一种船舶状态模拟试验台

技术领域

本发明属于模拟试验台技术领域，涉及一种船舶状态模拟试验台。

背景技术

船舶在水面航行时，在海浪的作用下会产生横荡、纵荡、垂荡、横摇、纵摇、艏摇六个自由度的运动。海浪运动极不规律，造成船舶在波浪中的状态是多个自由度的叠加。在真实海况的实际工程条件下会对船舶带来不同影响，因此，模拟试验在船舶设计和研究中占有非常重要的地位。

发明专利CN202010287057.X，提供了“一种利用双边液压缸驱动的震荡模拟试验台”，通过控制两个液压缸的伸/缩量，在竖直方向上进行完全一致的往复运动，将动作通过导轨、连接轴传递至试验台框架，使之可在垂荡载荷下进行可靠试验。该发明主要针对船舶垂荡模拟，但只能模拟船舶垂荡一个自由度运动状态，不能实现六个自由度运动状态的模拟。

在船舶实际航行过程中，在波浪的作用下船舶运动状态通常是由多个自由度的叠加，因此，船舶模拟试验台要具备可以模拟六个自由度的叠加才能取得更好的试验效果。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种船舶状态模拟试验台，可通过调节球关节液压杆的运动方向和液压杆的伸缩量来模拟船舶在不同海况下的运动状态，并将模拟船舶不同状态的动作同步传送至试验平台，从而实现船舶六个自由度运动状态的模拟。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。

一种船舶状态模拟试验台，包括：相互平行的正方形的试验平台和正方形的底座、主液压杆、四个辅助液压杆；试验平台水平布置，其上面用于安装船舶试验模型；试验平台的下部中心位置设有球关节卡槽用以连接上端带有球关节的主液压杆；主液压杆的下端设置有一个转动装置，与底座中心位置连接；转动装置包括一个转盘和一个转轴，在转盘上安置一个转轴，转盘可在水平面进行360度转动；转轴可在竖直面进行180度转动；试验平台的四角位置均设置有一个球关节卡槽，用以分别连接四个辅助液压杆；四个辅助液压杆的上下端均设置有球关节，分别与试验平台的四角位置和底座的四角位置连接；在主液压杆和四个辅助液压杆的液压装置处均分别设置有一个液压动作传感器；转动装置的转盘和转轴处，分别设置有一个转盘动作传感器和一个转轴动作传感器；所述各动作传感器均可由控制系统控制，通过控制系统控制主液压杆的运动方向，配合调节主液压杆和四个辅助液压杆中液压装置的伸缩长度和伸缩频率来模拟船舶在不同海况下的运动状态，再将模拟船舶不同状态的动作同步传送至试验平台。

具体地，所述的试验平台，包括正方形边框架和两个金属板，利用焊接进行固定。

进一步地，所述的试验平台的边框焊接处焊接有加强板来加强试验平台的结构强度。

进一步地，所述的试验平台的每个边框的中部均设置有一个观测卡槽，用于安置观测设备以随时观测船舶试验模型状态。

进一步地，所述的试验平台的中心位置设置有两个模型卡槽，用于安置船舶试验模型，通过拧紧螺栓将船舶试验模型固定在试验平台上。

进一步地，所述的转动装置中转盘的转动方向和转轴的转动角度、主液压杆中液压装置的伸缩长度和伸缩频率，可通过控制系统分别进行设置，从而转动装置内转盘和转轴可以在设置规定的方向、角度范围内转动，带动主液压杆向前后左右转动，再通过球关节拉动试验平台沿X轴做前后水平运动或沿Y轴做左右水平运动，以此来控制试验平台的水平方向运动。

具体地，四个辅助液压杆能够沿Z轴上下伸缩，其伸缩的长度和伸缩频率，可通过控制系统进行设置，从而带动并控制试验平台沿Z轴的垂向运动。

与现有技术相比，本发明具有的技术效果是：

1.本发明可以模拟船舶在海浪作用下，单一自由度运动的状态或多个自由度运动叠加的状态，同时通过球关节和液压杆能将不同状态下的动作更直接平滑的传递至试验平台，使得模拟船舶的状态更加贴近真实情况。

2.本发明采用一个设置在船舶状态模拟试验台的中心位置的主液压杆，上端设置有一个球关节，与试验平台下部中心位置连接；下端设置有一个转动装置，与底座中心位置连接；转动装置由一个转盘和一个转轴组成，在转盘上安置一个转轴，转盘可以在水平面进行360度转动；转轴可以在竖直面进行180度转动。在主液压杆中液压装置处设置有液压动作传感器，转动装置中转盘和转轴处设置有转盘动作传感器和转轴动作传感器，各个动作传感器均可以由控制系统控制，可以设置转动装置中转盘的转动方向和转轴的转动角度、主液压杆中液压装置的伸缩长度和伸缩频率，使得主液压杆可以向各个方向转动、伸缩。转动装置内转盘和转轴通过转盘动作传感器和转轴动作传感器，按照控制系统的设置，可以在规定方向、角度的范围内转动，带动主液压杆沿X轴向前后或沿Y轴向左右转动，此时主液压杆会拉伸，再通过球关节拉动试验平台沿X轴前后做水平运动或沿Y轴做左右水平运动，用来模拟船舶在波浪中横荡和纵荡运动；转动装置内转盘按控制系统的设置在规定方向的范围内转动，转轴保持不动，带动主液压杆沿Z轴转动，主液压杆再通过球关节带动试验平台绕Z轴转动，用来模拟船舶在波浪中的艏摇运动。

3.本发明采用四个辅助液压杆。四个辅助液压杆安置在船舶状态模拟试验台的四角位置，每个辅助液压杆的上下端均设置有球关节，与试验平台和底座的四角位置连接。每个辅助液压杆中液压装置处均设置有液压动作传感器，每个辅助液压杆中液压装置的伸缩长度和伸缩频率都可以单独设置。液压动作传感器可以由控制系统控制，通过控制系统设置各个辅助液压杆中液压装置的伸缩长度和伸缩频率，四个辅助液压杆可以沿Z轴上下伸缩，形成不同的高度差，再通过球关节带动试验平台沿X轴或Y轴转动，用来模拟船舶在波浪中的横摇和纵摇运动。

4.本发明采用同时控制主液压杆和四个辅助液压杆中液压装置的伸缩长度和伸缩频率保持一致，使得试验平台沿Z轴上下垂向运动，用来模拟船舶在波浪中的垂荡运动。

附图说明

图1为本发明的一种实施例的整体结构示意图。

图2为本发明的一种实施例的试验平台局部结构示意图。其中，图2a是试验平台的俯视图，图2b试验平台的仰视图。

图3为本发明的一种实施例的底座局部结构示意图。

图4为本发明的一种实施例的主液压杆局部结构示意图。

图5为本发明的一种实施例的辅助液压杆局部结构示意图。

图中，1试验平台；2观测卡槽；3模型卡槽；4球关节卡槽；5球关节；6主液压杆；7液压动作传感器；8转轴；9转盘；10转动装置；11第一辅助液压杆；12第二辅助液压杆；13第三辅助液压杆；14第四辅助液压杆；15转动装置卡槽；16底座；17转轴动作传感器；18转盘动作传感器。

具体实施方式

本发明公开了一种船舶状态模拟试验台，包括试验平台、一个主液压杆、四个辅助液压杆、转动装置、球关节、底座、转盘动作传感器、转轴动作传感器、液压动作传感器；试验平台为正方形框架，水平布置同时上衬金属板，中心位置设置有模型卡槽，通过拧紧螺栓将船舶试验模型固定在试验平台上,边框设置有观测卡槽，便于安置观测设备随时观测船舶试验模型的状态；试验平台的下部中心位置设有球关节卡槽用以连接带有球关节的主液压杆；试验平台的四角位置也设有球关节卡槽用以连接四个辅助液压杆；主液压杆安置在船舶状态模拟试验台的中心位置，上端设置有一个球关节，与试验平台中心位置连接；下端设置有一个转动装置，与底座中心位置连接；转动装置包括一个转盘和一个转轴，在转盘上安置一个转轴，转盘可以在水平面进行360度转动；转轴可以在竖直面进行180度转动；四个辅助液压杆上下端装有球关节，分别与试验平台的四角位置和底座的四角位置连接；在主液压杆和四个辅助液压杆中液压装置处设置有液压动作传感器，转动装置中转盘和转轴处设置有转盘动作传感器和转轴动作传感器，各个动作传感器均可以由控制系统控制，通过控制系统控制主液压杆的运动方向，配合主液压杆和四个辅助液压杆中液压装置的伸缩长度和伸缩频率来模拟船舶在不同海况下的运动状态，再将模拟船舶不同状态的动作同步传送至试验平台。

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明的一种船舶状态模拟试验台，是一个正方体框架，包括试验平台1、观测卡槽2、模型卡槽3、球关节卡槽4、球关节5、主液压杆6、液压动作传感器7、转轴8、转盘9、转动装置10、第一辅助液压杆11、第二辅助液压杆12、第三辅助液压杆13、第四辅助液压杆14、转动装置卡槽15、底座16、转轴动作传感器17和转盘动作传感器18。试验平台1水平布置并上衬金属板，中心位置设置有模型卡槽3，通过拧紧螺栓将船舶试验模型固定在试验平台1上，边框设置有观测卡槽2，便于安置观测设备随时观测船舶试验模型的状态；试验平台1的下部中心位置设有球关节卡槽4用以连接主液压杆6；试验平台1的四角位置也设置有球关节卡槽4用以连接第一辅助液压杆11、第二辅助液压杆12、第三辅助液压杆13、第四辅助液压杆14的球关节5。主液压杆6上端设置有一个球关节5，与试验平台1的中心位置连接；下端设置有一个转动装置10，与底座16的中心位置连接。转动装置10包括一个转盘9和一个转轴8，在转盘9上安置一个转轴8，转盘9可以在水平面进行360度转动；转轴8可以在竖直面进行180度转动。第一辅助液压杆11、第二辅助液压杆12、第三辅助液压杆13、第四辅助液压杆14安置在船舶状态模拟试验台的四角位置，每个辅助液压杆的上下端均设置有球关节5，与试验平台1和底座16的四角位置连接。主液压杆6和第一辅助液压杆11、第二辅助液压杆12、第三辅助液压杆13、第四辅助液压杆14同时可以用来承载试验平台1。在主液压杆6和第一辅助液压杆11、第二辅助液压杆12、第三辅助液压杆13、第四辅助液压杆14中液压装置处设置有液压动作传感器7，转动装置10中转盘9和转轴8处设置有转盘动作传感器18和转轴动作传感器17，各个动作传感器均可以由控制系统控制，可以设置转动装置10中转盘9的转动方向和转轴8的转动角度、主液压杆6和第一辅助液压杆11、第二辅助液压杆12、第三辅助液压杆13、第四辅助液压杆14中液压装置的伸缩长度和伸缩频率。通过控制系统分别设置转动装置10中转盘9的转动方向和转轴8的转动角度以及主液压杆6、第一辅助液压杆11、第二辅助液压杆12、第三辅助液压杆13、第四辅助液压杆14中液压装置的伸缩长度和伸缩频率，就可以模拟船舶在波浪中的运动状态，再将模拟船舶不同状态的动作同步传送至试验平台1。底座16的中心位置设置有转动装置卡槽15，用来连接主液压杆6；底座16的四角位置设置有球关节卡槽4，用来连接第一辅助液压杆11、第二辅助液压杆12、第三辅助液压杆13、第四辅助液压杆14。

如图2a、图2b所示，试验平台1是由两个金属板和四根方钢焊接而成的正方形板，方钢焊接处焊接有加强板来加强试验平台1的结构强度。在试验平台1的上部：中心位置设置有模型卡槽3，通过拧紧螺栓将船舶试验模型固定在试验平台1上,边框设置有观测卡槽2，便于安置观测设备随时观测船舶试验模型的状态。在试验平台1的下部：中心位置设有球关节卡槽4用以连接主液压杆6，四角位置设有球关节卡槽4用以连接第一辅助液压杆11、第二辅助液压杆12、第三辅助液压杆13、第四辅助液压杆14。试验平台1通过主液压杆6和第一辅助液压杆11、第二辅助液压杆12、第三辅助液压杆13、第四辅助液压杆14与底座16连接。

如图3所示，底座16中心位置设置有转动装置卡槽15，用来连接主液压杆6；底座16的四角位置设置有球关节卡槽4，用来连接第一辅助液压杆11、第二辅助液压杆12、第三辅助液压杆13、第四辅助液压杆14。

如图4所示，主液压杆6上端设置有一个球关节5，与试验平台1下部中心位置连接；下端设置有一个转动装置10，与底座16中心位置连接。主液压杆6中液压装置处设置有液压动作传感器7。转动装置10由一个转盘9和一个转轴8组成，在转盘9上安置一个转轴8。转动装置10中转盘9和转轴8处设置有转盘动作传感器17和转轴动作传感器18。主液压杆6通过转动装置10与底座16连接。

如图5所示，四个辅助液压杆在结构上一样，以第一辅助液压杆11为例。第一辅助液压杆11的上下端均设置有球关节5，分别与试验平台1和底座16的四角位置连接。第一辅助液压杆11中液压装置处设置有液压动作传感器7。第一辅助液压杆11通过上端球关节5与试验平台1连接，再通过下端球关节5与底座16连接。

所述试验平台1通过球关节5与主液压杆6、第一辅助液压杆11、第二辅助液压杆12、第三辅助液压杆13、第四辅助液压杆14连接；所述主液压杆6通过球关节5安装在试验平台1的下部中心位置，第一辅助液压杆11、第二辅助液压杆12、第三辅助液压杆13、第四辅助液压杆14通过球关节5与试验平台1的四角位置连接，用以承载试验平台1并且将不同状态的动作同步传送至试验平台1。

本发明船舶状态模拟试验台，在主液压杆6和第一辅助液压杆11、第二辅助液压杆12、第三辅助液压杆13、第四辅助液压杆14中液压装置处设置有液压动作传感器7，转动装置10中转盘9和转轴8处设置有转盘动作传感器18和转轴动作传感器17，各个动作传感器均可以由控制系统控制，通过控制系统分别设置转动装置10中转盘9的转动方向和转轴8的转动角度、主液压杆6中液压装置的伸缩长度和伸缩频率，使得主液压杆6可以向各个方向转动、伸缩；第一辅助液压杆11、第二辅助液压杆12、第三辅助液压杆13、第四辅助液压杆14可以沿Z轴上下伸缩。转动装置10内转盘9和转轴8按控制系统的设置，可以在规定方向、角度的范围内转动，带动主液压杆6向前后左右转动，再通过球关节5拉动试验平台1沿X轴做前后水平运动或沿Y轴做左右水平运动，以此来控制试验平台1的水平方向运动；通过控制系统设置主液压杆6和第一辅助液压杆11、第二辅助液压杆12、第三辅助液压杆13、第四辅助液压杆14中液压装置的伸缩长度和伸缩频率，再通过球关节5拉动试验平台1沿Z轴做上下垂向运动，以此来控制试验平台1的垂直方向运动。通过调节转动装置中转盘9的转动方向和转轴8的转动角度和主液压杆、第一辅助液压杆11、第二辅助液压杆12、第三辅助液压杆13、第四辅助液压杆14中液压装置的伸缩长度和伸缩频率来模拟船舶在不同海况下的运动状态，再将模拟船舶不同状态的动作同步传送至试验平台1。

本发明的一种船舶状态模拟试验台的工作过程包括：

进行船模试验时，先检查主液压杆6和第一辅助液压杆11、第二辅助液压杆12、第三辅助液压杆13、第四辅助液压杆14中液压装置处的液压动作传感器7，转动装置10中转盘9和转轴8处的转盘运动传感器18和转轴运动传感器17是否正常接收指令，检查完毕后将观测设备安置在观测卡槽2上，再将船舶试验模型安置在模型卡槽3上，通过拧紧螺栓将船舶试验模型固定在试验平台1上。

试验开始，通过控制系统按照试验要求设置指令：转动装置10中转盘9和转轴8保持不动；主液压杆6和第一辅助液压杆11、第二辅助液压杆12、第三辅助液压杆13、第四辅助液压杆14中液压装置的伸缩长度和伸缩频率保持一致。指令传递至船舶状态模拟试验台的各个动作传感器，此时主液压杆6和第一辅助液压杆11、第二辅助液压杆12、第三辅助液压杆13、第四辅助液压杆14沿Z轴做上下垂向运动。动作通过球关节5传递给试验平台1，使得试验平台1沿Z轴做上下垂向运动，以此模拟船舶的垂荡状态。

通过控制系统按照试验要求设置指令：转动装置10中转盘9保持不动，转轴8沿X轴前后转动；主液压杆6和第一辅助液压杆11、第二辅助液压杆12、第三辅助液压杆13、第四辅助液压杆14中液压装置拉伸长度和拉伸频率保持一致。指令传递至船舶状态模拟试验台的各个动作传感器，此时主液压杆6带动第一辅助液压杆11、第二辅助液压杆12、第三辅助液压杆13、第四辅助液压杆14拉伸且均沿X轴做前后摆动。动作通过球关节5传递给试验平台1，使得试验平台1沿X轴做前后水平运动，模拟船舶的纵荡状态。

通过控制系统按照试验要求设置指令：转动装置10中转盘9旋转90度，转轴8沿Y轴左右转动；主液压杆6和第一辅助液压杆11、第二辅助液压杆12、第三辅助液压杆13、第四辅助液压杆14中液压装置拉伸长度和拉伸频率保持一致。指令传递至船舶状态模拟试验台的各个动作传感器，此时主液压杆6带动第一辅助液压杆11、第二辅助液压杆12、第三辅助液压杆13、第四辅助液压杆14拉伸且均沿Y轴做左右摆动。动作通过球关节5传递给试验平台1，使得试验平台1沿Y轴做左右水平运动，模拟船舶的横荡状态。

通过控制系统按照试验要求设置指令：转动装置10中转盘9和转轴8保持不动；主液压杆6保持不动，第一辅助液压杆11和第二辅助液压杆12中液压装置的伸缩长度和伸缩频率保持一致，第三辅助液压杆13和第四辅助液压杆14中液压装置的伸缩长度和伸缩频率保持一致。指令传递至船舶状态模拟试验台的各个动作传感器，此时主液压杆6高度不变，第一辅助液压杆11和第二辅助液压杆12压缩，第三辅助液压杆13和第四辅助液压杆14拉伸或者第一辅助液压杆11和第二辅助液压杆12拉伸，第三辅助液压杆13和第四辅助液压杆14压缩。动作通过球关节5传递给试验平台1，使得试验平台1沿Y轴转动，模拟船舶的纵摇状态。

通过控制系统按照试验要求设定指令：转动装置10中转盘9和转轴8保持不动；主液压杆6保持不动，第一辅助液压杆11和第四辅助液压杆14中液压装置的伸缩长度和伸缩频率保持一致，第而辅助液压杆12和第三辅助液压杆13中液压装置的伸缩长度和伸缩频率保持一致。指令传递至船舶状态模拟试验台的各个动作传感器，此时主液压杆6高度不变，第一辅助液压杆11和第四辅助液压杆14压缩，第二辅助液压杆12和第三辅助液压杆13拉伸或者第一辅助液压杆11和第四辅助液压杆14拉伸，第二辅助液压杆12和第三辅助液压杆13压缩。动作通过球关节5传递给试验平台1，使得试验平台1沿X轴转动，模拟船舶的横摇状态。

通过控制系统按照试验要求设定指令：转动装置10中转盘9在规定角度内转动，转轴8保持不动；主液压杆6保持不动，第一辅助液压杆11、第二辅助液压杆12、第三辅助液压杆13、第四辅助液压杆14中液压装置的拉伸长度和拉伸频率保持一致。指令传递至船舶状态模拟试验台的各个动作传感器，此时主液压杆6高度不变且沿Z轴转动，第一辅助液压杆11、第二辅助液压杆12、第三辅助液压杆13、第四辅助液压杆14拉伸且均沿Z轴转动。动作通过球关节5传递给试验平台1，使得试验平台1沿Z轴转动，模拟船舶的艏摇状态。

通过控制系统设定相关的指令，可以同时控制主液压杆6的运动方向和主液压杆6、第一辅助液压杆11、第二辅助液压杆12、第三辅助液压杆13、第四辅助液压杆14中液压装置的伸缩长度和伸缩频率，通过球关节5拉动试验平台1，将动作传递给试验平台1上的船舶试验模型，就可以同时模拟船舶多个自由度运动的叠加。

总之，本发明可利用通过改变主液压杆6的运动方向和主液压杆6、第一辅助液压杆11、第二辅助液压杆12、第三辅助液压杆13、第四辅助液压杆14的伸缩长度和伸缩频率，模拟船舶在海浪作用下，单一自由度运动的状态或多个自由度运动叠加的状态。通过球关节6和主液压杆6、第一辅助液压杆11、第二辅助液压杆12、第三辅助液压杆13、第四辅助液压杆14能将模拟船舶不同状态的动作同步传送至试验平台，实现模拟船舶一个自由度运动或多个自由度运动的叠加，模拟船舶在不同海况下的状态，使得模拟船舶的状态更加贴近真实情况。