[发明专利]一种测量船体在遮阳球中航行所受阻力的模拟装置及方法

说明书

本发明公开了一种测量船体在遮阳球中航行所受阻力的模拟装置及方法，属于船舶模型实验技术领域。本装置包括模型机构、移动机构和测量机构，其中，模型机构包括模型船、水槽、遮阳球模型和遮阳球模型存储箱；移动机构包括拉伸装置和转向杆；测量机构包括拉力传感器、数据处理装置和拉绳，所述拉力传感器和数据处理装置通过传感器数据线相连，所述转向杆设置于拉力传感器下方，所述拉绳一端连接拉力传感器，另一端绕过转向杆后与模型船相连。该模拟装置及方法较为真实模拟船舶在铺满遮阳球水面航行的物理现象，避免大型水池建造周期长、建设费用高、技术复杂等缺陷，针对船舶在覆盖阴影球的水面上所受阻力的运动复杂性进行了优化。

技术领域

本发明属于船舶模型实验技术领域，具体涉及一种测量船体在遮阳球中航行所受阻力的模拟装置及方法。

背景技术

水资源是地球上重要的资源之一，与人类的生产生活息息相关。虽然地球上70％以上是被海洋覆盖，但是人类可以利用的不到淡水资源的0.34％。为了更好的利用淡水资源，各国均建设了很多水库，但是水库的蒸发是很严重的问题。

为了减少水库的蒸发，2015年美国加州西尔马市的洛杉矶水库首次投放了9600万个遮阳球，这些遮阳球被铺设于水面上遮挡太阳阳光从而减少水库水面的蒸发，保护淡水水源。遮阳球是一种直径10厘米掺有炭黑的聚乙烯塑料球，为了防止被风吹走，球内装有其容积三分之一的水。这些遮阳球使用的聚乙烯材料是对人体无害的，回收之后还可以循环利用。投放遮阳球的作用有许多，例如遮挡了太阳阳光会有效减少水库内有害藻类的生长，而最重要的作用则是减少水的蒸发，由于球体内部是空心的，空气可以很大程度上降低水的表面温度，蒸发量因此减少。

但是，在布满遮阳球的水库中驾船航行比普通水面更困难，这是由于球与水形成的复合力产生的阻力很复杂，所以需要对其进行研究。中国专利(申请号201911005479.7)公开了一种破冰船水池模型实验装置，其设计了一种使移动的浮冰撞击模型船的破冰船水池试验装置，用于模拟测量船舶在冰区航行的破冰阻力。但是由于遮阳球布置在水库中，与海中的浮冰不同，遮阳球没有速度，因此无法使用其技术方案来测量在布满遮阳球的水库中驾船航行所受到的阻力。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种测量船体在遮阳球中航行所受阻力的模拟装置及方法，该模拟装置及方法提供了一种水池船舶模拟实验装置，较为真实模拟船舶在铺满遮阳球水面航行的物理现象，又避免了大型水池建造周期长、建设费用高、技术复杂等缺陷，针对船舶在覆盖了阴影球的水面上所受阻力的运动复杂性进行了优化，设计了一种用于测量在阴影球中航行的船舶阻力的实验设备。

本发明提供一种测量船体在遮阳球中航行所受阻力的模拟装置，所述装置包括

模型机构，包括模型船、水槽、遮阳球模型和遮阳球模型存储箱；

移动机构，包括拉伸装置和转向杆；

测量机构，包括拉力传感器、数据处理装置和拉绳，所述拉力传感器和数据处理装置通过传感器数据线相连，所述转向杆设置于拉力传感器下方，所述拉绳一端连接拉力传感器，另一端绕过转向杆后与模型船相连。

进一步的，所述拉伸装置包括电机、底座框架、顶部框架、滑轨、螺杆、电动位移平台和控制器，所述滑轨包括固定杆和滑杆，所述电机连接螺杆，所述电动位移平台一端通过螺栓固定连接于螺杆上，其另一端连接于滑杆上。

进一步的，所述拉力传感器连接于电动位移平台的下端面。

进一步的，所述拉绳绷紧设置于模型船与转向杆之间的水平面。

进一步的，所述模型船为不同形状、规格的多个模型船。

进一步的，所述数据处理装置为电脑。

本发明同时提供了一种测量船体在遮阳球中航行所受阻力的模拟方法，所述模拟方法用于上述任一项所述的测量船体在遮阳球中航行所受阻力的模拟装置，其包括下述步骤：