[发明专利]一种多自由度阻力仪

说明书

本发明属于船模实验领域，并公开了一种多自由度阻力仪。该阻力仪用于测量拖曳水池中的船模阻力、侧向力和船模姿态，包括滑轨、测力单元、姿态测量单元和铰接单元，测力单元和姿态测量单元均设置在滑轨上，二者通过在滑轨上移动改变各自的测量位置，铰接单元用于与待测量船模连接；铰接单元用于连接滑轨与待测量船模，使得滑轨随待测量船模运动，将待测量船模多自由度的运动传递给导航杆；测力单元与导航杆连接，用于测量待测量船模水平面上沿X和Y方向受到的力，即待测量船模受到的船模阻力和侧向力；姿态测量单元用于测量待测量船模沿z轴方向的位移。通过简化拖曳水池中船模的船模阻力、侧向力和船模姿态的测量问题，提高测量效率。

技术领域

本发明属于船模实验领域，更具体地，涉及一种多自由度阻力仪。

背景技术

利用拖曳水池进行船模阻力实验是船舶快速性研究的一种常规方法，在拖曳水池中可以测定出不同航速下船模的阻力，得到船模的阻力与速度之间的关系曲线，根据一系列这样的曲线就可分析比较船型的优劣。因为船舶的横摇、纵摇和升沉对船舶阻力有影响，传统的阻力实验中，船模只能升沉和纵荡，而且阻力实验中往往需要监测船模升沉和纵倾姿态用于定性或定量分析航行姿态变化对阻力的影响。

传统的机械式阻力仪是通过一根钢丝将船模与阻力仪连接，通过导航杆将船模固定，船模所受阻力通过钢丝传到阻力仪上，传统实验方法中导航杆限制了船模绕X轴和Y轴的转动，无法测量船模在多自由度下的阻力值，且传统的阻力实验中的阻力仪无法测量侧向力和转首力矩。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种多自由度阻力仪，用于测量拖曳水池中的船模的船模阻力、侧向力和船模姿态，通过对其关键组件铰接单元和测力单元的结构设置和布局设计，并将待测量船模的运动分解为三个方向上的分运动，其中，铰接单元充分捕捉待测量船模在水中拖曳过程中的多自由度运动，并通过导航杆传递给测力单元，将测量待测量船模的船模阻力和侧向力转换为测量导航架的X和Y方向上的受力，通过姿态测量单元测量待测量船模Z轴方向的位移变化计算获得船模姿态的改变，以此简化拖曳水池中船模的船模阻力、侧向力和船模姿态的测量问题，提高测量效率。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种多自由度阻力仪，其特征在于，该阻力仪用于测量拖曳水池中的船模的船模阻力、侧向力和船模姿态，包括滑轨、测力单元、姿态测量单元和铰接单元，其中，

所述测力单元和姿态测量单元均设置在所述滑轨上，二者通过在所述滑轨上移动改变各自的测量位置，所述铰接单元用于与待测量船模连接；

所述铰接单元设置在所述滑轨的下方，用于连接所述测力单元与待测量船模，用于将所述船模的多自由度的运动传递给所述测力单元，该铰接单元包括底座和导航杆，所述底座用于连接所述待测量船模和导航杆，并将待测量船模多自由度的运动传递给所述导航杆，该多自由度的运动包括在XOZ面绕Y轴的旋转、Z方向的上下运动或YOZ面内绕X轴的旋转运动；

所述测力单元与所述导航杆连接，用于测量待测量船模水平面上沿X 和Y方向受到的力，该测力单元包括支架，滑块、传感器和导航架，所述支架在X和Y方向均设置有导轨，所述导航架设置在所述支架中间且与所述导航杆连接，所述滑块设置在所述导航架的侧面且与所述导航架相连，用于释放所述导航架在X和Y方向的自由度，所述传感器设置在所述滑块与导航架之间，待测量船模的多自由度运动经所述铰接单元和导航架传递给所述滑块，使得所述滑块沿X和Y方向运动，所述传感器测量该滑块在水平面运动时X和Y方向受到的力，该X和Y方向受到的力即分别为待测量船模受到的船模阻力和侧向力；所述姿态测量单元用于测量待测量船模沿z轴方向的位移。