[发明专利]船模均匀风模拟系统和方法

说明书

本发明公开了一种船模均匀风模拟系统和方法，能够使作用在船体上的力保持稳定，模拟出均匀风的效果，为探究均匀风效应下的船舶操作运动及航行状态提供了实验手段。该系统包括工控机，用于发送控制指令，以及根据力传感模块检测到的风力和惯性传感模块检测到的加速度调节风扇模块生成的作用于船模的风力；负载模块，负载模块设置于船模上；惯性传感模块，惯性传感模块设置于负载模块上，惯性传感模块与工控机电连接，用于检测船模的加速度；风扇模块，风扇模块设置于负载模块上，风扇模块与工控机电连接，用于根据控制指令生成作用于船模的风力；力传感模块，力传感模块设置于负载模块上，力传感模块与工控机电连接，用于检测风扇模块产生的风力。

技术领域

本发明涉及船模模拟实验领域，尤其涉及一种船模均匀风模拟系统和方法。

背景技术

船舶在航行时，除受到水流和自身动力的影响外，还会受到风、浪等干扰力的影响，当风速较大、风向多变时，船舶的操纵变得困难，并对航行安全造成较大威胁。自航船模试验是了解船舶在实际水上性能的一种手段，但对于风效应下的船舶操作研究主要处于数值模拟阶段，鲜少进行风场的试验研究。相关技术中，主要通过在模型水池的岸边设置风机以产生风力，但因风力取决于与风机的距离，使得通常不可能在模型水池中的水面上产生预期的均匀风场。

发明内容

为了解决上述技术问题的至少之一，本发明提出一种船模均匀风模拟系统和方法，能够使作用在船体上的力保持稳定，从而模拟均匀风的效果。

第一方面，本发明实施例提供了一种船模均匀风模拟系统，所述系统包括：

工控机，所述工控机用于发送控制指令，以及根据力传感模块检测到的风力和惯性传感模块检测到的加速度调节风扇模块生成的作用于所述船模的风力；

负载模块，所述负载模块设置于所述船模上；

惯性传感模块，所述惯性传感模块设置于所述负载模块上，所述惯性传感模块与所述工控机电连接，用于检测所述船模的加速度；

风扇模块，所述风扇模块设置于所述负载模块上，所述风扇模块与所述工控机电连接，用于根据所述控制指令生成作用于所述船模的风力；

力传感模块，所述力传感模块设置于所述负载模块上，所述力传感模块与所述工控机电连接，用于检测所述风扇模块产生的风力。

根据本发明实施例的一种船模均匀风模拟系统，至少具有如下有益效果：本实施例的船模均匀风模拟系统包括工控机、负载模块、惯性传感模块、风扇模块以及力传感模块。具体地，惯性传感模块、风扇模块以及力传感模块均设置在负载模块上，然后负载模块设置在船模上。同时，惯性传感模块、风扇模块以及力传感模块均与工控机电连接，使得工控机能够获取惯性传感模块和力传感模块检测到的数据，并且向风扇模块发送控制信号。通过工控机设置预设的控制数据，例如风速和风向角，工控机通过计算得到风扇模块应施加在船模的第一风力，并根据计算得到的数据对风扇模块进行控制。进一步地，通过力传感模块获取风扇模块施加在船模上的风力，以及通过惯性传感模块获取船模的加速度，并反馈到工控机。工控机通过力传感模块和惯性传感模块的检测数据，计算得到船模的第二风力，即实际施加在船模上的风力。根据第一风力与第二风力之间的误差，对风扇模块进行控制，调整风扇模块的输出，实现对输出的风向角和风力的较为精确的控制，使作用在船体上的力保持稳定，从而模拟均匀风的效果。

根据本发明的一些实施例，所述风扇模块包括轴向风扇和侧向风扇，所述轴向风扇用于产生作用于所述船模的轴向风力，所述侧向风扇用于产生作用于所述船模的侧向风力。

根据本发明的一些实施例，所述轴向风扇和所述侧向风扇均可正转和反转，用于产生不同方向作用于所述船模的风力。

根据本发明的一些实施例，所述惯性传感模块包括加速度传感器。