[發(fā)明專利]一種浩航船舶穩(wěn)性演示模型及其使用方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510015143.4
• 申請日: 2015-01-09
• 公開（公告）號: CN104658369B
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張祖浩
• 申請（專利權(quán)）人: 張祖浩
• 主分類號: G09B9/06
• 分類號: G09B9/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是涉及船舶專業(yè)的一種教學(xué)教具，具體涉及船舶的初穩(wěn)性、大角穩(wěn)性、靜穩(wěn)性和動穩(wěn)性等技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在船舶專業(yè)的教學(xué)過程中，涉及到船舶的初穩(wěn)性，大角穩(wěn)性，靜力橫傾和動力橫傾，在傳統(tǒng)教學(xué)過程中，關(guān)于上述專業(yè)問題，只能依靠枯燥的公式推導(dǎo)以及課堂板書來進行傳授，傳授內(nèi)容比較抽象，不夠直觀，學(xué)生不容易理解。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明的目的：為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種浩航船舶穩(wěn)性演示模型及其使用方法。

技術(shù)方案：浩航船舶穩(wěn)性演示模型，包括底座，所述底座上安裝有第一支座、第二支座和第三支座，所述第一支座和第二支座上貫穿有中心軸，所述中心軸上套裝有模型主體，所述模型主體正面設(shè)有面板，所述模型主體反面設(shè)有風(fēng)力模擬器，所述模型主體內(nèi)安裝有按一定規(guī)律運動的重錘。

作為優(yōu)選，所述中心軸與模型主體連接處設(shè)有滾珠軸承。

作為優(yōu)選，所述風(fēng)力模擬器以中心軸為圓心安裝在模型主體反面，所述風(fēng)力模擬器包括線滾輪，所述線滾輪上繞有線，并通過線繞裝于所述第三支座上的滾輪上，所述線的末端連接有托盤。

作為優(yōu)選，所述面板上設(shè)有若干個鐵釘，所述若干個鐵釘上套有若干個砝碼，所述面板上的滑槽中設(shè)有浮心浮力指針，所述面板上畫有重心點，穩(wěn)心點和穩(wěn)心曲線。

浮心浮力指針可以在槽中移動，形成浮心曲線；穩(wěn)心在重心之上的距離就是此時的穩(wěn)心高h；面板上安置有若干個鐵釘，鐵釘上套些砝碼，可進行左右或上下移動，以觀察移動載荷對船舶穩(wěn)性的影響；風(fēng)力模擬器的線滾輪裝在模型主體的背面，通過調(diào)整托盤中砝碼大小模擬從舷側(cè)吹來的風(fēng)力大小。

具體的，本模型可演示下列幾個方面的情景：

(1)初穩(wěn)性：浮心曲線近似園弧，由此導(dǎo)出穩(wěn)心高概念及復(fù)原力矩公式。

(2)大角穩(wěn)性：重力浮力形成復(fù)原力矩隨傾角而變化，作出靜穩(wěn)性曲線。

(3)側(cè)風(fēng)作用下的靜力橫傾及動力橫傾：可演示二者傾角，有顯著不同。

(4)移動載荷對穩(wěn)性的影響：移動載荷無非就是引起船舶重心位置的改變。重心位置改變后的重力和浮力同樣可以演繹出如實精彩的復(fù)原力矩，來說明移動載荷對上述諸情況的影響。

(5)負初穩(wěn)性：可看出此時重心、穩(wěn)心、浮心的位置。穩(wěn)心高為負，可能立即傾覆，或直立狀態(tài)不穩(wěn)定，產(chǎn)生初始橫傾角。此時，若按通常固有觀念：遇到船舶橫傾，就用反方向橫向移動載荷的辦法來解決。但反方向橫移載荷到最后，卻獲得反方向的更大橫傾角。何以會如此？從模型的重心、穩(wěn)心、浮心的演繹情況就能得到一目了然的解釋。正確的扶正方法應(yīng)該是下移載荷以降低重心，使穩(wěn)心高轉(zhuǎn)為正值，就行。否則，我們通過模型演示就可說明，若憑固有觀念盲目橫移載荷，則不僅解決不了問題，弄不好還會因產(chǎn)生動力橫傾而使船舶瞬間傾覆。

所述的浩航船舶穩(wěn)性演示模型的復(fù)原力矩怎樣產(chǎn)生？解答如下：

所述模型主體內(nèi)部裝有一定的壓載物，設(shè)壓載物重量為F_壓，其重心對軸a的位矢為主體轉(zhuǎn)動部重量為F_轉(zhuǎn)，其重心對軸a的位矢為

設(shè)模型橫傾至某位置(圖4)，浮心浮力指針運動軌跡的曲率中心為M，M點對a軸的位矢為G點表示船舶重心位置，G點對a軸的位矢為M點對G點的位矢為則可得

在此橫傾位置時重錘所處的狀態(tài)中(圖5)，重錘運動軌跡的曲率中心為m，m點對軸a的位矢為g點是某任意選定的一個定點，g點對軸a的位矢為m點對g點的位矢為則可得

壓載物重量主體轉(zhuǎn)動部重量指針重量和重錘重量全部作用于此模型時，總力矩如下：

式中是鉛垂向下的單位矢量，中括弧內(nèi)有前后兩小括弧項，前小括弧項只要適當(dāng)調(diào)整壓載物的重量和重心位置，可成為零，從而使前小括弧項消失無蹤，

后小括弧項中，只要適當(dāng)調(diào)整F_錘和的大小和方向，就可滿足下列關(guān)系式：

式中P表示船舶排水量，矢量的大小與排水量相等，但方向則是鉛垂向上，故即為船舶的浮力而就是船舶的復(fù)原力矩，

綜上所述可知，在模型橫傾的整個過程中，只要重錘的運動時刻都滿足上述關(guān)系式A，則模型就會顯現(xiàn)出隨橫傾角而變化的，相應(yīng)大小的復(fù)原力矩。

有益效果：本發(fā)明所述的浩航船舶穩(wěn)性演示模型，具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便的特點，可以適用于教學(xué)過程中，將船舶穩(wěn)性問題直觀化，讓看不見摸不著的穩(wěn)性能夠在模型上得到直觀體現(xiàn)，使教學(xué)過程中，學(xué)生能夠更容易理解。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；