船模阻力试验测量系统在适航水深试验研究中的应用.pdf

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1、第36卷第3期水道港口Vo1．36No．32015年6月JournalofWaterwayandHarborJun．2015船模阻力试验测量系统在适航水深试验研究中的应用张瑞波，庞启秀(交通运输部天津水运工程科学研究所212程泥沙交通行业重点实验室，天津300456)摘要：利用适航水深技术首先要确定适航淤泥重度值，主要通过流变试验和船舶试验来确定。在目前尚无实船试验条件的前提下，应用船模阻力试验测量系统测定船模阻力与淤泥重度的关系是一种较为直观的方法。船模阻力试验测量系统由计算机控制船模以不同速度在试验泥样中航行，通过拉压力传感器及多功能数据采集卡采集阻力数据，船

2、模阻力数据可以通过船模阻力换算公式换算为阻力值；系统配有泥样搅拌装置，可将泥样搅拌均匀。通过参数标定，系统的速度控制误差及阻力测量误差均小于1％。通过试验实例说明，船模阻力试验测量系统可以为合理确定适航重度提供可靠依据。关键词：船模阻力试验系统；适航水深；适航淤泥重度；转换公式；参数标定中图分类号：U661．32文献标识码：A文章编号：1005—8443(2015)03—0220—04我国有众多大中型的淤泥质海港，如天津港、连云港、上海港、宁波港、汕头港、广州港、深圳港和台山电厂煤港等，其中一些港口泥沙回淤严重，维护疏浚量大，给港口企业带来较大的经济压力，甚至某些

3、港口在台风或寒潮作用下还会产生骤淤现象，给船舶的正常通航带来困难。淤积物主要由黏性细颗粒泥沙组成，密实缓慢，淤泥重度垂线分布不均匀，由表向下逐渐增大，表层淤泥密度小，导致维护疏浚效率低；另一方面，表层重度较小的淤泥具有类似于水的流动特性，船舶航行与停泊作业过程中，船底龙骨与其接触并不会受到伤害，船舶操作性能也无明显影响，因而可作为水深使用，以增加港口的水深，同时也可避免资源浪费]，即适航水深技术。利用适航水深技术首先需要确定适航淤泥重度值。主要是通过流变试验和船舶试验来确定。但目前尚没有进行实船试验的条件，而应用适航水深船模阻力试验测量系统测定船模在实际淤泥中运动

4、所受阻力的变化状况，是一种较为直观的试验方法，为合理确定适航水深的标准重度提供更可信赖的依据。1系统简介1．1系统组成本适航水深船模阻力试验测量系统安装于交通运输部天津水运工程科学研究所内，专利号：ZL201220612876．8，船模行程10m，船模速度范围1O～80em／s，阻力量程200N，它由控制计算机、阻力数据采集模块、测速电机、拖拽小车、导轨滑块系统、船模、泥浆搅拌装置及试验水槽组成，其控制框图及结构示意图分别如图1～图2所示。图中：1为测速电机，2为后限位块，3为后防撞块，4为拖拽小车，5为前防撞块，6为前限位块，7为前限位传感器，8为导轨，9为滑块

5、，图1船模阻力试验测量系统框图10为后限位传感器，11为船模，12为拉压力传感器，13为泥浆搅拌装Fig．1Blockdiagramofshipmodelresistance置，14为试验水槽，15为试验泥样，l6为刚性支架。measurementsystem收稿日期：2015—03—16；修回日期：2015—03—20作者简介：张瑞波(1982一)，男，河北省人，助理研究员，主要从事海岸河口泥沙运动特性及淤积方面研究。Biography：ZHANGRui—bo(1982一)，male，assistantprofessor．2015年6月张瑞波，等船模阻力试验测量

6、系统在适航水深试验研究中的应用2211．2控制方式及工作原理[4适航水深船模阻力试验测量系统通过计算机控12344制测速电机以特定的速度运动，电机的运动带动拖]懦_jr5-6J拽小车在水槽上的导轨上做直线运动，同时拉动船f-IZ⋯{9)j模在水槽中的泥样中以一定的吃泥深度运动。船模12·运动过程中，安装在船模上的拉压力传感器会输出一n——／、、／l电压信号，该电压信号传输回控制计算机，经多功能数据采集卡通过A／D转换后在软件界面上输出船模阻力数据。安装在拖拽小车上的泥浆搅拌装置可以独立控制，功能是根据需要将泥样搅拌均匀。试验时，船模从起始点开始以一定的速度开始sy

7、stem匀速运动，到达前限位传感器时，船模及测速电机停止运动，同时在控制采集软件界面上输出船模阻力、船模速度及时间等数据，此时一次数据采集过程结束；确认船模姿态及系统状态正常后，即可通过控制采集软件使船模返回试验起始点，到达后限位传感器位置时，船模停止运动，等待下一组次试验开始。1．3船模阻力换算用于船模阻力测量的拉压力传感器输出的是电压信号。多功能数据采集卡经A／D转换将传感器的输出信号转换为数字信号并在控制软件界面上输出数值，该数值可通过式(1)换算为船模的阻力值厂_厂=k(n—n)(1)式中：厂为船模受到泥样的阻力，N；凡为控制软件输出数值；凡为传感器器的静

8、态值．即传