阅读说明：本技术 一种船模横倾锁定装置及力矩测量方法 (Ship model heeling locking device and moment measuring method ) 是由 刘小健 陆志妹 吴永顺 张晨亮 刘义 范佘明 于 2020-05-13 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种船模横倾锁定装置。本发明的另一个技术方案是提供了一种力矩测量方法。本发明通过在转动轴上安装扭矩传感器,解决了操纵性四自由度建模中横倾的锁定以及横倾力矩的测量等问题。本发明即解决了横倾角的方便调节问题,又解决了横倾力矩的测量精度问题,是船舶横倾力矩高精度测量的基础与关键点,有利于提高船舶水动力试验技术水平。本发明提供的技术方案构思精巧、结构简洁、工艺性能优良、可操作性强,将常用零部件巧妙组合实现了船舶横倾力矩测量功能,奠定了高精度测量船舶横倾力矩的基础,提高了我国船舶水动力试验技术。(The invention provides a ship model heeling locking device. The invention further provides a torque measuring method. According to the invention, the problems of locking of the heeling and measurement of the heeling moment in the four-degree-of-freedom modeling of the maneuverability are solved by mounting the torque sensor on the rotating shaft. The invention not only solves the problem of convenient adjustment of the transverse inclination angle, but also solves the problem of measurement precision of the transverse inclination moment, is a foundation and key point for high-precision measurement of the transverse inclination moment of the ship, and is beneficial to improving the technical level of ship hydrodynamic tests. The technical scheme provided by the invention has the advantages of ingenious conception, simple structure, excellent process performance and strong operability, and the common parts are skillfully combined to realize the function of measuring the ship heeling moment, thereby laying the foundation for measuring the ship heeling moment with high precision and improving the ship hydrodynamic test technology in China.)

一种船模横倾锁定装置及力矩测量方法

技术领域

本发明涉及一种适用于横倾锁定及力矩测量的装置及采用该装置的测量方法，尤其涉及一种用于测量船模横倾力矩的试验装置及采用该试验装置的测量方法，属于船舶水动力测量领域。

背景技术

操纵性是船舶非常重要的性能之一，关系到船舶的营运安全，准确的性能预报可以降低船舶操纵的风险。在船舶研制阶段，由于船型的变化、船舶重心的增高以及高航速，传统包括纵荡、横荡和摇首在内的三自由度操纵运动数学模型不能满足操纵预报的需求，建立包括横倾在内的操纵性运动四自由度数学模型并进行所有水动力导数的测量，是准确预报船舶操纵性的关键。模型试验中一般采用约束模试验方法获取船舶操纵性水动力导数。约束模试验主要是采用机械的控制，强迫船模作规定的运动，利用传感器测量包括横倾力矩在内的船体水动力，此时横倾角固定，这有别于横摇运动为正弦曲线的强迫横摇力矩的测量。

目前将船体横倾力矩分量与船体纵向力、横向力分量集在一起加工的传感器有不少弊端，如会产生相互干扰、安装无法达到指定位置以及传感器某分量达不到需要的量程或者某向量程过大，造成测量的水动力需要再次换算或者测量精度的不准确。除此之外，在横倾力矩测量中，为了让船模产生横倾，在船底的安装基面上垫上固定角度块的做法也给试验的安装和测量带来很大的不便。面对大量的试验工况，如何既方便横倾角度的调节、准确测量横倾力矩又能方便试验人员的安装，所有这些关键问题亟待解决。

发明内容

本发明的目的是：实现船舶横倾力矩的准确测量。

为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供了一种船模横倾锁定装置，其特征在于，包括中空圆柱、圆柱胀圈、锥形胀圈、扭矩传感器和轴，中空圆柱的端面与扭矩传感器联接，轴的端部穿过扭矩传感器后位于中空圆柱内，扭矩传感器与轴固连；圆柱胀圈上沿周向均布有N个螺丝孔一，N≥3，圆柱胀圈通过轴套入中空圆柱内；锥形胀圈的两端分别为最小端面圆及最大端面圆，最大端面圆上沿周向均布有N个圆孔以及M个螺丝孔二，M≥3，锥形胀圈中包含有最小端面圆的部分通过轴套入圆柱胀圈后，最大端面圆露于中空圆柱外，且最大端面圆上N个圆孔的位置与圆柱胀圈上N个螺丝孔一的位置一一对应，N个螺丝通过N个圆孔穿入N个螺丝孔一后横倾即锁定；M个螺丝旋入M个螺丝孔二后可将锥形胀圈从圆柱胀圈中顶出，横倾释放。

优选地，还包括底座，所述中空圆柱的底面与所述底座连接固定，中空圆柱的底面保持水平，底座的底面保持水平。

优选地，所述锥形胀圈通过形变抱箍在所述轴上。

优选地，所述圆柱胀圈通过形变抱箍在所述锥形胀圈上。

优选地，所述锥形胀圈通过其上沿周向均匀开设的四道槽产生所述形变；所述圆柱胀圈通过其上开设的一道槽产生所述形变。

优选地，所述轴的轴向中心线与所述扭矩传感器的轴向中心线保持在同一水平线上。

优选地，所述中空圆柱与所述扭矩传感器固连的端面平整，且垂直于水平面。

优选地，所述圆柱胀圈套入所述中空圆柱后，所述圆柱胀圈套的外径与所述中空圆柱的内径正好吻合，所述圆柱胀圈套的轴向中心线与所述轴的轴向中心线在同一水平线上。

优选地，所述锥形胀圈的最小圆端面处与所述轴的大小吻合，所述锥形胀圈的轴向中心线与所述轴的轴向中心线在同一水平线上。

本发明的另一个技术方案是提供了一种力矩测量方法，其特征在于，采用上述的船模横倾锁定装置，包括以下步骤：

a)沿船模中纵剖线，将两套上述的船模横倾锁定装置左右对称安装于船模重心纵向位置两侧，所述轴的水平中心线与船模的重心高度位置平齐；

b)将所述圆柱胀圈通过所述轴套入所述中空圆柱内，且所述圆柱胀圈的外径与所述中空圆柱的内径正好吻合，所述圆柱胀圈的轴向中心线与所述轴的轴向中心线在同一水平线上；

c)将所述锥形胀圈通过所述轴套入所述圆柱胀圈内，所述锥形胀圈的最小端面圆与所述轴的大小吻合，所述锥形胀圈的轴向中心线与所述轴的轴向中心线在同一水平线上；

d)将所述扭矩传感器旋转到某角度，同时在所述锥形胀圈上的N个圆孔中插入N个螺丝旋转进入所述圆柱胀圈的N个螺丝孔一，横倾即锁定，保持所述锥形胀圈的外端面正好与所述中空圆柱的外端面平齐，再通过所述扭矩传感器进行横倾力矩的测量；

e)横倾锁定并完成横倾力矩的测量后，同时将所述锥形胀圈上的N个圆孔中的N个螺丝从所述圆柱胀圈的N个螺丝孔一旋出，并将M个螺丝通过螺丝孔二旋到所述圆柱胀圈上表面，即可将所述锥形胀圈从所述圆柱胀圈中顶出来，此时横倾释放。

本发明提供的一种船模横倾锁定装置及采用该船模横倾锁定装置的力矩测量方法，通过在转动轴上安装扭矩传感器，解决了操纵性四自由度建模中横倾的锁定以及横倾力矩的测量等问题。本发明即解决了横倾角的方便调节问题，又解决了横倾力矩的测量精度问题，是船舶横倾力矩高精度测量的基础与关键点，有利于提高船舶水动力试验技术水平。

相对于现有技术，本发明的技术方案针对船舶横倾力矩测量试验，解决操纵性四自由度建模中横倾水动力导数的测量和横倾角转动方便等问题。本发明提供的技术方案构思精巧、结构简洁、工艺性能优良、可操作性强，将常用零部件巧妙组合实现了船舶横倾力矩测量功能，奠定了高精度测量船舶横倾力矩的基础，提高了我国船舶水动力试验技术。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明中空圆柱的结构示意图；

图3是本发明圆柱胀圈的结构示意图；

图4是本发明锥形胀圈的结构示意图

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以下将结合说明书附图对本发明的实施例做具体阐释。

本实施例公开了一种船模横倾锁定装置及采用该船模横倾锁定装置的力矩测量方法，通过在转动轴上安装扭矩传感器，解决了操纵性四自由度建模中横倾的锁定以及横倾力矩的测量等问题。

具体而言，如图1所示，在本实施例中，扭矩传感器4与轴5固连，扭矩传感器4的轴向中心线与轴5的轴向中心线保持在同一水平上，扭矩传感器4中空，使得轴5能穿过扭矩传感器4。

中空圆柱1的端面与扭矩传感器4固连，该端面平整且垂直于水平面，轴5的端部穿过扭矩传感器4后位于中空圆柱1内。

中空圆柱1的底面与底座6固联，中空圆柱1的该底面保持水平，且底座6的底面保持水平。

结合图3，圆柱胀圈2上开有一道微小的槽23，用于变形后抱箍，圆柱胀圈2上均布8个螺丝孔22。

圆柱胀圈2通过轴5及锥形胀圈3套入中空圆柱1内。结合图2，圆柱胀圈2的外径21与中空圆柱1的内径12正好吻合，圆柱胀圈2的轴向中心线与轴5的轴向中心线在同一水平线上。

结合图4，锥形胀圈3上均匀开四道槽，用于变形后抱箍，均布8个圆孔32以及4个螺丝孔35，锥形胀圈3的一端为最小端面圆34，另一端为最大端面圆。

锥形胀圈3通过轴5套入圆柱胀圈2内，锥形胀圈3的最小端面圆34与轴5的大小吻合，但大于圆柱胀圈2内的端面圆24。锥形胀圈3中包括最小端面圆34的部分抱箍在轴5位于中空圆柱1内的端部外，将该部分定义为中空圆柱内部分，圆柱胀圈2抱箍在中空圆柱内部分外。锥形胀圈3中除中空圆柱内部分外的剩余部分露于中空圆柱1外，该剩余部分包括最大端面圆。锥形胀圈3的轴向中心线与轴5的轴向中心线在同一水平线上。

将扭矩传感器4旋转到某角度，同时在锥形胀圈3上的8个圆孔32中插入8个螺丝旋转进入圆柱胀圈2的8个螺丝孔22，横倾即可锁定，此时锥形胀圈3的外端面正好与中空圆柱1的外端面平齐。

横倾锁定后，同时将锥形胀圈3上的8个圆孔32中的8个螺丝从圆柱胀圈2的8个螺丝孔22旋出，并将四个螺丝旋到锥形胀圈3上表面，即可以将锥形胀圈3从圆柱胀圈2中顶出来。

在实际应用中，本实施例提供的上述船模横倾锁定装置可通过以下步骤进行安装：

a)沿船模中纵剖线，将两套上述的船模横倾锁定装置左右对称安装于船模重心纵向位置两侧，轴5的水平中心线与船模的重心高度位置平齐；

b)将圆柱胀圈2通过轴5套入中空圆柱1内，且圆柱胀圈2的外径21与中空圆柱1的内径12正好吻合，圆柱胀圈2的轴向中心线与轴5的轴向中心线在同一水平线上；

c)将锥形胀圈3通过轴5套入圆柱胀圈2内，锥形胀圈3的最小端面圆34与轴5的大小吻合，锥形胀圈3的轴向中心线与轴5的轴向中心线在同一水平线上；

d)将扭矩传感器4旋转到某角度，同时在锥形胀圈3上的8个圆孔32中插入8个螺丝旋转进入圆柱胀圈2的8个螺丝孔22，横倾即锁定，保持锥形胀圈3的外端面正好与中空圆柱1的外端面平齐，再通过扭矩传感器4进行横倾力矩的测量；

e)横倾锁定并完成横倾力矩的测量后，同时将锥形胀圈3上的8个圆孔32中的8个螺丝从圆柱胀圈2的8个螺丝孔22旋出，并将四个螺丝通过螺丝孔35旋到圆柱胀圈2上表面，即可将锥形胀圈3从圆柱胀圈2中顶出来，此时横倾释放。