一种模块化船舶静力学教学实验装置论文和设计-宋磊

全文摘要

本实用新型属于船舶静力学教学实验相关技术领域，其公开了一种模块化船舶静力学教学实验装置，该教学实验装置包括船舶模型、隔板、第一支撑杆、砝码、第二支撑杆及调整砝码；该船舶模型为两层结构，分别为顶层及底层，该顶层形成有收容腔；该隔板设置在该收容腔内；该第一支撑杆及该第二支撑杆设置在该收容腔内，该第一支撑杆的两端分别连接于该隔板；该第二支撑杆的两端分别连接于该船舶模型的两舷侧；该砝码设置在该第一支撑杆上，其位置可调；该调整砝码设置在该第二支撑杆上，其位置可调；通过调整该砝码的位置来使该船舶模型发生纵向倾斜；通过调整该调整砝码的位置来使该船舶模型发生横向倾斜。本实用新型结构简单，适用性较强，直观性较好。

主设计要求

1.一种模块化船舶静力学教学实验装置，其特征在于：所述教学实验装置用于进行倾斜实验及破舱稳性实验，其包括船舶模型、隔板、第一支撑杆、砝码、第二支撑杆及调整砝码；所述船舶模型为两层结构，分别为顶层及底层，所述顶层形成有收容腔；所述船舶模型包括首部、尾部及连接所述首部及所述尾部的中部，所述首部、所述中部及所述尾部分别设置有第一刻度线、第三刻度线及第二刻度线；所述隔板设置在所述收容腔内，其将所述收容腔分为多个区间；所述第一支撑杆及所述第二支撑杆设置在所述收容腔内，所述第一支撑杆的两端分别连接于所述隔板，且所述第一支撑杆上设置有第一距离刻度线，所述第一距离刻度线用于供读取所述砝码的移动距离；所述第二支撑杆的两端分别连接于所述船舶模型的两舷侧，且所述第二支撑杆上设置有第二距离刻度线，所述第二刻度线用于供读取所述调整砝码的移动距离；所述砝码设置在所述第一支撑杆上，其位置可调；所述调整砝码设置在所述第二支撑杆上，其位置可调；通过调整所述砝码的位置来使所述船舶模型发生纵向倾斜，所述第一刻度线及所述第二刻度线用于供读取吃水深进而获取纵向倾斜时的吃水差；通过调整所述调整砝码的位置来使所述船舶模型发生横向倾斜，所述第三刻度线用于供读取所述船舶模型的左右两舷侧的吃水差。

设计方案

1.一种模块化船舶静力学教学实验装置，其特征在于：

所述教学实验装置用于进行倾斜实验及破舱稳性实验，其包括船舶模型、隔板、第一支撑杆、砝码、第二支撑杆及调整砝码；所述船舶模型为两层结构，分别为顶层及底层，所述顶层形成有收容腔；所述船舶模型包括首部、尾部及连接所述首部及所述尾部的中部，所述首部、所述中部及所述尾部分别设置有第一刻度线、第三刻度线及第二刻度线；

所述隔板设置在所述收容腔内，其将所述收容腔分为多个区间；所述第一支撑杆及所述第二支撑杆设置在所述收容腔内，所述第一支撑杆的两端分别连接于所述隔板，且所述第一支撑杆上设置有第一距离刻度线，所述第一距离刻度线用于供读取所述砝码的移动距离；所述第二支撑杆的两端分别连接于所述船舶模型的两舷侧，且所述第二支撑杆上设置有第二距离刻度线，所述第二刻度线用于供读取所述调整砝码的移动距离；所述砝码设置在所述第一支撑杆上，其位置可调；所述调整砝码设置在所述第二支撑杆上，其位置可调；通过调整所述砝码的位置来使所述船舶模型发生纵向倾斜，所述第一刻度线及所述第二刻度线用于供读取吃水深进而获取纵向倾斜时的吃水差；通过调整所述调整砝码的位置来使所述船舶模型发生横向倾斜，所述第三刻度线用于供读取所述船舶模型的左右两舷侧的吃水差。

2.如权利要求1所述的模块化船舶静力学教学实验装置，其特征在于：所述隔板包括第一隔板、第二隔板及第三隔板，所述第一隔板、所述第二隔板及所述第三隔板沿垂直于所述船舶模型的长度方向间隔设置。

3.如权利要求2所述的模块化船舶静力学教学实验装置，其特征在于：所述第一支撑杆的两端分别连接所述第二隔板及所述第三隔板；所述第二支撑杆位于所述第一隔板与所述第二隔板之间；所述第一支撑杆的长度方向与所述船舶模型的长度方向平行，所述第二支撑杆的长度方向与所述第一支撑杆的长度方向垂直。

4.如权利要求1-3任一项所述的模块化船舶静力学教学实验装置，其特征在于：所述底层形成有第一舱室，所述第一舱室贯穿所述船舶模型的底部，且其与所述收容腔相连通；所述收容腔内设置有凸台。

5.如权利要求4所述的模块化船舶静力学教学实验装置，其特征在于：所述教学实验装置还包括舱室填充物，所述舱室填充物可分离地连接于所述凸台。

6.如权利要求4所述的模块化船舶静力学教学实验装置，其特征在于：所述底层还形成有第二舱室，所述底层上设置有注水孔，所述注水孔连通所述第二舱室及所述收容腔；所述注水孔用于供水注入所述第二舱室。

7.如权利要求1-3任一项所述的模块化船舶静力学教学实验装置，其特征在于：所述砝码的数量为两个，两个所述砝码间隔设置在所述第一支撑杆上；所述调整砝码的数量也为两个，两个所述调整砝码间隔设置在所述第二支撑杆上。

8.如权利要求1-3任一项所述的模块化船舶静力学教学实验装置，其特征在于：所述砝码滑动地设置在所述第一支撑杆上；所述调整砝码滑动地设置在所述第二支撑杆上。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于船舶静力学教学实验相关技术领域，更具体地，涉及一种模块化船舶静力学教学实验装置。

背景技术

初稳性是船舶与海洋工程专业教学中最为重要的概念之一，船舶原理相关的教材中对倾斜实验求得初稳性的方法做了原理性的介绍，但是具体到实验教学的过程中，由于受到场地、仪器等的影响，不同的院校中有着不同的实行方式。破舱稳性是船舶沉性中最为基本的概念，关于破舱对初稳性的影响，教材中只给出了具体的计算公式，并无法使学生有直观的认识，不利于教学实验的实施。相应地，本领域存在着发展一种能够直观查看的模块化船舶静力学教学实验装置的技术需求。

实用新型内容

针对现有技术的缺陷，本实用新型提供了一种模块化船舶静力学教学实验装置，其基于现有初稳性的教学及实验特点，研究及设计了一种直观性较好的模块化静力学教学实验装置。所述教学实验装置能够更便捷地开展静力学教学实验，同时使学生产生直观的认识，增加学生的动手操作能力，且模块化、便捷、可同时完成倾斜实验和破舱稳性教学实验。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种模块化船舶静力学教学实验装置，所述教学实验装置用于进行倾斜实验及破舱稳性实验，其包括船舶模型、隔板、第一支撑杆、砝码、第二支撑杆及调整砝码；所述船舶模型为两层结构，分别为顶层及底层，所述顶层形成有收容腔；所述船舶模型包括首部、尾部及连接所述首部及所述尾部的中部，所述首部、所述中部及所述尾部分别设置有第一刻度线、第三刻度线及第二刻度线；

进一步地，所述隔板包括第一隔板、第二隔板及第三隔板，所述第一隔板、所述第二隔板及所述第三隔板沿垂直于所述船舶模型的长度方向间隔设置。

进一步地，所述第一支撑杆的两端分别连接所述第二隔板及所述第三隔板；所述第二支撑杆位于所述第一隔板与所述第二隔板之间；所述第一支撑杆的长度方向与所述船舶模型的长度方向平行，所述第二支撑杆的长度方向与所述第一支撑杆的长度方向垂直。

进一步地，所述底层形成有第一舱室，所述第一舱室贯穿所述船舶模型的底部，且其与所述收容腔相连通；所述收容腔内设置有凸台。

进一步地，所述教学实验装置还包括舱室填充物，所述舱室填充物可分离地连接于所述凸台。

进一步地，所述底层还形成有第二舱室，所述底层上设置有注水孔，所述注水孔连通所述第二舱室及所述收容腔；所述注水孔用于供水注入所述第二舱室。

进一步地，所述砝码的数量为两个，两个所述砝码间隔设置在所述第一支撑杆上；所述调整砝码的数量也为两个，两个所述调整砝码间隔设置在所述第二支撑杆上。

进一步地，所述砝码滑动地设置在所述第一支撑杆上；所述调整砝码滑动地设置在所述第二支撑杆上。

通过本实用新型所构思的以上技术方案，与现有技术相比，本实用新型提供的模块化船舶静力学教学实验装置主要具有以下有益效果：

1.所述教学实验装置用于进行倾斜实验及破舱稳性实验，结构简单，无需任何传感器，通过自身调节即可完成船舶静力学中倾斜实验教学，测量模型初稳性；同时，模块化装置可模拟不同破舱类型，求取不同类型破舱的初稳性高，完成破舱稳性教学实验。

2.所述教学实验装置适用于教学，可操性强，易于形成直观认识。

3.通过调整所述砝码的位置可以使所述船舶模型发生纵倾，且通过读取所述第一刻度线及所述第二刻度线来获取纵倾时的吃水差，进而结合所述船舶模型的长度来计算纵倾值，操作便捷，集成度较高。

4.通过调整所述调整砝码的位置来使所述船舶模型发生横倾，且通过读取第三刻度线来获取所述船舶模型的左右两舷侧的吃水差，继而结合所述船舶模型的宽度来计算横倾值，操作简单，适用性较强，灵活性较高。

附图说明

图1是本发明提供的模块化船舶静力学教学实验装置的平面示意图。

图2是图1中的模块化船舶静力学教学实验装置的立体结构示意图。

图3是图1中的模块化船舶静力学教学实验装置的剖面示意图。

图4是图1中的模块化船舶静力学教学实验装置沿另一个方向的示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-船舶模型，2-第一刻度线，3-第二刻度线，4-第三刻度线，5-隔板，6-第一支撑杆，7-砝码，8-第二支撑杆，9-调整砝码，10-第一舱室，11-注水孔，12-第二舱室，13-凸台，14-舱室填充物。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1、图2、图3及图4，本实用新型提供的模块化静力学教学实验装置，所述静力学教学实验装置包括船舶模型1、隔板5、第一支撑杆6、砝码7、第二支撑杆8、调整砝码9、凸台13及舱室填充物14，所述隔板5设置在所述船舶模型1上，所述第一支撑杆6及所述第二支撑杆8分别设置在所述隔板5上。所述砝码7及所述调整砝码9分别设置在所述第一支撑杆6及所述第二支撑杆8上。所述凸台13设置在所述船舶模型1的底层，所述舱室填充物14可分离地连接于所述凸台13。

所述船舶模型1为双层结构，其包括顶层及底层。所述船舶模型1的顶层形成有收容腔。所述船舶模型1的底层开设有第一舱室10及第二舱室12，所述第一舱室10贯穿所述船舶模型1的底部，且其与所述收容腔相连通。本实施方式中，所述第一舱室10位于所述第三隔板与所述船舶模型的船壁之间。所述船舶模型1的底层设置有注水孔11，所述注水孔11连通所述收容腔及所述第二舱室12。本实施方式中，所述注水孔11位于所述第二隔板及所述第三隔板之间。所述船舶模型1的首部设置有第一刻度线2，其尾部设置有第二刻度线3，中部设置有第三刻度4。

所述隔板5设置在顶层，以将所述收容腔分为四个区间。本实施方式中，所述隔板5包括第一隔板、第二隔板及第三隔板，所述第一隔板、所述第二隔板及所述第三隔板间隔设置。所述第一支撑杆6设置在所述收容腔内，其两端分别连接于所述第二隔板及所述第三隔板。所述第二支撑杆8设置在所述顶层，其两端分别连接于所述船舶模型1相对的两个船壁。本实施方式中，所述第一支撑杆6的长度方向与所述船舶模型1的长度方向平行，所述第二支撑杆8的长度方向与所述第一支撑杆6的长度方向垂直。所述第一支撑杆6沿自身长度方向设置有第一距离刻度，所述第二支撑杆8沿自身长度方向设置有第二距离刻度。

所述砝码7设置在所述第一支撑杆6上，其位置可调。通过调整所述砝码7的位置可以使所述船舶模型1发生纵倾，且通过读取所述第一刻度线2及所述第二刻度线3来获取纵倾时的吃水差，进而结合所述船舶模型1的长度来计算纵倾值。所述调整砝码9设置在所述第二支撑杆8上，其位置可调。通过调整所述调整砝码9的位置来使所述船舶模型1发生横倾，且通过读取第三刻度线4来获取所述船舶模型1的左右两舷侧的吃水差，继而结合所述船舶模型1的宽度来计算横倾值。本实施方式中，所述砝码7的数量及所述调整砝码9的数量均为两个，可以理解，在其他实施方式中，所述砝码7的数量及所述调整砝码9的数量均可以根据实际需要增加或者减少。

所述凸台13设置在所述第二舱室12上，所述舱室填充物14可分离地连接于所述凸台13，以收容在所述第二舱室12内，实现所述第二舱室12的密封。其中，所述凸台13用于支撑所述舱室填充物14。

所述教学实验装置可以进行倾斜实验及破舱稳定性实验；其中，船舶破舱有三种类型：

①舱的顶部位于水线下，液体灌满整个舱室，但顶面未破损，舱内无自由液面；

②进水舱未被灌满，舱内水与海水不连通，有自由液面；

③舱顶盖在水线之上，舱内水与海水连通处于同一水平面，此种是破舱中最为典型的情况。

可通过所述舱室填充物14的安装与否来模拟第③类破舱；所述第二舱室12为普通舱室结构，其上有注水孔11，当水灌满所述第二舱室12时，由于所述注水孔11直径较小可忽略自由液面影响，此时可模拟第①类破舱；当注水未灌满所述第二舱室12时，由于自由液面的存在可模拟第②类破舱。以下就倾斜实验与破舱稳性实验进行详细说明：

1、倾斜实验

将所述破舱填充物14填充至所述第一舱室10中，所述第一舱室10中有所述凸台13，所述凸台13的作用是固定所述破舱填充物14的位置，此时船舶模型水密，可视作一普通船舶模型。将所述船舶模型1置于实验水池，通过所述砝码7及所述调整砝码9的调整使得所述船舶模型1水平，此时所述船舶模型1的首部吃水d_{f<\/sub>、中部吃水d_{m<\/sub>和尾部吃水d_{a<\/sub>关系为：d_{f<\/sub>＝d_{m<\/sub>＝d_{a<\/sub>；所述船舶模型1下水前称量其重量为M，则排水量Δ＝M；所述砝码7的固定重量为m_{1<\/sub>，移动所述砝码7，通过所述第一距离刻度线来读取所述砝码7的移动距离为l_{1<\/sub>，所述船舶模型1发生纵倾，通过读取所述第一刻度线1及所述第二刻度线3可得其吃水差Δd，所述船舶模型1的长为L。}}}}}}}}

则此时所述船舶模型1的纵倾角θ有：

根据船舶静力学公式有：

可得模型初稳性高为：

实验教学过程中，通过多次调整多次测量其初稳性高设计图

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