[发明专利]一种船载缆阵阻力系数测量系统及方法

说明书

本发明公开了一种船载缆阵阻力系数测量系统及方法，用于测量拖缆、线阵、绳索等水下柔性拖曳体的切法向阻力系数，包括测量方法和一套测量装置，具体指一种安装于试验船上的带拉力和倾角传感器的试验装置，以及一套实时采集传感器及仪器数据并同步进行计算处理和显示的软件程序。本发明与现有常用的测量缆阵阻力的水池测量装置相比较，结构简单，安装方便，成本低廉且不需专门建造场地，并且能同步测量拉力和倾角，从而能进一步修正获得更为精确的流体水动力系数。有较强的工程实用价值，目前已经应用到包括JTC，3X1等军民品项目多次湖上拖曳试验，测得多条缆阵的切向和法向系数，取得理想的结果。

技术领域

本发明涉及水动力试验装置的领域，具体涉及一种船载缆阵阻力系数测量系统及方法。

背景技术

在计算、仿真模拟拖缆、线阵、绳索等柔性体在水下挂载拖体或者其单独拖曳工作时其姿态、空间位形及流体阻力时，需要较精确的知道柔性体的切向和法向阻力系数。

目前国内外测量缆阵阻力系数通常采用的是水池拖曳测量方法，将一定长度样段挂载在水池上的拖车上进行拖曳，由大型行车装置挂载拉力传感器测量拖曳试件的流动阻力，直接将拉力转化为切向阻力系数。但该方法受限于水池长度、水池深度、拖车速度等因素，存在样段尺寸小、拖车速度有限、无法测量拖曳时有较大倾角的重力缆，且拉力传感器因行车限制拉力头强度有限难以测量大型试件，且水池宽度有限，使样段尾涡摆动时壁面回波产生干涉影响。

且水池行车装置挂载的传感器只有拉力传感器，无倾角传感器，无法同步测量试件的倾角。实际拖曳中试验体很少完全零浮力，必然会有上浮和下沉现象，存在俯仰角度，其测得的拉力包括了试件的水中升沉力，存在较大的误差。要准确测量实际的拉力值则必须同步测出试件受力时的倾角，以俯仰倾角去折算修正拉力测量值，从而能得到更为准确的实际升力阻力，并进一步计算出水动力系数。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种船载缆阵阻力系数测量系统及方法。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的：这种船载缆阵阻力系数测量系统，主要包括试验船、钢结构架、承力杆、传感器联动装置和试件缆，试验船中部安装有钢结构架，钢结构架前梁上固定有吊环螺钉，钢结构架后梁中间位置处通过转动拖曳夹具固定有中空结构的承力杆，转动拖曳夹具可翻转并带动承力杆转动，承力杆中间安装若干流线型导流片，承力杆下部挂载传感器联动装置，通过传感器传输线从承力杆中穿过将数据导出到位于试验船甲板处的数据处理计算机，凯夫拉绳系于传感器联动装置和钢结构架前梁两端的吊环螺钉上，试件缆通过试件缆拖头与传感器联动装置连接。

所述传感器联动装置外包覆流线型的导流罩，设置在传感器联动装置内的传感器横轴上安装有拉力传感器、倾角传感器、深度传感器，传感器横轴通过轴承固定安装在传感器安装底座上，传感器安装底座通过传感器纵轴安装在承力杆上，传感器横轴及传感器纵轴可自由转动。

所述试件缆拖头通过细凯夫拉绳和试件挂载吊环螺钉安装在拉力传感器上。

所述试验船甲板处设置有高精度GPS和信号调制板，高精度GPS用于实时测量航速和定位，信号调制板分别与传感器联动装置、高精度GPS及数据处理计算机连接，用于传感器联动装置和高精度GPS数据的接收、转换和时钟同步，并将数据传输至数据处理计算机进行处理与显示。

所述转动拖曳夹具下部设置有卡箍，用于固定承力杆。

作为优选，试验船选择小型双体船，钢结构架安装于船体中间靠近尾部，减小船体紊流影响，本发明对船体不做限制，钢结构架可根据使用的试验船体进行改装，对测量传感器结构和测量方法无影响。

作为优选，试验场地选择有一定深度的静水开阔湖泊，减小水流影响。

采用上述船载缆阵阻力系数测量系统的测量方法，主要包括以下步骤：