[發(fā)明專(zhuān)利]一種用于移動(dòng)脈動(dòng)載荷破冰研究的冰水池實(shí)驗(yàn)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911030197.2
• 申請(qǐng)日: 2019-10-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110696992B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李志富;祖建峰;王志東;朱信堯;陳永強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 江蘇科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B63B71/20
• 分類(lèi)號(hào): B63B71/20
• 代理公司: 南京正聯(lián)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32243
• 代理人: 杭行

本發(fā)明屬于船舶與海洋工程裝備設(shè)計(jì)制造技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，一種用于移動(dòng)脈動(dòng)載荷破冰研究的冰水池實(shí)驗(yàn)裝置，包括垂向振蕩機(jī)構(gòu)、橫移機(jī)構(gòu)、縱移機(jī)構(gòu)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。垂向振蕩機(jī)構(gòu)由四組相同的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)組成，用于產(chǎn)生垂向的脈動(dòng)載荷；橫移機(jī)構(gòu)通過(guò)底部滑輪安裝在縱移機(jī)構(gòu)的支架上，用于帶動(dòng)垂向振蕩機(jī)構(gòu)橫向移動(dòng)；縱移機(jī)構(gòu)安裝在兩側(cè)軌道上，用于帶動(dòng)機(jī)構(gòu)縱向移動(dòng)；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由傳感器陣列構(gòu)成，用于采集冰況和壓力信息；控制系統(tǒng)用于分析和處理監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集的信息，并根據(jù)采集的信息控制上述機(jī)構(gòu)的運(yùn)作。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于船舶與海洋工程裝備設(shè)計(jì)制造技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，一種用于移動(dòng)脈動(dòng)載荷破冰研究的冰水池實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)

隨著全球氣候變暖，北冰洋航線的開(kāi)通在未來(lái)逐漸成為現(xiàn)實(shí)可能。北極航道通常分為兩條航道，即：加拿大沿岸的“西北航道”和西伯利亞沿岸的“東北航道”。北極航道開(kāi)通以后，中國(guó)至歐洲和北美東岸的航程可以大大縮短，這將極大地降低商業(yè)運(yùn)輸成本，提高營(yíng)運(yùn)效率。對(duì)穿梭于北冰洋航線的商業(yè)運(yùn)輸船舶，在船舶設(shè)計(jì)建造階段一般考慮相應(yīng)的冰區(qū)加強(qiáng)，以抵抗海冰的碰撞載荷。然而，當(dāng)冰況較為惡劣時(shí)，通常需要破冰船的輔助引航方能同行。

氣墊破冰船作為破冰船中的一種，其不僅具有破冰效率高、能源消耗低的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還能適用于淺水水域和復(fù)雜海底地形環(huán)境下的破冰作業(yè)。目前，美國(guó)、加拿大和俄羅斯等國(guó)已經(jīng)將氣墊破冰船投入工程應(yīng)用，并取得了較為滿意的效果。氣墊破冰船在作業(yè)過(guò)程中，可將其視為作用于海冰表面的載荷，載荷沿冰體表面移動(dòng)時(shí)，會(huì)誘導(dǎo)冰層產(chǎn)生彈性彎曲重力波，當(dāng)載荷移動(dòng)速度達(dá)到某一臨界值時(shí)，會(huì)誘導(dǎo)冰層產(chǎn)生最大彎曲應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)破壞極限時(shí)，冰層便會(huì)發(fā)生彎曲破壞，從而達(dá)到破冰目的。

然而，極地地區(qū)的海冰形態(tài)十分復(fù)雜，不僅其物理特性（如彈性模量等）沿水平空間非均勻分布，其厚度也會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)前，數(shù)值仿真分析還很難給出令人滿意的預(yù)報(bào)精度，迫切需要開(kāi)展相關(guān)的水池模型實(shí)驗(yàn)研究，以為氣墊破冰船的設(shè)計(jì)研發(fā)和船型優(yōu)化提供支撐。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，針對(duì)氣墊破冰船研發(fā)過(guò)程中對(duì)相關(guān)冰水池模型實(shí)驗(yàn)的迫切需求，本發(fā)明目的是提供一種用于移動(dòng)脈動(dòng)載荷破冰研究的冰水池實(shí)驗(yàn)裝置。

本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案如下：

一種用于移動(dòng)脈動(dòng)載荷破冰研究的冰水池實(shí)驗(yàn)裝置，包括垂向振蕩機(jī)構(gòu)、橫移機(jī)構(gòu)、縱移機(jī)構(gòu)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。垂向振蕩機(jī)構(gòu)由四組相同的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)組成，用于產(chǎn)生垂向的脈動(dòng)載荷；橫移機(jī)構(gòu)通過(guò)底部滑輪安裝在縱移機(jī)構(gòu)的支架上，用于帶動(dòng)垂向振蕩機(jī)構(gòu)橫向移動(dòng)；縱移機(jī)構(gòu)安裝在兩側(cè)軌道上，用于帶動(dòng)機(jī)構(gòu)縱向移動(dòng)；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由傳感器陣列構(gòu)成，用于采集冰況和壓力信息；控制系統(tǒng)用于分析和處理監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集的信息，并根據(jù)采集的信息控制上述機(jī)構(gòu)的運(yùn)作。

作為優(yōu)選，垂向振蕩機(jī)構(gòu)由四組相同的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)組成；曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的曲柄為伸縮桿；曲柄的兩側(cè)軸與角接觸球軸承配合并一同安裝在底板上。

作為優(yōu)選，垂向振蕩機(jī)構(gòu)的底板底部安裝有四組相同的滑輪機(jī)構(gòu)；滑輪機(jī)構(gòu)主要由四個(gè)滑輪組成，并且與橫移機(jī)構(gòu)中安裝架的圓桿配合，用于減少垂向振蕩機(jī)構(gòu)橫移的摩擦力。

作為優(yōu)選，橫移機(jī)構(gòu)的兩端各安裝了一個(gè)絞盤(pán)；絞盤(pán)中的纜繩一端纏繞在絞盤(pán)上，一端固定在垂向振蕩機(jī)構(gòu)的底板上；橫移機(jī)構(gòu)的安裝架兩側(cè)底部安裝了與垂向振蕩機(jī)構(gòu)底板下部一樣的滑輪機(jī)構(gòu)。

作為優(yōu)選，縱移機(jī)構(gòu)的兩側(cè)圓桿支架兩端設(shè)有絞盤(pán)，絞盤(pán)的驅(qū)動(dòng)方式與橫移機(jī)構(gòu)的絞盤(pán)驅(qū)動(dòng)方式相同；縱移機(jī)構(gòu)前后端安裝有圓桿，起到固定支架的作用。

作為優(yōu)選，縱移機(jī)構(gòu)的圓桿架下部安裝有四根伸縮桿，用于調(diào)整實(shí)驗(yàn)裝置運(yùn)轉(zhuǎn)的初始位置；縱移機(jī)構(gòu)的底部設(shè)有導(dǎo)軌，底部滾輪安裝在導(dǎo)軌中。

作為優(yōu)選，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括拉壓力傳感器、冰厚傳感器和信號(hào)發(fā)射器。拉壓力傳感器安裝在垂向振蕩機(jī)構(gòu)中作用桿的底部；冰厚傳感器安裝在冰層上；信號(hào)發(fā)射器用于把監(jiān)測(cè)系統(tǒng)收集的信息傳送給控制系統(tǒng)。