具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参阅图1，本发明提供了一种船模的静水力学性能测量装置，所述装置包括固定平台、升降平台、六分力测力仪10、角位台11、第二旋转轴12以及连接板13。

所述固定平台上设有刚性升降结构。

进一步的优选方案中，所述升降结构包括第一旋转轴5和电机2，所述第一旋转轴5表面设有螺纹，所述升降平台与所述螺纹配合，所述电机2用于带动所述第一旋转轴5旋转，进而使得所述升降平台上升或下降。

进一步的，所述固定平台包括位于上部的第一固定平台1、支撑杆4以及位于下部的第二固定平台6。所述支撑杆4设于所述第一固定平台1和第二固定平台6之间，例如，通过四个支撑杆4连接第一固定平台1和第二固定平台6。所述第一旋转轴5连接于所述第一固定平台1的下端。整个固定平台的底部可以设置滑轮，该滑轮可以与龙门支架8上的滑轨7相配合以在龙门支架上移动位置。

升降平台包括位于上部的第一升降平台3、支撑杆4以及位于下部的第二升降平台9。所述第一旋转轴5穿过所述第一升降平台3，并与所述第一升降平台3配合。所述支撑杆4设于所述第一升降平台3和第二升降平台9之间，例如可以采用四个支撑杆4连接第一升降平台3和第二升降平台9，进而使得第二升降平台9在第一升降平台3的带动下上下移动。

在另一优选方案中，所述升降结构包括滑轨、滑块和电机，所述升降平台与所述滑块连接，所述电机用于带动所述滑块沿所述滑轨上下运动。

所述装置还包括控制系统，所述控制系统用于控制所述升降结构的升降以及所述第二旋转轴12的旋转角度。升降结构和第二旋转轴12可以通过两个电机进行控制，控制系统设定控制程序，可以实现电机的程序化控制。所述连接板13用于与船模14连接(如图3和图4所示)。

六分力测力仪10设于角位台11和升降平台之间，安装在角位台11的正上方，在优选的方案中，六分力测力仪10位于船模14的假定重心假设的正上方，通过六分力测力仪可以快速直观读出船模的不同倾斜状态以及吃水下的浮力以及复原力矩等静水力性能数据。

角位台11的上端与所述六分力测力仪10固定连接，所述角位台11的下端通过所述第二旋转轴12与所述连接板13连接，连接板13通过其上螺纹孔16与船模14连接。如图2所示，其中，所述第二旋转轴12与所述角位台11优选为轴连。通过第二旋转轴12可以控制船模旋转指定角度，电动控制船模进入水池15中达到特定吃水，结合船模的放置角度，可以模拟出船模14的横倾，纵倾状态。

所述装置分别控制船模的升降以及船模旋转角度的大小，还可以直接快速的读出船模该浮态下浮力以及弯矩的大小，本实施例中，所述装置性能指标满足于下表1所示：

表1

本申请另一方面还提供了一种采用上述船模的静水力学性能测量的装置的测量方法，所述方法包括以下步骤S1～S4。

S1，改变所述升降结构的高度和第二旋转轴的旋转角度使所述船模处于预设浮态；

通过滑动导轨将装置移动到操作台面，将船模固定在连接板上，同通过滑动导轨将装置平移至水池正上方。通过控制系统输入控制程序，输入船模下降高度以及船模倾斜角度，具体的通过电极控制升降结构的旋转，控制升降平台下降至指定位置，通过电机控制第二旋转轴旋转至特定角度，从而实现船模的特定浮态。

S2，采用所述六分力测力仪获取所述船模在该浮态下的浮力和弯矩，其中，所述浮力包括横向力、纵向力以及竖向浮力，所述弯矩包括横向弯矩、纵向弯矩以及偏航力矩；

假定六分力测力仪的中心点为测力点，第二旋转轴与船模的连接点为假定重心点，坐标系为固定在空间中的全局坐标系，坐标原点在第二旋转轴中心点的初始位置。

保证足够大的升降行程可以满足更多船模实验的吃水需求，第一固定平台和第二固定平台之间的距离为H₁，升降结构的控制电机的高度为H_m1以及第一升降平台的厚度为t₁，安全间距为H_s1，推出整个船模静水性能测试装置的行程H_r1：

H_r1＝H₁-H_m1-t₁-H_s1

角位台通过第二旋转轴转动带动连接板进行旋转，进而使船模发生倾斜，为船模不与装置发生碰撞，需要调节第二旋转轴的长度来保证船模能够倾斜大角度。角位台11的旋转中心到第二升降平台9的距离为a，到船模14上表面的距离为b，船模14的最大船长为L，与船模14可以旋转的最大角度θ存在以下关系：

S3，根据所述升降结构的下降距离获取所述船模的实际吃水深度；

实际吃水深度的计算公式为：

其中，V为船模的入水体积，S为船模所在水面的面积，d₁为升降结构的下降距离。

S4，将所述六分力测力仪获得的浮力和弯矩进行变换获得所述船模的性能参数，所述性能参数包括浮心横坐标、浮心纵坐标、浮心垂向坐标、横向复原力臂以及纵向复原力臂。

所述步骤S4具体包括：

根据所述六分力测力仪获得六分力测力仪中心所在测点A处的浮力F_A和弯矩T_A，通过变换获得船模假定重心S处的浮力F_S和弯矩M_S，所述变换公式如下：

其中，F₁为横向力、F₂为纵向力、F₃为竖向浮力、T₁为横向弯矩、T₂为纵向弯矩、T₃为偏航力矩、F_x为所述船模重心处的横向力、F_y为船模假定重心处的纵向力、F_z为船模假定重心处的竖向浮力、M_x为船模假定重心处的横向弯矩、M_y为船模假定重心处的纵向弯矩、M_z为船模假定重心处的偏航力矩。

所述船模的性能参数计算公式为：

其中，为船模的排水体积，X_B为浮心横坐标，Y_B为浮心纵坐标，Z_B为浮心垂向坐标，L_sy为横向复原力臂，L_sx为纵向复原力臂，g为重力加速度，ρ为水密度，X_s为船模假定重心横坐标，Y_s为船模假定重心纵坐标。

综上所述，整个装置结构简单，基本运动为船模的升降以及船模的旋转，叠加之后可以模拟出船模实际漂浮状态；对机构的所有操作指令都程序化，自动化程序高，操作方便，应用本发明，能够真实的模拟出船舶的浮态，快速准确的得出船舶的静水力性能参数，精度高，范围广，具有良好的应用前景。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。