【实验技术成果】船池拖车教学平台

【实验技术成果】船池拖车教学平台

作为船舶与海洋工程专业实践教学中的重要组成部分，船舶水动力性能实验教学对学生深化理论知识理解、掌握船型与其性能之间的内在联系有重要意义，是培养学生的创新思维、提升解决问题的能力中必不可少的环节。为了实现对船舶水动力相关原理和知识的实践教学，基于船模拖曳水池已有基础搭建了本“船池拖车教学平台”，该教学平台具备可自主升降测桥、智能数据采集系统、智能可控拖曳夹具、运行状态及拖曳状态智能监控系统，可开设船舶稳性高、船舶阻力、螺旋桨敞水性能、船舶强制自航性能、船舶在波浪中的运动响应等实验项目与内容，实验过程中，学生可方便自主开展数据采集与分析，大大提升了学生实验课程的参与度与知识获取程度。

船池拖车教学平台在水池进行拖曳试验时试验段可分为三部分：加速段、测试段和刹车段。拖车带动模型先在加速段做匀加速运动，待速度达到试验要求时停止加速做匀速运动，完成测试后做匀减速运动至拖车静止。为了防止拖车失控后无法刹车造成安全事故，在水池末端设有滑翘装置,当拖车行驶至此段时木质楔形滑翘将拖车顶起，轮子脱离轨道，拖车在滑翘进行滑动摩擦刹车。如图1所示，拖曳水池长×宽×深 175m×6m×4m，扣除小坞长7m、预留段5m和冲楔段23m后，可供拖曳试验的最大长度为140m。

图1 拖车航速设计

按照工程经验，拖车设计最大加速度为0.8m/s²，制动加速度为-2m/s²，计算得到不同航速下拖车最大有效测试时间如表1所示，将最大航速设计为9m/s时，有69m的测试段，测试时间为7.7s，可满足极限工况下测试需求。

教学平台主要包含拖车主体、滑触线、中央测桥、控制室、驱动机构、导向机构、测速机构、制动系统等部分,主要组成及功能布置如图2所示。

图2组成及功能布置

拖车主体设计为桁架下沉式结构，外形尺寸长宽高为7200mm×7100mm×1000mm，配合电机、控制柜等装置进行下沉安装可达到降低拖车重心的目的，保障拖车平稳运行。滑触线安装过程需要测量滑触线钢轨之间的间距和平行度，并用老拖车上的集电弓测量滑触线直线度；安装完成后用电压表检测滑触线之间是否短路，待检测完成后，进行通电测试。拖车主框架的安装需要用随车吊分段吊至轨道上，吊放过程防止拖车与轨道冲击过大，损坏轨道和拖车；安放拖车主梁时，用卡尺测量两条轨道边缘与轮子侧面间距，确保拖车在水池中心线上。导向轮安装过程注意与导轨侧面间隙，整车试运行时，可通过调节导向轮的偏心轴来调节导向轮间距，清扫轮需紧压在轨道上面，确保拖车前进时，清扫轮可以发生自转。中央测桥升降方式为丝杆提升螺母座升降，并在两端安装导轨提供稳定性和水平精度，丝杆由电机通过减速机驱动旋转。中央测桥安装过程，需用水平仪测试测桥轨道的水平度，确保两条导轨所在面与水面平行。

拖车组装过程如图3所示，组装完成后拖车如图4所示。

图3 拖车安装调试

图4 拖车组装完成

拖车研制完成后，服务于船舶专业本科和研究生实验课程教学（图5），具体包含《船舶与海洋工程实验技术》和《船舶水动力性能实验技术》课程，对应学时分别为24学时和32学时，目前已累计完成教学15000余人时。在实验教学过程中不断拓展教学手段及方法，串联核心知识脉络，系统设计实验项目；拓展微小教学装置，提升动手实践能力，完成首开“附粘水质量测试教学”“圆柱绕流实验教学”“螺旋桨空泡教学”“系泊实验教学”“阻力虚拟仿真教学”等实验教学，极大丰富了平台功能，促进学生将课本理论与实践进行有机融合，提升了学生分析问题和解决问题的能力，支撑了课程目标的达成。

图5 实验教学过程

船池拖车教学平台既是开展实验教学的重要平台，又是指导本科生科创大赛开展训练与调试的重要基地，借助于本平台的水池和拖车功能，开展各类与水动力相关的诸如船舶线型设计、船舶航行稳定性调试、波浪响应预报等方面调试，迭代改进形成性能更优的作品。自研制以来服务了船舶与海洋工程学院、机械科学与工程学院、环境科学与工程学院、能源与动力工程学院等众多师生（图6），并在“互联网+”大学生创新创业大赛、全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛、中国研究生机器人创新设计大赛、全国海洋航行器设计与制造大赛、全国船舶工业CAE软件数值水池应用大赛等国家级重大比赛中取得一定成绩，近年来累计获奖获奖26项，其中特等奖5项，一等奖6项，具体获奖情况如表1所示。

该成果获2024年华中科技大学第十三届实验技术成果一等奖。

图6 支撑大学生科创活动

表1 指导学生科创情况

供稿单位：船舶与海洋工程学院

撰稿人：宋磊、冯大奎

单位审核领导： 朱翔