(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210569457.9 (22)申请日 2022.05.24 (71)申请人 河海大学 地址 210098 江苏省南京市 鼓楼区西康路1 号 申请人 中国人民解 放军91053部队 (72)发明人 冯曦　倪琦　李慧超　董琪　 冯卫兵　韩炳辰　顾浩洋　江沅书　 (74)专利代理 机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 专利代理师 王美章 (51)Int.Cl. G01N 3/08(2006.01) G01N 3/02(2006.01) (54)发明名称 一种斜向浪下沉箱拖带实验装置及实验方 法 (57)摘要 本发明公开了一种斜向浪下沉箱拖带实验 装置及实验 方法。 装置包括行车轨道系统、 小车、 动力执行单元、 造波系统、 供电系统以及数据监 测与采集系统。 行车轨道系统的轨道内部为中空 并可通过电机的钢缆； 小车下方通过细缆绳连接 需要拖带的沉箱； 动力执行单元与所述第一缆绳 牵引连接， 用于带动所述小车在所述行车轨道上 行走； 造波系统， 用于造波； 数据监测与采集系 统， 用于对沉箱的数据进行采集。 本发明可以实 现三维港池中的沉箱拖带实验， 可以测量出任意 波浪入射情况下沉箱的六自由度变化情况， 弥补 实验室沉箱拖带实验时只能测量顺浪和顶浪情 况的局限， 提高了沉箱拖带实验的现场还原能 力。 权利要求书2页 说明书5页 附图4页 CN 115032066 A 2022.09.09 CN 115032066 A 1.一种斜向浪下沉箱拖带实验 装置， 其特 征在于： 包括： 行车轨道； 小车， 设置在所述行车轨道机构上， 包括底部滚轮和位于滚轮上部的车架， 车架两头连 接有牵引用的第一缆绳， 车架上靠近车架两端分别 设有沿车架宽度方向延伸的横向滑槽， 分别是位于车架前部的第一横向滑槽和位于车架后部的第二横向滑槽， 所述第一横向滑槽 内竖向设有第一螺杆， 第二横向滑槽内竖向设有第二螺杆， 两个螺杆上分别 设有用于对所 述螺杆的高度和位置进行调整及紧 固的螺母组件； 沉箱， 通过拖拽用的第二 缆绳与所述第一螺杆底端或第二螺杆底端连接； 动力执行单元， 与所述第一 缆绳牵引连接， 用于带动所述小车在所述行 车轨道上 行走； 造波系统， 放置 于港池一侧， 用于实现特定角度的斜向浪入射； 数据监测与采集系统， 用于对沉箱的数据进行采集； 供电系统， 用于向所述动力执 行单元、 造波系统以及数据监测与采集系统供电； 通过调节螺杆的高度以适用于不同水深的拖带情况， 通过调节螺杆在横向滑槽上的不 同位置以实现任意方向波浪作用下的沉箱拖带实验。 2.根据权利要求1所述的斜向浪下沉箱拖带实验装置， 其特征在于， 所述车架中部挖 空， 用于在小车 下方牵引沉箱并架设数据采集仪器和拍摄记录 。 3.根据权利要求1所述的斜向浪下沉箱拖带实验装置， 其特征在于， 所述行车轨道包括 并排布置的两条中空轨道， 分别是位于一侧的第一中空轨道和位于第一中空轨道另一侧的 第二中空轨道， 两条中空轨道中的一条穿设所述第一 缆绳， 另一条中空轨道中穿设电线。 4.根据权利要求3所述的斜向浪下沉箱拖带实验装置， 其特征在于， 所述动力执行单元 包括： 电机； 滚筒， 与所述电机的输出轴连接； 第一缆绳绕接在所述滚筒上， 其一端通过第一定滑轮组与所述小车一端连接， 另一端 穿过行车轨道的中空轨道后通过第二定滑轮组牵引连接 到所述小车的另一端； 电机控制器， 与所述电机连接 。 5.根据权利要求4所述的斜向浪下沉箱拖带实验装置， 其特征在于， 所述中空轨道的两 端分别设有限位器， 所述限位器与所述电机控制器电连接 。 6.根据权利要求1所述的斜向浪下沉箱拖带实验装置， 其特征在于， 所述行车轨道的两 端以及小车上各焊接一根竖杆， 分别是位于行车轨道一端的第一竖杆、 位于行车轨道另一 端的第二竖 杆以及位于所述小车 上的第三竖 杆， 其中， 所述第一竖杆的顶端和第 二竖杆的顶端之间连接有第 三缆绳， 所述第 三竖杆的顶端固 定连接有一个第一圆环， 所述第三缆绳穿过所述第一圆环， 在所述第三缆绳上设有若干可 任一滑动的第二圆环， 供电系统中的电线固定在若干所述第二圆环上， 电线的插座固定在 小车上。 7.根据权利要求1所述的斜向浪下沉箱拖带实验装置， 其特征在于， 所述数据监测与采 集系统包括远程控制器、 电脑、 摄像机和姿态测量传感器， 其中， 所述电脑和 摄像机放置于 小车一端， 所述姿态测量传感器放置于小车另一端， 姿态测量传感器的采集头固定于所述 拖带沉箱上， 姿态测 量传感器的数据线与电脑连接， 所述电脑与摄像头分别与所述远程控权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115032066 A 2制器信号连接 。 8.根据权利要求 4所述的斜向浪下沉箱拖带实验 装置， 其特 征在于， 所述滚筒的表面设有供 所述第一 缆绳绕接的凹槽， 凹槽内部加工有斜纹。 9.一种基于权利要求1~8中任一所述斜向浪下沉箱拖带实验装置的实验的方法， 其特 征在于， 包 含以下步骤： 步骤A， 率定波高， 将5个浪高仪等间距排布于行车轨道中心线上， 通过造波机输入造波 参数， 率定入射波高达 到实验预 先需求的波高和周期； 步骤B， 率定拖带速度， 将数据监测与采集系统安装好， 沉箱放置就位后， 启动动力执行 单元， 以秒表计时小 车达到特定位置所需时间， 多次重复测试， 率定实验所需求的多个拖带 速度， 轨道划分成3段， 每段进行速度率定， 保证小车在三段移动时的平均时长相等； 步骤C， 预实验， 在水面平静状态下， 开始造波， 待沉箱处有波浪入射时， 启动动力执行 单元并缓慢加速至小 车达到实验速度， 观察小车在运行过程中沉箱是否会碰到行车轨道的 支撑杆， 若会发生碰撞， 调节螺杆在横向小 车滑槽的位置， 直至小 车在运行过程中沉箱 不会 撞击到行车轨道的支撑杆； 步骤D， 开始实验并采集数据， 在水面平静状态下， 开始造波， 待沉箱处有波浪入射时， 启动动力执行单元缓慢加速至小车达到实验速度， 姿态测 量传感器开始采集， 待小车到达 指定位置后， 完成采集， 动力执 行单元停止； 步骤E， 实验设备归位， 动力执行单元控制小车倒车， 回到实验初始位置， 准备重复步骤 D， 进行三次重复实验， 以减少误差和偶然性； 步骤F， 改变实验条件， 所述试验条件包括： 波高、 波周期、 波浪入射角以及小车拖带速 度， 重复步骤C、 步骤D以及步骤E， 直至全部 完成全部实验组次。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115032066 A 3