[0017]本發(fā)明涉及一種船體與波浪相對運動測量裝置及測量方法，可對船體在波浪中運動時船體外殼和波浪之間的相對位移進行測量，利用運動和時間的微分關系得到對應的相對速度，提高模型試驗中相對運動的測試精度。
[0018]本發(fā)明的優(yōu)點將在下面【具體實施方式】部分的描述中給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明裝置在船模中安裝后的主視圖。
[0020]圖2是本發(fā)明裝置在船模中安裝后的俯視圖。
[0021]圖3是本發(fā)明裝置在船模中安裝后在各個被測剖面的剖視圖。
[0022]圖4是靈敏度系數標定示意圖。
[0023]圖5是靈敏度系數曲線。

【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做進一步說明。
[0025]一、測量裝置:
[0026]本發(fā)明裝置在船模中安裝后的三視圖分別見圖1、圖2和圖3。圖中的船體外殼上安裝有接線支架3和相對運動測試儀表4，分別布置在船首、船中和船尾的三個橫剖面的右偵U。裝置選用薄的紫銅帶I替換傳統采用的鉭絲，紫銅帶I的安裝方式采用沿著船體被測剖面單側粘貼的方法，大大減少了傳統的安裝支架對被測剖面周圍流場產生的干擾。其抗碰刮的能力也較傳統的鉭絲大大增強，偶爾的碰刮不會對其靈敏度系數產生顯著影響。另一方面，紫銅帶I的市場價格要遠遠低于鉭絲，大約是鉭絲價格的1/10以下。圖中的紫銅帶I從船底沿著被測剖面外部形狀粘貼布置，一直布置到甲板面上，作為各個被測剖面上簡易電容器的陽極。紫銅帶I的厚度為0.5_，寬度為2_，外表面沒有絕緣層。圖中的導線2聯通至船體底部水體，其只在船體底部和水接觸，其它部分布置在船體內部，并沿著甲板面下緣布置到各個被測剖面，作為各個被測剖面上簡易電容器的陰極。由此，各個被測剖面的陰極導線2和陽極紫銅帶I分別通過接線支架3連接在測試儀表4上形成測試電路，共形成三組相對運動測量裝置S1、S2、S3。波面高度的變化會使得各個被測剖面的電容值產生變化，在測試電路上反映為電壓的變化。如果在各個電路上串聯一個電阻，則可以通過電流的變化來電容值的變化。電路上電壓或電流的變化和船體與波面之間相對位置的變化是一一對應的。這種對應的關系即靈敏度系數，需要在正式試驗之前通過標定來得到。
[0027]二、靈敏度系數標定:
[0028]開展模型試驗之前，需要對相對運動測量裝置進行標定，得到每個被測剖面上的水面(波面)高度與裝置輸出電壓之間的變化關系，即靈敏度系數。由于各被測剖面通常為非直壁剖面，各被測剖面的靈敏度系數不是一個固定的數值，而是一條曲線。這樣，就需要盡量多地把水面的高度細分成較多的數量，依次測量每個對應水面高度與輸出電壓值之間的關系。例如，如圖4所示，把液面高度分成20等分(實際情況下，等分的數量可以根據測量剖面的變化情況進行調整)，分別記為Ivhph2,…，h2(l，依次測得每個液面高度為V。、VpV2,…,V2tl,則靈敏度系數如圖5所示的曲線。每個相對運動測量裝置S1、S2,.",Sn通過標定分別得到不同的靈敏度系數曲線。
[0029]二、相對運動測試和分析:
[0030]試驗中，波面的變化會導致相對運動中測量裝置的電容大小產生變化，從而導致測試電路中輸出電壓發(fā)生變化。
[0031]相對運動測量裝置可以對與之對應的船模安裝剖面上的具體測點的相對運動進行測量。測點的數量可以是m個，記每個測點與靜水面的高度差為Hi, i = 1，2，...，m。
[0032]試驗時每個時刻t上第i個測點的輸出電壓值為Vi (t)。數據分析時根據這個電壓值Vi(t)尋找在對應的相對運動測量裝置的靈敏度系數曲線中的位置，如圖5所示在Vj和Vj+1之間，即Vj ( Vi (t) ( vJ+1時,通過插值的方法得到與之對應絕對液面高度hi (t)=hj+^-hj) (Vj+1-Vj)/(V1-Vj)，則第i個測點的相對液面高度為這個液面高度即為第i個測點的相對位移，根據位移和時間的微分關系，得到第i個測點的相對速度為Qli (t+1)-hi (t))/Λ t，其中Λ t為數據采樣的時間間隔，即采樣頻率的倒數。
[0033]至此，對任一個相對運動測量裝置(假設該測量裝置有m個測點)來說，可以得到m條相對位移測量曲線= l，2，...，m)和相對速度測量曲線Qli (t+1) -hi (t)) / Λ t (i = 1，2，...，m)，實現對船模的波浪試驗中不同剖面、不同位置船體表面和波面之間相對運動的測量。
[0034]以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明不限于以上實施例?？梢岳斫?，本領域技術人員在不脫離本發(fā)明的基本構思的前提下直接導出或聯想到的其他改進和變化，均應認為包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種船體與波浪相對運動測量裝置，其特征在于:包括完全貼合船體被測剖面的紫銅帶、聯通至船體底部接觸水體的導線、以及布置在船體甲板上的接線支架和測試儀表；所述紫銅帶和導線在船體各個被測剖面處通過接線支架連接在測試儀表上。
2.根據權利要求1所述的船體與波浪相對運動測量裝置，其特征在于:所述紫銅帶從船體底部沿著船體各個被測剖面的外部形狀單側粘貼布置，一直布置到船體甲板面上。
3.根據權利要求1所述的船體與波浪相對運動測量裝置，其特征在于:所述紫銅帶的厚度為0.5mm，寬度為2mm，其外表面沒有絕緣層。
4.根據權利要求1所述的船體與波浪相對運動測量裝置，其特征在于:所述導線布置在船體內部，沿著船體甲板面下緣布置到船體的各個被測剖面，并在船體底部和水體接觸。
5.根據權利要求1所述的船體與波浪相對運動測量裝置，其特征在于:所述接線支架和測試儀表分別布置在船首、船中和船尾的被測剖面的右側。
6.一種基于權利要求1所述裝置實現的船體與波浪相對運動測量方法，其特征在于包括如下步驟: D將波面高度分成多個等分，分別記為Wh2,…，hn，依次測得每個波面高度為V(l、Vl、V2，…，Vn，獲得反應被測剖面上的波面高度與每個相對運動測量裝置輸出電壓之間的變化關系的靈敏度系數曲線； 2)記測點的數量為m個，記每個測點與靜水面的高度差為Hi,i = 1，2，...，m ; 3)試驗時，設每個時刻t上第i個測點的輸出電壓值為Vi⑴；根據該電壓值Vi(t)尋找在對應的相對運動測量裝置的靈敏度系數曲線中的位置，當Vi (t)在Vj和vj+1之間，即Vj ( Vi (t) ( vJ+1時,通過插值方法得到與之對應的絕對液面高度hi(t) = hj+(hj+1-hj)(Vj+1-Vp/(V1-Vp，則第i個測點的相對液面高度為;該液面高度即為第i個測點的相對位移，根據位移和時間的微分關系，得到第i個測點的相對速度為α^α+υ-ι^α))/At，其中At為數據采樣的時間間隔，即采樣頻率的倒數； 4)對具有m個測點的相對運動測量裝置，得到m條相對位移測量曲線hi(t)-Hi (i =I,2,..., m)和相對速度測量曲線(hJt+D-hJt))/ At(i = I, 2,..., m),實現對船體的波浪試驗中不同剖面、不同位置船體表面和波面之間相對運動的測量。
【文檔編號】G01P5/18GK104407170SQ201410713859
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月28日 優(yōu)先權日:2014年11月28日
【發(fā)明者】汪雪良, 顧學康 申請人:中國船舶重工集團公司第七○二研究所