[發明專利]一種研究錨鏈在循環運動下動力響應和流場特征的實驗裝置及方法

在審

• 申請號: 202010038971.0
• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111122142A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 郭晨偉;高洋洋;陳偉毅;何建勇;朱佳慧
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00;G01M10/00;G01L5/04;G01L5/16;G01P5/20
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 萬尾甜;韓介梅

1.一種研究錨鏈在循環運動下動力響應和流場特征的實驗裝置，其特征在于，所述的實驗裝置包括透明的實驗水槽、控制系統與電源裝置、機械滑軌、PIV激光發射器、高速相機以及標定板；

所述的機械滑軌包括機械滑塊、滑軌絲桿和伺服電機；所述的滑軌絲桿穿過機械滑塊，所述的伺服電機用于控制滑軌絲桿轉動從而帶動機械滑塊運動，所述的伺服電機另一端與控制系統與電源裝置連接；所述的機械滑軌位于實驗室水槽上方；

所述的實驗水槽底部設有不銹鋼固定板；

所述的機械滑塊與不銹鋼固定板之間連接有金屬錨鏈；

所述的機械滑軌沿X軸、Y軸以及Z軸方向分布，且三者以互成90度的方式依次在上一個機械滑軌上搭接，組成運動形式傳遞結構，使得機械滑塊可帶動金屬錨鏈在水平自由度、豎直自由度以及多個自由度方向上耦合運動；

所述的PIV激光發射器位于水槽側面或底面，沿水槽側面與底面均可發射厚度為2mm的激光束；

所述的高速相機位于水槽側面或底面，其擺放位置與PIV激光發射器的激光發射方向成90°夾角，可透過實驗水槽對實驗過程進行拍攝；所述的高速相機的拍攝采樣幀率最低60fps；

所述的標定板包括水平模塊化標定板和豎直模塊化標定板。

2.根據權利要求1所述的研究錨鏈循環運動下動力響應和流場特征的實驗裝置，其特征在于：所述的機械滑塊與金屬錨鏈之間設有頂端測力傳感器，不銹鋼固定板與金屬錨鏈之間設有防水傳感器。

3.一種研究錨鏈在循環運動下動力響應和流場特征的實驗方法，其特征在于，該方法基于權利要求1所述的實驗裝置實現，可用于記錄錨鏈張力變化與錨鏈尾部流場的變化情況，且兩個實驗能夠同時進行。

4.根據權利要求3所述的一種研究錨鏈在循環運動下動力響應和流場特征的實驗方法，其特征在于，所述的運動形式傳遞結構將循環運動傳遞到金屬錨鏈上，帶動金屬錨鏈由張緊狀態向松弛狀態循環變化；

金屬錨鏈上部與頂端測力傳感器相連接，頂端測力傳感器與運動形式傳遞結構剛性固定，金屬錨鏈下部與防水測力傳感器相連接，防水測力傳感器與不銹鋼固定板剛性固定，確保所有測力傳感器測得的力準確，從而得到錨鏈的張力變化；

采用水平模塊化標定板標定不同高度水平斷面、同一高度不同位置水平斷面，能夠確保金屬錨鏈循環運動下其尾部流場水平截面信息全區域的捕捉與記錄；采用水平模塊化標定板與豎直模塊化標定板相結合的方式，能夠對不同高度豎直斷面、同一高度不同位置豎直斷面以及同一高度不同水槽橫截面寬度方向的豎直斷面進行尾部流場信息的捕捉和記錄。

5.根據權利要求4所述的研究錨鏈在循環運動下動力響應和流場特征的實驗方法，其特征在于：運動形式傳遞結構將上部的運動形式傳遞給金屬錨鏈，其方向、幅值以及周期均可根據需要模擬的浮體結構的運動形式調節：

當需要模擬浮體在某一方向上的運動時，將該方向的運動分解為X、Y、Z軸的運動，并分別通過控制X、Y、Z軸的機械滑塊的運動速度及運動方向得到所需的運動形式。

6.根據權利要求5所述的研究錨鏈在循環運動下動力響應和流場特征的實驗方法，其特征在于：測力傳感器采集的數據經測力傳感器放大器和數采儀輸出之后，得到X、Y、Z三個軸向分力的實時輸出結果。