多角度物體入水和興波運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種船舶與海洋工程實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)裝置，尤其涉及一種多角度物體入水和興波運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置，主要應(yīng)用于結(jié)構(gòu)物入水實(shí)驗(yàn)和興波運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的研究。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，中國(guó)提出了“一路一帶”、“21世紀(jì)海上絲綢之路”等國(guó)家未來(lái)發(fā)展戰(zhàn)略，船舶和海洋工程領(lǐng)域得到了極大的重視。結(jié)構(gòu)入水問(wèn)題和興波運(yùn)動(dòng)問(wèn)題是船舶和海洋工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。結(jié)構(gòu)物入水問(wèn)題在海洋平臺(tái)和船舶入水砰擊，水上飛機(jī)海上起降、導(dǎo)彈魚(yú)雷入水等方面具有重要的工程價(jià)值。結(jié)構(gòu)物入水根據(jù)入水速度可以分為高速入水和低速入水。結(jié)構(gòu)物入水問(wèn)題是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，在結(jié)構(gòu)物以一定速度撞擊水面或由空氣進(jìn)入水中的過(guò)程，涉及到了固、液、氣相互耦合作用等一系列復(fù)雜的物理問(wèn)題。結(jié)構(gòu)物入水的角度和速度，結(jié)構(gòu)物頭部的形狀，結(jié)構(gòu)物的材料特性等都會(huì)對(duì)入水問(wèn)題有重要的影響。興波運(yùn)動(dòng)問(wèn)題在船型優(yōu)化設(shè)計(jì)中有很重要的影響，船舶靜水阻力主要由粘性阻力和興波阻力組成，而在一定的Froude數(shù)范圍內(nèi)，興波阻力對(duì)船型的變化比較敏感，如果能夠適當(dāng)修改船型，有可能使船舶的興波阻力明顯降低，從而降低船舶的總阻力。
[0003]在已有的入水實(shí)驗(yàn)技術(shù)中，專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N201410287171，授權(quán)公告號(hào)為CN104101478A的專利“一種結(jié)構(gòu)物入水實(shí)驗(yàn)發(fā)射裝置”，通過(guò)彈筒和法蘭調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)入水的速度和角度。專利申請(qǐng)?zhí)枮?01510106458.X，授權(quán)公告號(hào)為CN104697737A的專利“一種海洋結(jié)構(gòu)物入水砰擊實(shí)驗(yàn)裝置”，通過(guò)拋載系統(tǒng)和電磁鐵實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的入水控制。
[0004]在結(jié)構(gòu)物入水實(shí)驗(yàn)中，結(jié)構(gòu)物的入水時(shí)的角度和速度兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)?，F(xiàn)有的入水實(shí)驗(yàn)裝置存在許多不足:
[0005](I)對(duì)于結(jié)構(gòu)物入水角度的調(diào)節(jié)沒(méi)有考慮或者角度控制方式過(guò)于簡(jiǎn)單，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果存在誤差，數(shù)據(jù)的精度難以保證，不能達(dá)成預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果；
[0006](2)對(duì)于結(jié)構(gòu)物入水方式的實(shí)現(xiàn)過(guò)于單一，不能綜合實(shí)現(xiàn)自由入水、強(qiáng)迫入水(勻速和變速)等多種入水方式，提高了實(shí)驗(yàn)成本；
[0007](3)實(shí)驗(yàn)裝置功能過(guò)于單一，只能進(jìn)行單一的入水實(shí)驗(yàn)，對(duì)于其他類型的實(shí)驗(yàn)沒(méi)有適用性，實(shí)驗(yàn)裝置利用率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本實(shí)用新型的目的是為了實(shí)現(xiàn)入水方式多樣化，入水角度、入水速度可控且，同時(shí)適用于模型不同浸水深度時(shí)的水面和水下興波實(shí)驗(yàn)而提供一種多角度物體入水和興波運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置。
[0009]本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:包括實(shí)驗(yàn)水槽、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)支撐架、水平實(shí)驗(yàn)臺(tái)和垂直實(shí)驗(yàn)臺(tái)，所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)支撐架包括相互連接的支撐架框架和三角支撐件，所述三角支撐件上設(shè)置有系統(tǒng)配重，所述支撐框架的兩個(gè)豎直段對(duì)稱設(shè)置有兩根垂直導(dǎo)軌，在兩根豎直導(dǎo)軌的下端的支撐架框架上還分別設(shè)置有緩沖墊所述垂直實(shí)驗(yàn)臺(tái)包括安裝在支撐架框架上的垂直實(shí)驗(yàn)臺(tái)框架、安裝在垂直實(shí)驗(yàn)臺(tái)框架上的滾珠絲杠伺服電機(jī)、與滾珠絲杠伺服電機(jī)輸出端連接的滾珠絲杠和安裝在滾珠絲杠上的絲杠套筒，且所述滾珠絲杠的兩端通過(guò)兩個(gè)U型支撐架設(shè)置在支撐架框架的兩個(gè)豎直段之間，所述水平實(shí)驗(yàn)臺(tái)包括安裝在兩根垂直導(dǎo)軌上的可移動(dòng)是水平實(shí)驗(yàn)臺(tái)框架、對(duì)稱設(shè)置在水平實(shí)驗(yàn)臺(tái)框架兩側(cè)的兩根水平滑軌、安裝在水平實(shí)驗(yàn)臺(tái)框架上的齒輪齒條伺服電機(jī)、安裝在齒輪齒條伺服電機(jī)輸出軸上的齒輪、安裝在第一水平滑軌上的齒條、與齒條的無(wú)齒端固連的水平移動(dòng)臺(tái)和安裝在水平移動(dòng)臺(tái)中間下方位置的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦B接板，所述齒輪與齒條嚙合且齒條可沿著第一水平滑軌移動(dòng)，所述水平移動(dòng)平臺(tái)的端部安裝在第二水平滑軌上并能沿著第二水平滑軌移動(dòng)，所述水平實(shí)驗(yàn)臺(tái)框架上還安裝有連接方管，連接方管通過(guò)連接角鐵與絲杠套筒固連，所述實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦B接板的中心上設(shè)置有實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦B接桿，所述實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦B接板上還設(shè)置有電磁體，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ桶惭b在電磁鐵上，所述實(shí)驗(yàn)水槽設(shè)置在水平實(shí)驗(yàn)臺(tái)框架的下方。
[0010]本實(shí)用新型還包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征:
[0011]1.所述支撐架框架的豎直段設(shè)置有用來(lái)限制水平實(shí)驗(yàn)臺(tái)豎直運(yùn)動(dòng)行程兩個(gè)垂直限位器和兩個(gè)垂直位置傳感器，所述水平實(shí)驗(yàn)臺(tái)框架上設(shè)置有用來(lái)限制水平移動(dòng)平臺(tái)行程的兩個(gè)水平限位器和兩個(gè)水平位移傳感器。
[0012]2.還包括計(jì)算機(jī)設(shè)備、動(dòng)力柜和高速攝影系統(tǒng)，所述滾珠絲杠伺服電機(jī)、齒輪齒條伺服電機(jī)分別通過(guò)電纜與動(dòng)力柜連接，動(dòng)力柜通過(guò)電纜與計(jì)算機(jī)設(shè)備連接。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型可以精確調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)物入水時(shí)的角度，滿足可變角度的斜入水實(shí)驗(yàn)；能夠?qū)崿F(xiàn)物體自由入水、強(qiáng)迫入水(勻速和變速)，可以更好的滿足實(shí)驗(yàn)對(duì)于結(jié)構(gòu)物不同入水方式模擬的要求，具有良好的實(shí)用性;能夠?qū)Y(jié)構(gòu)物入水過(guò)程中產(chǎn)生的空化現(xiàn)象運(yùn)用實(shí)驗(yàn)手段進(jìn)行觀測(cè)，豐富了入水實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，提高的實(shí)驗(yàn)的效率；由于系統(tǒng)的水平運(yùn)動(dòng)與垂直運(yùn)動(dòng)可以獨(dú)立控制，所以能夠?qū)崿F(xiàn)模型不同浸水深度時(shí)的水面和水下興波實(shí)驗(yàn)，提高了實(shí)驗(yàn)裝置的適用性和利用率。本實(shí)用新型可通過(guò)分別控制水平實(shí)驗(yàn)臺(tái)和垂直實(shí)驗(yàn)架的速度值可以實(shí)現(xiàn)斜入水、變速入水和興波運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)，具有實(shí)驗(yàn)手段多樣、結(jié)果精確度高、裝置利用率高、設(shè)備適應(yīng)性高等特點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本實(shí)用新型的總體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2是本實(shí)用新型去除實(shí)驗(yàn)水槽等的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3是本實(shí)用新型的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)支撐架的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖4是本實(shí)用新型的垂直實(shí)驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖5是本實(shí)用新型的水平實(shí)驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖一；
[0019]圖6是本實(shí)用新型的水平實(shí)驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖二；
[0020]圖7是本實(shí)用新型的角度連接器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021 ]圖中:1.實(shí)驗(yàn)水槽，2.驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，3.計(jì)算機(jī)設(shè)備，4.動(dòng)力柜，5.高速攝影系統(tǒng)，6.驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)支撐架，7.垂直實(shí)驗(yàn)臺(tái)，8.水平實(shí)驗(yàn)臺(tái)，9.支撐架框架，10.系統(tǒng)配重，11.垂直滑軌，12.垂直限位器，13.垂直位置傳感器，14.U型支撐s架，15.垂直實(shí)驗(yàn)臺(tái)框架，16.絲杠套筒，17.滾珠絲杠，18.絲杠聯(lián)軸器，19.滾珠絲杠伺服電機(jī)，20.水平實(shí)驗(yàn)臺(tái)框架，21.水平位置傳感器，22.水平限位器，23.水平移動(dòng)臺(tái)，24.水平滑軌，25.實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦B接桿，26.齒輪齒條伺服電機(jī)，27.連接角鐵，28.連接方管，29.水平齒輪，30.水平齒條，31緩沖墊，32電磁鐵。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0023]結(jié)合圖1至圖7，本實(shí)用新型包括實(shí)驗(yàn)水槽1、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2、動(dòng)力柜4、計(jì)算機(jī)設(shè)備3和高速攝影系統(tǒng)5。
[0024]實(shí)驗(yàn)水槽I由角鋼焊接構(gòu)成框架結(jié)構(gòu)，槽體的側(cè)壁和底部用玻璃膠粘接雙層透明亞克力材料，水槽靠近驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2—側(cè)安裝遮光板;驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2由系統(tǒng)支撐架6，垂直實(shí)驗(yàn)臺(tái)7和水平實(shí)驗(yàn)架8三部分組成;動(dòng)力柜4中安裝有滾珠絲杠伺服電機(jī)19和齒輪齒條伺服電機(jī)26的驅(qū)動(dòng)控制設(shè)備，并通過(guò)電纜分布連接伺服電機(jī)和計(jì)算機(jī)設(shè)備3;計(jì)算機(jī)設(shè)備3安裝有伺服電機(jī)控制軟件，用于對(duì)伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)的控制;高速攝影5系統(tǒng)安置在實(shí)驗(yàn)水槽I的另一側(cè)，對(duì)結(jié)構(gòu)物入水過(guò)程中產(chǎn)生的空化現(xiàn)象進(jìn)行觀測(cè)。
[0025]如圖3所示:驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)支撐架6的框架結(jié)構(gòu)9由方管材料焊接而成，部分使用角鐵和螺栓螺母加以緊固；系統(tǒng)配重10安置在框架結(jié)構(gòu)9的三角支撐部分;兩根垂直滑軌11對(duì)稱安裝在框架結(jié)構(gòu)9的垂直部分上段兩側(cè)，用以連接水平實(shí)驗(yàn)臺(tái)8;兩個(gè)垂直限位器12和兩個(gè)垂直位置傳感器13安裝在框架架構(gòu)9的垂直部分同一側(cè)，防止驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)垂直運(yùn)動(dòng)超出實(shí)驗(yàn)安全值;兩個(gè)緩沖墊31分別安裝的由方管組成的基座上，在系統(tǒng)斷電后支撐水平實(shí)驗(yàn)臺(tái)8，減小系統(tǒng)的磨損;一個(gè)U型支撐架14安裝在框架結(jié)構(gòu)9的上部，用以支撐滾珠絲杠17。
[0026]如圖4所示:垂直實(shí)驗(yàn)臺(tái)7的框架結(jié)構(gòu)15由方管材料焊接而成，并用角鐵、連接片和螺栓螺母安置緊固在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)支撐架6上;滾珠絲杠伺服電機(jī)19安裝在框架結(jié)構(gòu)中，并用聯(lián)軸器18和滾珠絲杠17連接;滾珠絲杠17的上下兩端分別用一個(gè)U型支撐架14固定;絲杠套筒16安裝在滾珠絲杠17的頂端，用來(lái)和連接角鐵27、連接方管28組成角度連接器，將滾珠絲杠17實(shí)現(xiàn)的垂直運(yùn)動(dòng)連接到水平實(shí)驗(yàn)臺(tái)8上。<