海洋工程模型试验中环境模拟设备与测试技术开发

项目概要：

主要针对海洋工程模型试验时所需要的风、浪、流环境模拟设备及测试测量技术进行研究、设计与制造。是集海洋工程、流体力学、现代光学、电子信息学等多种学科于一体的实验技术开发与应用类科研项目。面向海洋工程领域、信息科学领域的广大研究人员，提供设备、提供技术、提供服务。

【项目一】1. 大型不规则造波系统研制
项目简介：

造波系统是海洋工程模型试验中必不可少的仪器之一。该设备的作用是在试验水池中造出不同波长和波高的波浪，模拟实际波浪对船舶或建筑等的影响，以测定各种技术数据，为海洋平台、船舶、海洋能发电装置、水下探测设备、国防军事等项目研究提供可靠地物理模型实验平台。目前已为国内多家的水力实验室（科研单位）提供不同类型的控制精度高和系统稳定性好的造波机七十余台，占据国内该领域市场60%以上。

代表性项目： 上海无线电设备研究所，“海环境模拟设施”，一般横向

项目简述： 2012年承接的上海无线电设备研究所的“海环境模拟设施”项目，其中的造波机设备是目前国内外最大的L型多向不规则波造波机，各项技术性能指标皆达到世界先进水平。

技术推广图例： 这些年已将造波模拟技术推广到国内各大科研单位（如中国科学院力学研究所、中国水科院、浙江大学、天津大学、中国海洋大学、中船708所、上海河口海岸中心等等），为这些单位定制了各具特色的模拟造波系统。


复合波造波机（地点：大连理工大学，0.33m×70块）吸收式造波机系统（地点：大连理工大学）



方向谱造波机（地点：中国海洋大学，0.45m×75块）L型造波系统（地点：浙江大学，0.5m×140块）



吸收式造波机系统（地点：上海河口海岸中心）多板造波机（地点：天津大学，0.40m×40块）



方向谱造波机（地点：中国水科院）拖曳船池池侧造波机（地点：中船708所，0.5m×160块）



【项目二】三维粒子图像测速技术研究
项目简介：

粒子图像测速技术（Partitcle Image Velocimetry,PIV）是一种可视化测量技术，主要通过散布在目标流场中的示踪粒子所成的像进行粒子群的运动分析，从而得到所示踪流场的运动信息。相对于二维粒子图像测速技术，三维粒子图像测速技术可以获得空间一定体积内流场的三个坐标方向的运动信息，从而更有利于揭示流场的运动规律。


代表性项目：国家自然科学基金，“全方位非接触海洋流态测量技术的研究”，编号：50879098



基于双目视觉的3D-PIV



基于单目散焦原理的3D-PIV


【项目三】非接触式运动六分量测量系统研制
基于图像处理技术的六自由度运动测量系统，可以测量水池中船舶（或浮体）模型的六个自由度（纵摇、横摇、艏摇、纵荡、垂荡和横荡）的运动，该测量系统采用非接触式的采集分析模式。在测量范围内，该测量仪能实时、同步测量与记录多个浮体的六个自由度的运动数据。
代表性项目：天津大学，“非接触式六自由度运动测量系统研制”，一般横向


非接触式六自由度运动测量系统



测量系统工作界面



非接触式六自由度运动测量系统在各种模型试验中的应用场景


【项目四】泥沙表面三维重构系统研制
基于摄影测量原理所研制的泥沙表面三维重构测量系统采用了双CCD相机，通过立体视觉三维重构技术对泥沙地形模型进行表面的3D信息的提取。该系统采用激光散斑的方法且具有折射畸变校正功能，不仅可以在空气中对泥沙表面进行重构，还可以用于对水下物表的非接触式三维重构。
代表性项目：中国科学院力学研究所，“水下地形演变光学成像测量系统”，一般横向


水下地形测试场景



测量系统工作界面



泥沙表面三维重构示例


【项目五】海洋工程模型试验中的传感网络研制
海洋工程模型试验中为了进行力分析与运动分析往往需要在实验水池/水槽内进行波流要素与点压力、转速扭矩、运动量等参数的同时测量。针对这种多传感同步测量的问题，在对海工模型试验测试类型统计分析的基础上研制实用的传感器网络。所研制的传感器网络基于EtherCAT工业以太网构建，利用分布时钟特性对传感器进行实时同步控制。该网络能高效地对实验水池/水槽中的信息要素进行采集与控制。
代表性项目：国家海洋技术中心，“波浪能、潮流能能量转换效率模拟测试技术研究”，一般横向


基于EtherCAT网络的传感器互连方式



传感网络管理模块与网络协议接口板多通道网络化数据采集仪