本發(fā)明涉及一種船舶軸系性能試驗(yàn)裝置，尤其是一種一種冰載荷作用下船舶軸系性能試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

隨著全球氣候變化，北極冰蓋的逐年融化，北極航線(xiàn)的商業(yè)價(jià)值逐步體現(xiàn)，其戰(zhàn)略意義也不容忽視，并且北極地區(qū)資源的逐步開(kāi)發(fā)利用，給適合在低溫多冰條件下航行的冰區(qū)運(yùn)輸船舶、冰區(qū)海洋工程船舶帶來(lái)前所未有的發(fā)展機(jī)遇。

冰區(qū)的航行條件下，螺旋槳會(huì)受到冰塊撞擊，引起巨大的軸系扭轉(zhuǎn)激勵(lì)，因此對(duì)船舶推進(jìn)系統(tǒng)在冰載荷沖擊下的動(dòng)力學(xué)特征研究提出了更高的要求。同時(shí)對(duì)于海洋工程船舶而言，其運(yùn)行工況多，出于動(dòng)力定位要求，經(jīng)常需要頻繁變換工況，在冰載荷作用下的非穩(wěn)態(tài)工況更加復(fù)雜，需要綜合考慮軸系的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)響應(yīng)與橫振響應(yīng)等綜合性能。

冰區(qū)航行的船舶受到的冰載荷復(fù)雜多變，既有與一塊冰發(fā)生碰撞的單冰載荷工況，也有與兩個(gè)冰塊發(fā)生碰撞的雙冰載荷工況。此外，極地航行時(shí)，螺旋槳處的海水還會(huì)發(fā)生再結(jié)冰現(xiàn)象，相應(yīng)就會(huì)產(chǎn)生與混合冰塊碰撞的混合冰載荷工況。要研究船舶軸系在冰區(qū)航行的動(dòng)力學(xué)特性，就必須有效模擬這些復(fù)雜的冰載荷工況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決了現(xiàn)有的船舶軸系性能試驗(yàn)缺少對(duì)應(yīng)的冰載荷作用試驗(yàn)項(xiàng)目，使得船舶軸系在冰區(qū)航行的動(dòng)力學(xué)特征研究出現(xiàn)空白，不能滿(mǎn)足北極區(qū)航線(xiàn)開(kāi)發(fā)要求的缺陷，提供一種冰載荷作用下船舶軸系性能試驗(yàn)裝置，模擬船舶尾軸在冰區(qū)航行時(shí)與冰塊發(fā)生撞擊產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)及垂直沖擊效應(yīng)，從而得出船舶軸系在冰區(qū)航行的動(dòng)力學(xué)特性。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種冰載荷作用下船舶軸系性能試驗(yàn)裝置，包括：用于模擬海洋且內(nèi)裝海水的水箱，用于模擬船艉部并部分浸入到水箱海水內(nèi)的試驗(yàn)臺(tái)，設(shè)置于試驗(yàn)臺(tái)端部并伸入到水箱海水內(nèi)用于模擬船舶尾軸的轉(zhuǎn)軸，及布置于轉(zhuǎn)軸周?chē)谋d荷發(fā)生裝置；轉(zhuǎn)軸與試驗(yàn)臺(tái)之間連接軸承，尾軸的軸線(xiàn)位置設(shè)置有振動(dòng)特性監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)軸的端部固定有螺旋槳，用于模擬船舶尾軸，冰載荷發(fā)生裝置用于產(chǎn)生冰塊，并可將冰塊向轉(zhuǎn)軸方向推動(dòng)，使得轉(zhuǎn)軸在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程與冰塊發(fā)生碰撞，從而模擬船舶在冰區(qū)航行時(shí)與海面上的冰塊發(fā)生撞擊的過(guò)程，振動(dòng)特性監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)用于監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)軸與冰塊發(fā)生撞擊后產(chǎn)生的系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)特性，從而得出船舶軸系在冰區(qū)航行的動(dòng)力學(xué)特性，可以采用振動(dòng)特征分析，也可以結(jié)合振動(dòng)頻譜和軸心軌跡進(jìn)行分析；冰載荷發(fā)生裝置產(chǎn)生的冰塊可以根據(jù)需要進(jìn)行控制，用于控制冰塊的大小、在海面上露出的大小及海面下沉入的大?。辉囼?yàn)?zāi)苣M海水處于臨界結(jié)冰狀態(tài)時(shí)，海水結(jié)冰形成的混合冰載荷對(duì)軸系運(yùn)動(dòng)特性的影響。

作為優(yōu)選，試驗(yàn)臺(tái)內(nèi)部設(shè)置有驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)與轉(zhuǎn)軸相連接。

作為優(yōu)選，試驗(yàn)臺(tái)內(nèi)部設(shè)置有重量調(diào)節(jié)裝置，重量調(diào)節(jié)裝置采用配重塊增疊方式。通過(guò)重量調(diào)節(jié)裝置可以調(diào)節(jié)試驗(yàn)臺(tái)在水箱的高度，從而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)軸浸入海水的深度，模擬船舶不同的吃水深度，使得試驗(yàn)的條件多樣化。

作為優(yōu)選，冰載荷發(fā)生裝置包括制冰設(shè)備及推動(dòng)冰塊移動(dòng)的伸縮機(jī)構(gòu)。

作為優(yōu)選，制冰設(shè)備包括制冷系統(tǒng)及設(shè)置于水箱內(nèi)的冷氣終端裝置，冷氣終端裝置上設(shè)置有冷氣出口。冷氣從冷氣出口排出，海水接觸到冷氣后逐漸凝結(jié)成冰塊，凝結(jié)的時(shí)間長(zhǎng)短決定冰塊的體積大小，這個(gè)凝結(jié)冰塊的工作可以預(yù)先進(jìn)行，使得水箱內(nèi)部預(yù)先漂浮有散落的冰塊，試驗(yàn)過(guò)程中也可以繼續(xù)產(chǎn)生冰塊。

作為優(yōu)選，冷氣終端裝置為三個(gè)，三個(gè)冷氣終端裝置分別設(shè)置于轉(zhuǎn)軸的兩側(cè)及后方位置?？梢苑謩e模擬單冰塊載荷，雙冰塊載荷的兩種工況。

作為優(yōu)選，冷氣出口設(shè)置于冷氣終端裝置朝向轉(zhuǎn)軸的側(cè)面上，冷氣出口的位置在水面上并接近水面。

作為優(yōu)選，冷氣終端裝置在底面位置設(shè)置有冷氣出口，底面的冷氣出口處設(shè)置有截止閥，水箱側(cè)壁上對(duì)應(yīng)該底面的冷氣出口處設(shè)置有伸縮機(jī)構(gòu)，

作為優(yōu)選，水箱底部設(shè)置有產(chǎn)生海水波浪的搖板。搖板能使海水在水箱內(nèi)產(chǎn)生波浪，波浪結(jié)合轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)從而模擬船舶航行中的海水的流向，使得轉(zhuǎn)軸與冰塊的撞擊更加接近實(shí)際航行情況；也可以是轉(zhuǎn)軸靜止，冰塊在波浪的推動(dòng)下與轉(zhuǎn)軸撞擊，模擬船舶靜止時(shí)的冰塊撞擊情況。

作為優(yōu)選，碰磨監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)采用圓環(huán)與圓軸機(jī)構(gòu)，圓軸與轉(zhuǎn)軸同軸固定，圓環(huán)套置于圓軸外，圓環(huán)與圓軸相對(duì)轉(zhuǎn)軸與軸承等比例縮小，圓環(huán)是由多段弧條組合而成，圓環(huán)上弧條與圓軸接入電路，當(dāng)圓環(huán)上弧條與圓軸相接觸時(shí)，接通電路，發(fā)出碰摩信號(hào)。當(dāng)軸承與轉(zhuǎn)軸發(fā)生碰摩時(shí)，圓環(huán)與圓軸也會(huì)碰摩，可以檢測(cè)出碰摩發(fā)生的時(shí)間和位置并作為碰摩信號(hào)，根據(jù)碰摩信號(hào)可對(duì)試驗(yàn)臺(tái)工況進(jìn)行調(diào)整。

本發(fā)明的有益效果是：轉(zhuǎn)軸的端部固定有螺旋槳，用于模擬船舶尾軸，冰載荷發(fā)生裝置用于產(chǎn)生冰塊，并可將冰塊向轉(zhuǎn)軸方向推動(dòng)，使得轉(zhuǎn)軸在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程與冰塊發(fā)生碰撞，從而模擬船舶在冰區(qū)航行與海面上的冰塊發(fā)生撞擊的過(guò)程，振動(dòng)特性監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)用于監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)軸與冰塊發(fā)生撞擊后產(chǎn)生的碰磨情況，從而得出船舶軸系在冰區(qū)航行的動(dòng)力學(xué)特性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一種俯視圖；

圖中：1、水箱，2、螺旋槳，3、轉(zhuǎn)軸，4、試驗(yàn)臺(tái)，5、冷氣終端裝置，6、冷氣出口，7、伸縮機(jī)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)具體實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說(shuō)明。

實(shí)施例：一種冰載荷作用下船舶軸系性能試驗(yàn)裝置（參見(jiàn)圖1圖2），包括：用于模擬海洋且內(nèi)裝海水的水箱1，用于模擬船艉部并部分浸入到水箱海水內(nèi)的試驗(yàn)臺(tái)4，設(shè)置于試驗(yàn)臺(tái)端部并伸入到水箱海水內(nèi)用于模擬船舶尾軸的轉(zhuǎn)軸3，及布置于轉(zhuǎn)軸周?chē)谋d荷發(fā)生裝置。轉(zhuǎn)軸的尾端位置固定有螺旋槳，轉(zhuǎn)軸和螺旋槳的尺寸均與實(shí)際船舶使用的尾軸相同，轉(zhuǎn)軸與試驗(yàn)臺(tái)之間連接軸承，尾軸的軸線(xiàn)位置設(shè)置有碰磨監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)。水箱底部設(shè)置有產(chǎn)生海水波浪的搖板。

試驗(yàn)臺(tái)內(nèi)部設(shè)置有驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)與轉(zhuǎn)軸相連接。試驗(yàn)臺(tái)內(nèi)部設(shè)置有重量調(diào)節(jié)裝置，重量調(diào)節(jié)裝置采用配重塊增疊方式。

冰載荷發(fā)生裝置包括制冰設(shè)備及推動(dòng)冰塊移動(dòng)的伸縮機(jī)構(gòu)7。制冰設(shè)備包括制冷系統(tǒng)及設(shè)置于水箱內(nèi)的冷氣終端裝置5，冷氣終端裝置上設(shè)置有冷氣出口6。伸縮機(jī)構(gòu)采用伸縮油缸，伸縮油缸的伸縮桿端部連接有推板。冷氣終端裝置為三個(gè)，三個(gè)冷氣終端裝置分別設(shè)置于轉(zhuǎn)軸的兩側(cè)及后方位置。冷氣出口設(shè)置于冷氣終端裝置朝向轉(zhuǎn)軸的側(cè)面上，冷氣出口的位置在水面上并接近水面。冷氣終端裝置在底面位置設(shè)置有冷氣出口，底面的冷氣出口處設(shè)置有截止閥，水箱側(cè)壁上對(duì)應(yīng)該底面的冷氣出口處設(shè)置有伸縮機(jī)構(gòu)。

振動(dòng)特性監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)采用圓環(huán)與圓軸機(jī)構(gòu)，圓軸與轉(zhuǎn)軸同軸固定，圓環(huán)套置于圓軸外，圓環(huán)與圓軸相對(duì)轉(zhuǎn)軸與軸承等比例縮小，圓環(huán)是由多段弧條組合而成，圓環(huán)上弧條與圓軸接入電路，當(dāng)圓環(huán)上弧條與圓軸相接觸時(shí)，接通電路，發(fā)出碰摩信號(hào)。

以上所述的實(shí)施例只是本發(fā)明的一種較佳方案，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，在不超出權(quán)利要求所記載的技術(shù)方案的前提下還有其它的變體及改型。