船模六自由度运动量的接触式测量.pdf

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1、第14卷第4期2010年4月船舶力学JoumalofShipMechanicsV01．14No．4Apr．2010文章编号：1007-7294(2010)04司379_06船模六自由度运动量的接触式测量孟祥玮1．一，高学平1(1天津大学建筑工程学院，天津300072；2交通部天津水运工程科学研究院，天津300456)摘要：在系泊船模在波浪中的运动水工模型试验中，设计了一种试验测量仪器。该仪器可用于测量波浪作用下系泊船模的六自由度运动量。将6支拉绳式位移传感器固定在船模上方，每个传感器的拉绳均与下方的船模固定。船模晃动时会带动6根拉绳。根据6根拉绳长度变化和前一时刻船模的姿态，可以计

2、算出船模运动的六自由度运动量。经波浪试验表明，该仪器可以很好地反应系泊船模的六自由度运动量，达到了预期的目的。关键词：船模；波浪；六自由度；模型试验中图分类号：U661．73文献标识码：AC0ntaCtmeaSUrement0ISlXIreedomtornaValtanK一·n●n1n1●胜J7vGX泐【；g-柳妒，GAOX卯叩i增1(1schoolofCivilEngiIleering，他nj蛔Unive糟ity，’IX柚jiIl300072，Chilla；2’ri趴jiIlReBeaIchInstituteforWater．I'姗sportEnginee血g，’II蛳jiIl3

3、00456，China)Abstract：Themeasuringdevicew勰designedinnavaltankexp丽ment．Theshipmotionofsi】【fbedomactingwitllwaVecanbemea8uredbythisde、rice．Si】【rope—t)rpese璐011swerefixedwitlltlletopofnavaltank．Si】【ropeswerepulledwhenshipmodelw鼬sloshing．AccordingtolengtllVa五ationofsi】【ropes，sixfbedomwascalculated．

4、Itisindicated山atsixfbedomofshipmodelcouldberesponded埘tlltheme蹦ur-ingdevice．Keywords：navaltank；shipmodel；wave；si】【fbedom；experimentalstudy1引言船舶在波浪中会发生摇荡。假设船舶为刚体，那么船舶在波浪作用下的运动可以分解成绕船上直角坐标系X、Y、Z轴的转角p、砂、咖和沿X、Y、Z轴的位移石、扎z，即船舶的六自由度运动量(p、砂、咖、石、扎：)。分别称为横摇、纵摇、首摇以及纵荡、横荡、垂荡【ll，详见图1。系泊船舶在码头前沿的六自由度运动量是船舶耐波性

5、研究的重要内容，对于码头结构设计、码头作业天数确定等具有重要意义。近年来随着我国港口事业发展，波浪模型试验中越来越重视船舶六自由度运动量的测量。水工模型试验中，系泊船舶的六自由度运动量测量方法主要有摄像测量圈、利用加速度传感器测量以及通过机械装置测量。摄像测量方法属于非接触测量，对船模运动干扰较小，但是测量系统受环境光线影响较大。加速度传感器测量主要是测量船模的3个转角和3个运动加速度，再通过积分计算速度和位移，在计算位移时避免不了累计误差。机械装置测量有通过船模带动一套精密加工的运动系统进行测量的方法，精度较高，缺点是设备加工制作比较麻烦。收稿日期：2009—04～24修回日期：

6、2010一03一Ol作者简介：盂祥玮(1965一)，男，研究员，主要从事港口航道工程水力学研究，E一珊m：uptonm朗g@126．com。380船舶力学第14卷第4期拉绳式测量方法属于接触式测量。有资料显示，过去有人采用最多3根拉绳通过带动电位器或水位传感器测量船模沿3轴向位移，由于传感器和测量方法问题测量精度不高，没有考虑运动量间的互相影响，并且没有测量角度。为此在波浪水工模型试验中，尝试用拉绳位移传感器测量系泊船舶的六自由度运动量。该方法的不同之处在于，采用并行机构运动测量技术，能够同时测量系泊船舶的六自由度运动量，不受环境光线影响，没有累计误差，测量精度高。仪器制作和使用都

7、比较简单，实用性强。2测量设计图l船舶六自由度运动量示意图系泊船舶运动物理模型试验一般采用正态整体物Fig．1sketchof8hip啪tion0fsi】【degre∞of雠ed哪理模型试验方法。需要测定系泊船舶在波浪、水流作用下，不同水位、不同装载状态时的船舶运动量、系缆力和撞击力。船模的相似性，需按重力相似准则设计。系泊船舶在波浪、水流共同作用下，主要受波浪力、水流力、系缆力、撞击力的作用。为测量船舶六自由度运动量，采用以下方法。为了弥补摄像测量不稳定的缺点，采用