船体运动测量方法及运用其的船体特征规律检测系统与流程

本发明涉及船体试验，尤其是一种船体运动测量方法及运用其的船体特征规律检测系统。

背景技术：

1、船体在波浪中航行，会发生垂荡、纵摇、横摇运动，同时承受一定的波浪载荷，包括弯矩、扭矩、剪力等整体载荷和砰击压力、上浪压力等局部载荷，对船体运动和承受载荷进行合理预报，确保船舶在恶劣海况下安全航行具有重要的意义。

2、为了对船体运动和承受的波浪载荷进行研究，研究人员对各型船舶开展了大量的试验与理论研究。在耐波性水池中开展船模试验是研究船体运动和波浪载荷的最为可靠的手段。

3、目前，对于自航模试验，主要是通过陀螺或光学测量系统对船体运动进行测量，通过粘贴在船体测量梁上的应变传感器对船体整体波浪载荷进行测量，通过压力传感器对砰击压力和上浪压力进行测量，通过加速度传感器对船体运动加速度进行测量，通过浪高仪对浪高进行测量，其中应变传感器、压力传感器、加速度传感器、浪高仪的输出均为模拟信号，应变传感器、压力传感器、加速度传感器、浪高仪等仪器均可与动态应变仪相连进行测量，各种模拟信号即波浪载荷、压力、加速度、浪高可实现同步采集，

4、模型试验中采用陀螺仪和光学测量设备对船体运动进行测量，由于其输出为数字信号，动态应变仪不能与陀螺仪和光学测量设备进行连接并对其输出的数字信号进行采集，无法对船体运动、波浪载荷、砰击和上浪压力之间的对应关系进行深入研究，也在一定程度上制约着船体模型试验技术的发展。

技术实现思路

1、本申请人针对上述现有试验技术中的缺点与不足，提供一种船体运动测量方法及运用其的船体特征规律检测系统，从而通过将船体上多个加速度传感器所测量的信号整合到处理系统，得到船体运动，该方法可以实现船体运动与波浪载荷、压力等通过同一信号采集系统进行同步采集，实现对船体运动、波浪载荷、外部压力等船体参数内在对应关系的特征规律开展更加深入的研究。

2、本发明所采用的技术方案如下：

3、一种船体运动测量方法，包括以下步骤：

4、安装传感器：

5、在所述船体上安装第一加速度传感器、第二加速度传感器、第三加速度传感器、第四加速度传感器和第五加速度传感器，所述第一加速度传感器、第二加速度传感器和第三加速度传感器位于所述船体的中纵剖面上，且所述第二加速度传感器位于所述船体的重心，所述第一加速度传感器和第三加速度传感器分别位于所述船体的船首和船尾，

6、所述第四加速度传感器和第五加速度传感器位于所述船体的同一横剖面且关于所述船体的中纵剖面对称；

7、系统连接：

8、将所述第一加速度传感器、第二加速度传感器、第三加速度传感器、第四加速度传感器和第五加速度传感器均与信号采集系统连接，将信号采集系统与处理系统连接，并进行调试；

9、船体运动测量：

10、在波浪中航行所述船体，所述第一加速度传感器、第二加速度传感器、第三加速度传感器、第四加速度传感器和第五加速度传感器分别实时输出第一加速度信号、第二加速度信号、第三加速度信号、第四加速度信号和第五加速度信号并由信号采集系统实时采集，处理系统将加速度信号处理后获得船体的升沉、纵摇和横摇运动。

11、作为上述技术方案的进一步改进：

12、所述第一加速度传感器、第二加速度传感器、第三加速度传感器、第四加速度传感器和第五加速度传感器所在位置的船体升沉运动依次表达为：

13、

14、

15、

16、

17、

18、公式(一)-(五)中，heave为船体的升沉运动，t代表时间。

19、船体的纵摇运动表达为：

20、pitch(t)＝(heave3(t)-heave1(t))/l1              (六)

21、公式(六)中，pitch为船体纵摇运动，t代表时间，l1为第一加速度传感器和第三加速度传感器之间的纵向距离。

22、船体的横摇运动表达为：

23、roll(t)＝(heave4(t)-heave5(t))/l2             (七)

24、公式(七)中，roll为船体横摇运动，t代表时间，l2为第四加速度传感器和第五加速度传感器之间的横向距离。

25、所述第一加速度信号a1(t)、第二加速度信号a2(t)、第三加速度信号a3(t)、第四加速度信号a4(t)和第五加速度信号a5(t)均为模拟信号。

26、所述信号采集系统为动态应变仪。

27、所述波浪为规则波时：

28、heavei(t)＝ai(t)/ωe2                     (八)

29、公式(八)中，i＝(1，2，3，4，5)，ωe为波浪遭遇频率。

30、一种船体特征规律检测系统，

31、所述检测系统包括安装于所述船体的船体参数检测传感器组以及所述第一加速度传感器、第二加速度传感器、第三加速度传感器、第四加速度传感器和第五加速度传感器，所述船体参数检测传感器组与所述信号采集系统连接。

32、作为上述技术方案的进一步改进：

33、所述船体参数检测传感器组包括应变传感器、压力传感器、船体运动加速度传感器、浪高仪。

34、所述船体的船体参数检测传感器组输出的信号为模拟信号。

35、本发明的有益效果如下：

36、本发明通过将船体上多个加速度传感器所测量的信号整合到处理系统，得到船体运动，该方法可以实现船体运动与波浪载荷、压力等船体参数通过同一信号采集系统进行同步采集，实现对船体运动、波浪载荷、外部压力等船体参数内在对应关系的特征规律开展更加深入的研究。

37、本发明的船体特征规律检测系统包括测量船体运动的多个加速度传感器和测量其它船体参数的传感器，所有传感器所测量的信号由同一个信号采集系统采集，由同一个处理系统同步处理，实现船体运动和其他船体参数内在对应关系的特征规律的深入研究，为船体模型试验技术的发展提供技术支持。

技术特征：

1.一种船体运动测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的船体运动测量方法，其特征在于：

3.如权利要求2所述的船体运动测量方法，其特征在于：

4.如权利要求2所述的船体运动测量方法，其特征在于：

5.如权利要求1所述的船体运动测量方法，其特征在于：所述第一加速度信号a1(t)、第二加速度信号a2(t)、第三加速度信号a3(t)、第四加速度信号a4(t)和第五加速度信号a5(t)均为模拟信号。

6.如权利要求1所述的船体运动测量方法，其特征在于：所述信号采集系统为动态应变仪。

7.如权利要求2所述的船体运动测量方法，其特征在于：所述波浪为规则波时：

8.一种应用如权利要求1所述的船体运动测量方法的船体特征规律检测系统，其特征在于：

9.如权利要求8所述的船体特征规律检测系统，其特征在于：所述船体参数检测传感器组包括应变传感器、压力传感器、船体运动加速度传感器、浪高仪。

10.如权利要求8所述的船体特征规律检测系统，其特征在于：所述船体的船体参数检测传感器组输出的信号为模拟信号。

技术总结一种船体运动测量方法及运用其的船体特征规律检测系统，包括：在船体上安装第一到第五加速度传感器，第一、二、三加速度传感器位于船体中纵剖面上，第二加速度传感器位于船体重心，第一、三加速度传感器分别位于船体的船首和船尾，第四、五加速度传感器位于船体同一横剖面且关于船体中纵剖面对称；将第一到第五加速度传感器均与信号采集系统连接，信号采集系统与处理系统连接；船体航行时第一到第五加速度传感器实时输出加速度信号并由信号采集系统实时采集，处理系统处理加速度信号后获得船体的升沉、纵摇和横摇运动，实现船体运动与波浪载荷、压力等通过同一信号采集系统进行同步采集，可对船体参数内在对应关系的特征规律开展更加深入的研究。技术研发人员：司海龙,杨骏,董海波,李飞,孔伟振,李政杰,徐国徽受保护的技术使用者：中国船舶科学研究中心技术研发日：技术公布日：2024/4/17