一种二维甲板上浪实验装置

摘要

本发明提供一种二维甲板上浪实验装置，包括浮箱、小车系统、测量系统、基座四部分，所述小车系统主要由滑车、滑块、直线导轨、光轴、鱼眼接头、滚珠套筒组成；所述测量系统由计算机、数据采集器、稳压直流电源、水平位移传感器、垂向位移传感器、姿态传感器组成，其中水平位移传感器通过卡槽固定在基座上，垂向位移传感器通过肋板固定在滑车上，姿态传感器固定在浮箱上；所述基座由基座底板、卡槽组成。波浪与浮箱相互作用从而引起浮箱运动，通过光轴将运动传递给小车系统，最后由位移传感器和姿态传感器完成测量。本发明装置结构简单，操作方便。运动平稳，适用于二维甲板上浪实验研究。

说明书

技术领域

本发明涉及船舶与海洋工程实验领域，尤其涉及一种二维甲板上浪实验装置。

背景技术

在恶劣海况下，船舶等海洋结构物将发生大幅运动，甲板上浪现象十分普遍。涌上甲板 的海浪将对海洋结构物上层建筑、稳性、操纵性造成巨大的影响。对于小型船舶，如果海水 涌入船舱内，船舶甚至有可能发生倾覆。因此，甲板上浪是船舶与海洋工程领域的一个研究 热点。

实验研究作为一种直接有效的研究手段，对甲板上浪问题有着良好的适用性。目前，甲 板上浪实验可分为三维甲板上浪实验和二维甲板上浪实验。三维甲板上浪实验主要是研究实 际海洋结构物在复杂波浪环境中的运动及甲板上浪情况。二维甲板上浪主要是用于验证算法 的可靠性及甲板上浪发生机理。但是，过去的实验装置往往只能测量位移或者压力单一变量。 这极大的限制了实验的研究范围及提高实验费用。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种结构简单、制作和操作方便、测量精度高、稳定性好的二 维甲板上浪实验装置。

本发明的目的是这样实现的：包括基座、浮箱、小车系统和测量系统，所述小车系统包 括安装在基座两端的两条直线导轨和通过底部设置的四个滑块对称安装在直线导轨上的滑 车，所述滑车上对称设置有两个通孔，第一光轴和第二光轴分别通过滚珠套筒安装在两个通 孔里，第一光轴和第二光轴的下端分别连接有鱼眼接头，浮箱通过两端设置的转轴分别与两 个鱼眼接头的鱼眼端连接，所述测量系统包括设置在浮箱上端的姿态传感器、通过肋板安装 在滑车上的垂向位移传感器和通过卡槽固定安装在基座上的水平位移传感器，垂向位移传感 器上还固连有传感器滑块，传感器滑块通过卡子套装在第一光轴的上端，水平位移传感器的 输出端与滑车固定连接，姿态位移传感器、垂向位移传感器和水平位移传感器分别通过导线 与外部电路的计算机、数据采集器和稳压直流电源连接。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.卡槽与底板、卡槽与水平位移传感器之间通过胶水固定连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明结构简单，制作和操作方便，运动精度 高，稳定性好，易于控制，测量精度高，能够模拟不同波浪下的甲板上浪情况，特别是在孤 立波甲板上浪模拟中表现出色，可以更好的满足实验对于甲板上浪模拟的需求，具有良好的 实用和市场价值。本发明的各单元通过基座紧密的联系在一起。当波浪前进遇到浮箱时，浮 箱将产生深沉、横摇等运动。通过光轴，浮箱运动将传递至滑车上。采集光轴的垂向运动和 滑车的水平运动，便可得到浮箱的运动情况。通过固定于浮箱顶端的姿态传感器可以测量浮 箱横摇运动情况。根据来波的不同，便可测量不同波浪环境下，浮箱的甲板上浪情况。通过 固定于箱体内的压力传感器便实现位移与压力的同时测量。

附图说明

图1是本发明的三维结构示意图；

图2是本发明的主视图；

图3是本发明的左视图；

图4是本发明的小车系统的结构示意图；

图5是本发明的垂向位移传感器的结构示意图；

图6是本发明的水平位移传感器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

结合图1至图6，本发明包括基座1、浮箱14、小车系统和测量系统，所述小车系统包 括安装在基座1两端的两条直线导轨12和通过底部设置的四个滑块15对称安装在直线导轨 12上的滑车18，所述滑车18上对称设置有两个通孔，第一光轴8-1和第二光轴8-2分别通 过滚珠套筒19安装在两个通孔里，也即两个光轴通过滚珠轴套19与滑车18相连，第一光轴 8-1和第二光轴8-2的下端分别连接有鱼眼接头16，浮箱14通过两端设置的转轴17分别与 两个鱼眼接头16的鱼眼端连接，所述测量系统包括设置在浮箱14上端的姿态传感器13、通 过肋板11安装在滑车18上的垂向位移传感器9和通过卡槽5固定安装在基座1上的水平位 移传感器6，垂向位移传感器9上还固连有传感器滑块10，传感器滑块10通过卡子7套装在 第一光轴8-1的上端，水平位移传感器6的输出端与滑车18固定连接，也即水平位移传感器 6的输出端通过螺纹20与滑车连接，姿态位移传感器13、垂向位移传感器9和水平位移传感 器6分别通过导线与外部电路的计算机3、数据采集器4和稳压直流电源2连接。并且卡槽5 与底板1、卡槽5与水平位移传感器6之间通过胶水固定连接。

也即本发明由浮箱、小车系统、测量系统、基座四部分组成，所述浮箱为一简化的矩形 方箱，其能够在波浪的作用下发生横摇、垂荡、深沉运动；所述小车系统能够将浮箱运动进 行分解，从而便于运用传感器进行测量；测量系统对各部分运动进行测量，并存储实验数据； 所述基座将为各单元提供支撑，从而将各单元组成一个整体。所述基座1由基座底板、卡槽 5组成；且基座底板中部被掏空，卡槽5位于基座底板一端边缘，用来固定安装水平位移传 感器6。在工作过程中，波浪与浮箱14相互作用从而引起浮箱14运动，通过两个光轴将运 动传递给小车系统，最后由垂向位移传感器9、水平位移传感器6和姿态传感器13完成测量。

如图1所示，所述浮箱14为一简化的二维实验模型，在浮箱14两端固定有转轴17。在 本实施例中，浮箱14整体采用5mm厚玻璃钢板制作而成，各板材之间采用环氧树脂粘结而 成。浮箱水线高200mm，重心高200mm，转轴为直径20mm光轴。

如图4所示，所述小车系统主要由滑车18、滑块15、直线导轨12、光轴8、鱼眼接头 16、滚珠套筒19组成。在本实施例中滑车18由10mm厚的聚丙烯塑料板粘结而成，滑车底 部通过螺丝与四个滑块15相连。滑块15能够在直线导轨12上做水平方向运动。两个光轴 8-1和8-2能够在滚珠套筒18内进行垂向运动。光轴8末端通过螺纹连接与鱼眼接头16相连， 鱼眼接头16与浮箱14两侧的转轴17相连。

测量系统由计算机3、数据采集器4、稳压直流电源2、水平位移传感器6、垂向位移传 感器9、姿态传感器13组成，其中水平位移传感器6通过卡槽5固定在基座底板1上，垂向 位移传感器10通过肋板11固定在滑车18上，姿态传感器13固定在浮箱14上。通过数据采 集器4，便可将测量的数据保存至计算机3中。水平位移传感器6及垂向位移传感器10的安 装及结构示意图如图5和图6所示。

本发明的甲板上浪实验装置工作原理简述如下：首先，根据实验需要确定所需来波的幅 度和频率，控制水槽中的造波板运动生成波浪。随后，波浪将传递至浮箱14处并与浮箱14 相互作用，引起浮箱14运动，滑车18将浮箱14的运动进行分解。最后通过垂向位移传感器 9、水平位移传感器6以及姿态传感器13对浮箱与水槽的运动参数进行测量，即获得甲板上 浪对浮箱14的影响。