本發(fā)明涉及風(fēng)載荷實驗領(lǐng)域，特別是涉及一種實際海洋環(huán)境中自升式平臺風(fēng)載荷實驗測量裝置。

背景技術(shù)：

目前，一般的自升式平臺風(fēng)載荷實驗數(shù)據(jù)測量裝置是在風(fēng)洞中使用六分力天平測量，六分力天平固定在風(fēng)洞底部，再通過一根垂直的剛性連接桿與平臺模型相連接。通過研究模型的風(fēng)載荷系數(shù)的影響規(guī)律，可為不同規(guī)格的自升式平臺的優(yōu)化設(shè)計提供數(shù)據(jù)支撐，具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價值。

但現(xiàn)有測量裝置在變換平臺模型位姿時，首先需要先停止風(fēng)機(jī)工作，然后再更換位姿支持工裝，這樣既浪費(fèi)人力又費(fèi)時；其次，考慮拖航工況時，與船不同，自升式平臺的長寬比較小，需要測量不同迎風(fēng)角度時平臺繞不同傾覆軸的傾斜力矩以便確定最危險的傾覆軸，所需要的連接工裝數(shù)量巨大。此外，現(xiàn)有的測量實驗都是在實驗室中進(jìn)行的，并沒有在實際的海洋環(huán)境下進(jìn)行。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是要提供一種可以在實際海洋環(huán)境中利用自升式平臺獲取模型在不同位姿下風(fēng)載荷的實驗測量裝置。

特別地，本發(fā)明提供一種實際海洋環(huán)境中自升式平臺風(fēng)載荷實驗測量裝置，包括：

方向調(diào)整裝置，用于調(diào)整模型的方向，包括安裝在模型上的電機(jī)，和用于活動安放模型的固定齒輪，所述電機(jī)通過旋轉(zhuǎn)齒輪與所述固定齒輪嚙合；

角度調(diào)整裝置，用于調(diào)整模型相對海平面的俯仰角度；

高度調(diào)整裝置，用于支撐并調(diào)整模型相對海平面的高度，包括與所述角度調(diào)整裝置連接的垂直升降機(jī)構(gòu)；

控制單元，用于控制上述部件的動作并接收和發(fā)送相應(yīng)的測量數(shù)據(jù)，包括測量所述垂直升降機(jī)構(gòu)風(fēng)載荷的測量儀，和遠(yuǎn)程發(fā)送模塊。

在本發(fā)明的一個實施方式中，所述垂直升降機(jī)構(gòu)包括剪式千斤頂，和垂直固定在所述剪式千斤頂上的測力桿。

在本發(fā)明的一個實施方式中，所述測力桿的上端設(shè)置有外螺紋，所述測力桿通過螺紋與所述角度調(diào)整裝置連接。

在本發(fā)明的一個實施方式中，所述測量儀為六分力天平，所述剪式千斤頂固定在所述六分力天平上。

在本發(fā)明的一個實施方式中，所述角度調(diào)整裝置包括u形的第一固定座和第二固定座，以及固定螺帽和具備傾斜面的定位楔；所述第一固定座的底部與所述測力桿固定，其開口端與所述固定齒輪軸連接，所述第二固定座通過底部設(shè)置的通孔套在測力桿的所述第一固定座的下方，且開口端朝向所述固定齒輪方向，所述固定螺帽利用螺紋擰在所述第二固定座下方的測力桿上，所述定位楔插在所述第二固定座和所述固定齒輪之間。

在本發(fā)明的一個實施方式中，所述定位楔有多個且分別具備不同的傾斜面。

在本發(fā)明的一個實施方式中，還包括用于防止海水進(jìn)入的保護(hù)殼，所述垂直升降裝置和所述控制單元安裝在所述保護(hù)殼內(nèi)。

在本發(fā)明的一個實施方式中，所述保護(hù)殼的底部設(shè)置有支撐在海底的基座。

在本發(fā)明的一個實施方式中，所述角度調(diào)整裝置包括u形的第三固定座和液壓缸，所述第三固定座通過底部與所述測力桿的端部固定，通過開口端與所述固定齒輪的底部軸連接，所述液壓缸與所述測力桿固定，所述液壓缸的液壓桿與所述固定齒輪的底部活動連接。

在本發(fā)明的一個實施方式中，所述垂直升降機(jī)構(gòu)包括液壓缸和液壓桿。

本發(fā)明可以在風(fēng)向不變的情況下，通過控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)模型的角度變換，通過垂直升降裝置可以改變模型的高度，以采集不同工況下不同迎風(fēng)角度下的風(fēng)載荷，而角度調(diào)整裝置則可以調(diào)整模型不同俯仰角度的位姿，從而實現(xiàn)實際海上狀況下模型的三個自由度位姿(作業(yè)/吃水高度×迎風(fēng)角度×傾斜角度)變換。此外，本實施方式也能測試其他浮式海洋結(jié)構(gòu)物，如浮式發(fā)電風(fēng)機(jī)、半潛式平臺、浮式圓筒型平臺等。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一個實施方式的實驗測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1所示角度調(diào)整裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖2所示角度調(diào)整裝置的側(cè)視圖。

具體實施方式

如圖1、2、3所示，本發(fā)明一個實施方式的實際海洋環(huán)境中自升式平臺風(fēng)載荷實驗測量裝置，一般性地包括調(diào)整模型1方向的方向調(diào)整裝置2，調(diào)整模型1俯仰角度的角度調(diào)整裝置3，和調(diào)整模型1高度的高度調(diào)整裝置4，以及控制上述裝置運(yùn)行的控制單元5。

該方向調(diào)整裝置2用于調(diào)整模型1在海上的迎風(fēng)方向，包括安裝在模型1上的電機(jī)21，和用于活動安放模型1的固定齒輪23，電機(jī)21可以通過旋轉(zhuǎn)齒輪22與固定齒輪23嚙合。由于模型1與固定齒輪23之間并沒有相對的固定關(guān)系，因此，當(dāng)電機(jī)21驅(qū)動旋轉(zhuǎn)齒輪22轉(zhuǎn)動時，固定齒輪23施加至旋轉(zhuǎn)齒輪22上的反作用力即可推動模型1相對固定齒輪23調(diào)整方向。具體的電機(jī)21可以是步進(jìn)電機(jī)。

角度調(diào)整裝置3用于調(diào)整模型1相對海平面8的俯仰角度，可以是齒輪結(jié)構(gòu)或可相對轉(zhuǎn)動的機(jī)械結(jié)構(gòu)組成；如在固定齒輪23的底部固定或設(shè)置半環(huán)形的內(nèi)齒輪(圖中未示出)，利用一個垂直與固定齒輪23的調(diào)節(jié)齒輪與內(nèi)齒輪嚙合，固定齒輪23相對調(diào)節(jié)齒輪為活動接觸，當(dāng)調(diào)節(jié)齒輪轉(zhuǎn)動時，即可推動固定齒輪改變俯仰角度，從而調(diào)整模型1的俯仰角度。

高度調(diào)整裝置4根據(jù)測試處的海底深度，用于將模型1支撐出海平面8，并可實現(xiàn)模型1相對海平面8高度的調(diào)整，具體結(jié)構(gòu)可以是與角度調(diào)整裝置3連接的垂直升降機(jī)構(gòu)。具體的垂直升降機(jī)構(gòu)可以是液壓、氣壓等在高度方向上可以調(diào)節(jié)升降幅度的結(jié)構(gòu)。

控制單元5用于控制上述裝置的動作并接收和發(fā)送相應(yīng)的測量數(shù)據(jù)，可以包括測量垂直升降裝置4承受的風(fēng)載荷的測量儀51，和接收相關(guān)測量數(shù)據(jù)并向遠(yuǎn)程接收系統(tǒng)發(fā)送的遠(yuǎn)程發(fā)送模塊。這里的遠(yuǎn)程接收系統(tǒng)可以是位于岸上的pc機(jī)，而遠(yuǎn)程發(fā)送模塊可以采用gsm卡、無線網(wǎng)卡等部件。

在實驗時，通過高度調(diào)整裝置4將模型1支撐在海平面8上，利用電機(jī)21驅(qū)動旋轉(zhuǎn)齒輪22改變與固定齒輪23的相對位置關(guān)系，從而調(diào)整模型1相對風(fēng)向的角度，再利用角度調(diào)整裝置3根據(jù)實驗要求調(diào)整模型1的俯仰角度。上述調(diào)整過程可以通過控制單元5完成。模型1受到的風(fēng)力通過垂直升降裝置4傳遞至測量儀51，而測量儀51獲取的相關(guān)數(shù)據(jù)可以傳輸至遠(yuǎn)程發(fā)送模塊，再傳送至位于岸上的指定接收電腦。

本發(fā)明可以在風(fēng)向不變的情況下，通過控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)模型的角度變換，通過垂直升降裝置可以改變模型的高度，以采集不同工況下不同迎風(fēng)角度下模型的風(fēng)載荷，而角度調(diào)整裝置則可以調(diào)整模型不同俯仰角度的位姿，從而實現(xiàn)實際海上狀況下模型的三個自由度位姿(作業(yè)/吃水高度×迎風(fēng)角度×傾斜角度)變換。此外，本實施方式也能測試其他浮式海洋結(jié)構(gòu)物，如浮式發(fā)電風(fēng)機(jī)、半潛式平臺、浮式圓筒型平臺等。

在本發(fā)明的一個實施方式中，具體的垂直升降裝置4可以包括剪式千斤頂41，和垂直固定在剪式千斤頂41上的測力桿42，測力桿42的頂端與角度調(diào)整裝置3連接。測力桿42的高度可以保證模型1位于海平面8以上，而剪式千斤頂41則可以根據(jù)實際海況對模型1的高度進(jìn)行微調(diào)。本實施方式中的剪式千斤頂41可以由電機(jī)提供升降動力，也可以由人員直接進(jìn)行升降調(diào)整，測力桿42可以通過焊接的方式固定在剪式千斤頂41上。

為方便與角度調(diào)整裝置3連接，該測力桿42的上端可以設(shè)置外螺紋，使角度調(diào)整裝置3可以通過螺紋結(jié)構(gòu)安裝在測力桿42上。

在本發(fā)明的一個實施方式中，具體的測量儀51可以采用六分力天平，而剪式千斤頂41可以通過螺栓等方式固定在六分力天平上。當(dāng)模型1受到風(fēng)力作用時，風(fēng)力則可通過測力桿42間接傳遞到六分力天平處。

在本發(fā)明的一個實施方式中，提供一種具體的角度調(diào)整裝置，包括u形的第一固定座31和第二固定座32，以及固定螺帽33和具備傾斜面的定位楔34。

第一固定座31用于連接測力桿42和固定齒輪23，其通過底部與測力桿42的螺紋端頭螺紋固定或焊接固定，而開口端與固定齒輪23的中部通過軸桿35連接，連接后的固定齒輪23相對第一固定座31繞軸桿35相對轉(zhuǎn)動(俯仰角度)。第二固定座32通過底部設(shè)置的通孔活動套在測力桿42上且位于第一固定座31的下方，第二固定座32的開口端朝向固定齒輪23方向。固定螺帽33利用螺紋擰在第二固定座32下方的測力桿42上，定位楔34插在第二固定座32和固定齒輪23之間，定位楔23一面為傾斜面，與傾斜面相對的一面為平面。

安裝時，第二固定座32與第一固定座31可以采用交叉的方式相互錯開，第二固定座32將定位楔34頂在固定齒輪23的下表面，定位楔34的傾斜面與固定齒輪23接觸，然后利用固定螺帽33使第二固定座32緊緊頂住定位楔34的底面。定位楔34的傾斜面即決定了模型1的俯仰角度。

進(jìn)一步地，定位楔34可以根據(jù)不同的傾斜實驗要求設(shè)置多個，各定位楔34的傾斜面的傾斜角度不同，如：5度、10度、15度等。然后通過固定螺帽33來松開第二固定座32進(jìn)行相應(yīng)定位楔34的更換，實現(xiàn)模型1位姿的調(diào)整。

在本發(fā)明的一個實施方式中，可以安裝用于防止海水進(jìn)入的保護(hù)殼6，保護(hù)殼6將垂直調(diào)整裝置4和控制單元5圍護(hù)在內(nèi)，避免被海水浸泡。此外，可以在海底搭建安裝基座7，以放置和固定保護(hù)殼6。

在本發(fā)明的一個實施方式中，提供另一結(jié)構(gòu)的角度調(diào)整裝置3(圖中未示出)，該角度調(diào)整裝置3包括u形的第三固定座和液壓缸，第三固定座通過底部與測力桿42的端部固定，通過開口端與固定齒輪23的底部軸連接，液壓缸的缸體可以固定在測力桿42上，也可以固定在保護(hù)殼6上，液壓缸的液壓桿與固定齒輪23的底部活動連接。

本實施方式中，固定齒輪23與第三固定座軸連接后，可以相對第三固定座以軸連接點進(jìn)行上下旋轉(zhuǎn)，而液壓桿的連接點位于第三固定座連接點的前方或后方，當(dāng)液壓桿伸縮時，即可推動固定齒輪23相對第三固定座的連接點進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而使放置在固定齒輪23上的模型1實現(xiàn)俯仰角度調(diào)整。

在本發(fā)明的一個實施方式中，該垂直升降裝置4還可以是直接利用液壓升降的液壓缸和可伸縮的液壓桿(圖中未示出)，液壓缸可以固定在六分力天平上，液壓桿由液壓缸內(nèi)伸出后與角度調(diào)整裝置3連接。液壓缸在控制單元5的控制下，通過液壓油的變化量來調(diào)整液壓桿的升降高度，并將模型1受到的風(fēng)載荷傳遞到六分力天平。

在本發(fā)明的一個實施方式中，該控制單元5可以發(fā)送脈沖信號給電機(jī)以實現(xiàn)模型1迎風(fēng)角度的變換。

至此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到，雖然本文已詳盡示出和描述了本發(fā)明的多個示例性實施例，但是，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下，仍可根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容直接確定或推導(dǎo)出符合本發(fā)明原理的許多其他變型或修改。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)被理解和認(rèn)定為覆蓋了所有這些其他變型或修改。