間通過柔性薄膜4進行柔性連接，且使柔性薄膜4寬度稍大于隔板2與船模3的間距。柔性薄膜4與隔板2和船模3在連接處進行熱硫化連接，以保證其密封性。隔板2和柔性薄膜4將船模3與水槽I之間的空間分割為A-H八個單元水密腔室。
[0039]此外，船模3上還要布置一個沿船?？v向中線貫穿扭轉(zhuǎn)中心的軸5，通過軸5與水槽I的槽壁連接，船模3可以該軸5為中心扭轉(zhuǎn)。
[0040]在單元水密腔室設(shè)有進水口，進水口與單元進水管連接，在單元進水管上安裝有流量計和閥門，閥門與控制閥門開度的控制器連接，通過控制器控制閥門的開度，達到向單元水密腔室供給不同水量的水。
[0041](二)測量儀器的安裝；
[0042]首先要在所有水槽隔板2深度方向標注刻度以便調(diào)整船模3各部分的吃水深度。其次關(guān)于應(yīng)變傳感器7安裝位置的選擇，優(yōu)選設(shè)置在船舶艙室大開口 8的角隅處，因為這里受到的力最大，同時在船模3的舷側(cè)外板處也布置應(yīng)變傳感器7。角位移傳感6其則布置在中心扭轉(zhuǎn)軸5上用來測量船模3的扭轉(zhuǎn)角。之后將各傳感器和電荷放大器9、多通道信號采集儀10、計算機11順次連接。在單元水密腔室外依次連接八個單元進水管。
[0043](三)實驗操作；
[0044]整個大開口船舶扭轉(zhuǎn)模擬裝置制作完成后，據(jù)船舶航行水域的波浪狀況，選取某一瞬時波形作分析，借助模擬裝置的各單元水密腔室，將該瞬時波形劃分為對應(yīng)的若干個階段，對每個階段的波幅擇定一平均值，計算出向單元水密腔室需要注水的量，然后計算出各個單元水密腔室之間的水量之比，通過控制器設(shè)定各個閥門的開度，閥門的開度之比與水量之比相同，啟動水栗，向總進水管12中注水，形成與所述平均值比例對應(yīng)的水深。
[0045]如圖1至圖3所示的一實施例，首尾對稱的船舶與波浪成α角度前進。船長L和波長λ的關(guān)系是A=L cosa，由圖1可以看出，圖中船首、船尾處于波峰位置，船中處于波谷位置。直立狀態(tài)下的船舶，它兩舷的吃水深度是不相同的，如圖2所示，船體的前半部分，右舷吃水比左舷??；在后半部分，如圖3所示，則是左舷吃水比右舷小，船舶前半段的浮力V(排水量的1/2)作用點位于距船縱中剖面的e處，由左右兩舷吃水不同造成了從左舷作用于右舷的橫向作用力H，船舶的后半部分恰恰相反。這樣，在船中剖面m-n的地方將作用一個繞船體扭轉(zhuǎn)軸的力矩。一般的船舶，它的扭轉(zhuǎn)中心一般在形心位置G的附近，它在斜浪中航行時所受到的橫向力H因為與G靠近，所以由H產(chǎn)生的力矩很小，基本可以忽略不計，則在船中剖面所受到的扭矩是:?ψ = VXe。但是對于大開口船舶，由于它剖面的扭轉(zhuǎn)中心一般處于船舶基線下面(扭轉(zhuǎn)中心由剖面形狀計算得到)，和剖面形心G的距離相對較遠，使其除了承受由浮力造成的扭矩之外，還承受舷側(cè)吃水高度差H產(chǎn)生的扭矩。
[0046]實驗時，根據(jù)圖1中設(shè)定的波形，向各單元水密腔室內(nèi)注入不等量的水，以此來模擬船舶在斜浪中航行的受力情形，具體操作時，A和H單元水密腔室的水深大于其它單元水密腔室的水深，位于船模3中部的單元水密腔室水深小于位于船模3首尾兩端的單元水密腔室水深。在注水的過程中，學(xué)生可實時的、直接觀察船模的變形狀況，并通過計算機11觀察各傳感器采集的數(shù)據(jù)信息，對大開口船模各部位的受力及扭轉(zhuǎn)變形有直觀的認知。
[0047]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書、說明書及其等效物界定。
【主權(quán)項】
1.船舶扭轉(zhuǎn)原理的模擬裝置，其特征在于，包括水槽(I)、具有大開口的船模(3)、傳感器系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、信號調(diào)理及采樣系統(tǒng)和帶有顯示單元的終端: 所述船模(3)通過縱向貫穿船模扭轉(zhuǎn)中心的軸(5)與水槽兩端的槽壁連接，船模(3)可以該軸(5)為中心扭轉(zhuǎn)，船模(3)到水槽槽壁和水槽底面之間的空間設(shè)有若干隔板(2)，所述隔板(2) —端固定在水槽(3)上，另一端通過柔性薄膜(4)與船模(3)連接，空間被隔板(2)與柔性薄膜(4)分割為多個環(huán)繞在船模周側(cè)的單元水密腔室，柔性薄膜(4)與隔板(I)、船模(3)的連接處密封； 所述傳感器系統(tǒng)包括布置在船模(3)上的應(yīng)變傳感器(7)和采集船模扭轉(zhuǎn)信息的角位移傳感器￠)，應(yīng)變傳感器(7)的設(shè)置點包括船舶艙室大開口角隅處、船模舷側(cè)外板，所述角位移傳感器布置在所述軸(5)上，所述應(yīng)力傳感器(7)、角位移傳感器(6)分別與所述信號調(diào)理及采樣系統(tǒng)連接，信號調(diào)理及采樣系統(tǒng)與所述終端連接； 所述供水系統(tǒng)包含總進水管(12)、與總進水管(12)連接的若干個單元進水管和控制器，每一個單元水密腔室與一個單元進水管連接，單元進水管上設(shè)有流量計和閥門，閥門與控制閥門開度的控制器連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶扭轉(zhuǎn)原理的模擬裝置，其特征在于，各單元水密腔室在與其對應(yīng)的隔板(2)上標注有讀取水深的刻度。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶扭轉(zhuǎn)原理的模擬裝置，其特征在于，所述柔性薄膜(4)為橡膠柔性薄膜。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶扭轉(zhuǎn)原理的模擬裝置，其特征在于，所述船模(3)由聚氨酯泡沫塑料制成。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶扭轉(zhuǎn)原理的模擬裝置，其特征在于，所述隔板(2)包括一片位于軸(5)正下方的縱向隔板和若干片垂直于縱向隔板的橫向隔板。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶扭轉(zhuǎn)原理的模擬裝置，其特征在于，所述信號調(diào)理及采樣系統(tǒng)包括電荷放大器(9)和多通道數(shù)據(jù)采集儀(10)。7.一種用于權(quán)利要求1至6中任一項船舶扭轉(zhuǎn)原理的模擬裝置的模擬方法，其特征在于，包括模擬波形的步驟: 根據(jù)船舶航行水域的波浪狀況，選取某一瞬時波形作分析，借助模擬裝置的各單元水密腔室，將該瞬時波形劃分為對應(yīng)的若干個階段，對每個階段的波幅擇定一平均值，計算出向單元水密腔室需要注水的量，然后計算出各個單元水密腔室之間的水量之比，通過控制器設(shè)定各個閥門的開度，閥門的開度之比與水量之比相同，啟動水栗，向總進水管中注水，形成與所述平均值比例對應(yīng)的水深。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種船舶扭轉(zhuǎn)原理的模擬裝置及模擬方法，所述模擬裝置包括水槽、具有大開口的船模、傳感器系統(tǒng)、信號調(diào)理及采樣系統(tǒng)和帶有顯示單元的終端。所述船模通過縱向貫穿船模扭轉(zhuǎn)中心的軸與水槽兩端的槽壁連接，船?？梢栽撦S為中心扭轉(zhuǎn)，船模到水槽槽壁和水槽底面之間的空間設(shè)有若干隔板，所述隔板一端固定在水槽上，另一端通過柔性薄膜與船模連接，所述空間被隔板與柔性薄膜分割為多個環(huán)繞在船模周側(cè)的單元水密腔室。本模擬裝置可生動、直觀的演示和驗證扭轉(zhuǎn)對大開口船舶的危害，引起學(xué)生對大開口船舶產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)的重視，使學(xué)生對船舶在波浪中發(fā)生扭轉(zhuǎn)方面的知識有更直觀的認知，有效提高教學(xué)效果。
【IPC分類】G09B9/06
【公開號】CN105185187
【申請?zhí)枴緾N201510685003
【發(fā)明人】張健, 昌滿, 吳天強, 馬浩然
【申請人】江蘇科技大學(xué)
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年10月20日
【公告號】CN105185187B