破损后同步自扶正的小水线面船控制方法及其船体与流程
本发明涉及小水线面双体船，尤其是一种破损后同步自扶正的小水线面船控制方法及其船体。
背景技术：
1、小水线面双体船在航运领域具有显著的优势和广泛的应用前景，由于其水下潜体能够更有效地切割水流，减小阻力，从而提升船舶的航行效率。同时，细长支柱的支撑结构也增强了船舶的稳定性，使其在风浪中能够保持平稳的航行姿态；因此小水线面双体船在复杂多变的海洋环境中具有优异的操纵性能，能够轻松应对各种航行挑战。
2、但是，小水线面双体船因其水线面很小使得该船型具有稳性储备较差的特点，当一舱或临近多舱破损后，船体会有较大倾斜，很有可能不满足安全规范的要求，同时倾斜角较大对于船舶安全和人员设备安全有较大的威胁。
3、因此，研发一种破损后同步自扶正的小水线面船控制方法及其船体是迫在眉睫的。
技术实现思路
1、本技术人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种破损后同步自扶正的小水线面船控制方法及其船体，从而使船舶始终处于调平状态或最优平衡状态，大大增强船舶的破损稳性，提升船舶设备和人员的安全性。
2、本发明所采用的技术方案如下：一种破损后同步自扶正小水线面船的控制方法，包括以下步骤：
3、步骤一：在船体的每个水密舱段内设置液位传感器，液位传感器用于监测各舱段的液位hi或破损情况；在船体的左片体和右片体上均设置有两个压载水舱，单侧片体的压载水舱分别布置于船体的漂心的前后两侧；单个压载水舱的一侧设有用于压载水注入或驳出的压载管路，在压载管路上设置变量阀；
4、步骤二：根据船型总体性能数据计算得到每个舱舱内液体相对船体漂心产生的横向力矩和纵向力矩；
5、步骤三：通过液位传感器监测到单侧的一舱段破损，计算破损舱内进水相对船体漂心产生的横向力矩和纵向力矩随时间的变化；
6、步骤四：通过压载管路通过变量泵向破损舱段另一侧片体的压载水舱内注水，并计算注水流量，实现船体同步自扶正。
7、作为上述技术方案的进一步改进：
8、优选的，步骤一中的变量阀与中央控制器之间电性连接，中央控制器用于接收液位传感器输送的破损舱液位控制变量阀的实时运行。
9、优选的，步骤二中每个舱舱内液体相对船体漂心产生的横向力矩和纵向力矩的具体算法步骤是：
10、第一步：计算得到船体漂心位置(g0x，g0y)，计算得到每个舱的舱容曲线计算表，所述每个舱的舱容曲线计算表是每个舱在不同舱室液位下的舱室容积及不同舱室液位下的重心位置；
11、第二步：通过步骤一中的曲线拟合；
12、第三步：得到每个舱舱室容积vi随舱室液位hi的变化关系：vi＝fi(hi)；
13、得到每个舱舱室容积对应的漂心横坐标位置gx随舱室液位hi的变化关系：
14、gx＝gi(hi)；
15、得到每个舱舱室容积对应的漂心纵坐标位置gy随舱室液位hi的变化关系：
16、gy＝hi(hi)；
17、得到每个舱舱室进水重量gi随进水舱室液位hi的变化关系：
18、gi＝ρ·fi(hi)；
19、其中ρ为舷外水密度；
20、第四步：通过步骤三中的变化关系推导得出：
21、随舱室液位hi的变化每个舱舱内液体相对船体漂心产生的横向力矩mix为：
22、mix＝ρ·vi·(gx-g0x)＝ρ·fi(hi)·[gi(hi)-g0x]；
23、随舱室液位hi的变化每个舱舱内液体相对船体漂心产生的纵向力矩miy为：
24、miy＝ρ·vi·(gy-g0y)＝ρ·fi(hi)·[hi(hi)-g0y]；
25、船型确定时，船型总体性能数据确定，每个舱舱内液体相对船体漂心产生的横向力矩和纵向力矩是已知量。
26、优选的，所述步骤三中破损舱内进水相对船体漂心产生的横向力矩和纵向力矩随时间的变化计算过程具体是：
27、第一步：破损舱内的液位传感器(16)实时监测舱内液位hj随时间t的变化，通过曲线拟合进一步得到舱内液位hj随时间t的变化关系，记为：
28、hj＝s(t)；
29、第二步：得到的液位hj与舱容vj一一对应：
30、vj＝f1(hj)；
31、第三步：得到舱容对应的漂心横坐标位置gx随舱室液位hi的变化关系：
32、gjx＝gj(hj)；
33、得到舱容对应的漂心横坐标位置gy随舱室液位hi的变化关系：
34、gjy＝hj(hj)；
35、第四步：进一步推导得出：
36、破损舱内进水对船舶带来的横向力矩mjx为：
37、mjx＝ρ·vj·(gjx-g0x)＝ρ·f1(hj)·[gj(hj)-g0x]＝ρ·f1(s(t))·[gj(s(t))-g0x]；
38、破损舱内进水对船舶带来的横向力矩mjy为：
39、mjy＝ρ·vj·(gjy-g0y)＝ρ·f1(hj)·[hj(hj)-g0y]＝ρ·f1(s(t))·[hj(s(t))-g0y]；
40、其中：g0为船体漂心位置，为已知量；s(t)为根据液位监测结果并实时拟合的公式，为已知函数；f(h)为通过曲线拟合，进一步得到每个舱舱室容积随舱室液位的变化关系，为已知函数；g(h)、h(h)为通过曲线拟合得到的每个舱舱室容积对应的漂心横坐标位置随舱室液位的变化关系，为已知函数；t为时间。
41、优选的，当破损舱段位于左片体上，则通过变量泵向第三压载水舱和第四压载水舱内注水以实时补偿左片体上的舱室破损带来的倾斜力矩；当破损舱段位于右片体上，则通过变量泵向第一压载水舱和第二压载水舱内注水以实时补偿右片体上的舱室破损带来的倾斜力矩。
42、优选的，破损舱段位于右片体(2)上；
43、第一压载水舱(7)的流量为：q1(t)；
44、第二压载水舱(8)的流量为：q2(t)；
45、在[0,t]时间过程中，第一压载水舱(7)的水量为：
46、在[0,t]时间过程中，第二压载水舱(8)的水量为：
47、得到第一压载水舱(7)舱容形心g1横坐标位置随舱室液位h1的变化关系：
48、g1x＝g1(h1)；
49、第一压载水舱(7)的舱室液位h1与舱容v1的关系为：
50、h1＝f1-1(v1)；
51、得出舱容形心g1横坐标位置随舱室液位h1的变化关系：
52、g1x＝g1(h1)＝g1(f1-1(v1))；
53、以相同方式得出舱容形心g1纵坐标位置随舱室液位h1的变化关系：
54、g1y＝h1(h1)＝h1(f1-1(v1))；
55、推导第一压载水舱(7)相对船体漂心产生的横向力矩m1x：
56、
57、第一压载水舱(7)相对船体漂心产生的纵向力矩m1y：
58、
59、相同推导方式得出，第二压载水舱(8)相对船体漂心产生的横向力矩m2x：
60、
61、第二压载水舱(8)相对船体漂心产生的纵向力矩m2y：
62、
63、为达到船体自扶正的效果，船体总横向力矩平衡、船体总纵向力矩平衡，
64、获得第一平衡公式：
65、mjx+m1x+m2x＝0；
66、获得第二平衡公式
67、mjy+m1y+m2x＝0；
68、将破损舱内进水对船舶带来的横向力矩mjx公式、第一压载水舱相对船体漂心产生的横向力矩m1x公式以及第二压载水舱相对船体漂心产生的横向力矩m2x公式均代入第一平衡公式中；
69、将破损舱内进水对船舶带来的纵向力矩mjy公式、第一压载水舱相对船体漂心产生的纵向力矩m1y公式以及第二压载水舱相对船体漂心产生的纵向力矩m2y公式均代入第二平衡公式中；
70、进一步得到：
71、
72、
73、最终得到：
74、第一压载水舱(7)的注水流量自动控制函数：q1＝q1(t)；
75、第二压载水舱(8)的注水流量自动控制函数：q2＝q2(t)。
76、一种破损后同步自扶正的小水线面船船体，包括中央控制器；所述中央控制器通过控制管路与分别与压载水舱相接并控制压载水舱内压载水的注入或驳出；中央控制器根据其实时监测到的破舱液位的变化从而拟合形成函数，进一步根据通过推导得出并且内置的公式得到压载水舱相应变量泵的流量控制函数，用于变量泵的实时运行。
77、优选的，所述压载水舱包括位于左片体上的第一压载水舱和第二压载水舱，还包括位于右片体上的第三压载水舱和第四压载水舱。
78、优选的，所述控制管路的结构为：包括与压载水舱相接的压载管路，并在压载管路上匹配设置变量阀，压载管路用于将舷外海水注入压载水舱或驳出压载水舱；所述变量阀与中央控制器之间电性连接。
79、本发明的有益效果如下：
80、本发明结构合理，自动化程度高，提供了一种满足工程应用的小水线面船破损后同步自扶正控制方法；本发明通过有效监测各舱室破损情况，拟合破损舱室的进水函数；针对船型总体性能数据，进行数据处理和分析；对所发明的针对船体漂心的力矩平衡公式进行实时解析，依据得到流量函数调节控制破损舱室对侧片体的压载水流量，从而使船舶始终处于调平状态或最优平衡状态，极大的增强船舶的破损稳性，提升了船舶、设备和人员的安全性。
技术特征：
1.一种破损后同步自扶正小水线面船的控制方法，其特征在于：
2.如权利要求1所述的破损后同步自扶正小水线面船的控制方法，其特征在于：所述步骤一中的变量阀(14)与中央控制器(17)之间电性连接，中央控制器(17)用于接收液位传感器(16)输送的破损舱液位控制变量阀(14)的实时运行。
3.如权利要求1所述的破损后同步自扶正小水线面船的控制方法，其特征在于：所述步骤二中每个舱舱内液体相对船体漂心产生的横向力矩和纵向力矩的具体算法步骤是：
4.如权利要求1所述的破损后同步自扶正小水线面船的控制方法，其特征在于：所述步骤三中破损舱内进水相对船体漂心产生的横向力矩和纵向力矩随时间的变化计算过程具体是：
5.如权利要求1所述的破损后同步自扶正小水线面船的控制方法，其特征在于：当破损舱段位于左片体(1)上，则通过变量泵(14)向第三压载水舱(9)和第四压载水舱(10)内注水以实时补偿左片体(1)上的舱室破损带来的倾斜力矩；当破损舱段位于右片体(2)上，则通过变量泵(14)向第一压载水舱(7)和第二压载水舱(8)内注水以实时补偿右片体(2)上的舱室破损带来的倾斜力矩。
6.如权利要求5所述的破损后同步自扶正小水线面船的控制方法，其特征在于：破损舱段位于右片体(2)上；
7.一种破损后同步自扶正的小水线面船船体，其特征在于：包括通过权利要求1至8中任一项所述控制方法进行控制的中央控制器(17)；
8.如权利要求7所述的破损后同步自扶正的小水线面船船体，其特征在于：所述控制管路的结构为：包括与压载水舱相接的压载管路(15)，并在压载管路(15)上匹配设置变量阀(14)，压载管路(15)用于将舷外海水注入压载水舱或驳出压载水舱；所述变量阀(14)与中央控制器(17)之间电性连接。
技术总结
本发明涉及一种破损后同步自扶正的小水线面船控制方法及其船体，属于小水线面双体船的技术领域。它通过有效监测各舱室破损情况，拟合破损舱室的进水函数；针对船型总体性能数据，进行数据处理和分析；同时针对船体漂心的力矩平衡公式进行实时解析，依据得到流量函数调节控制破损舱室对单侧片体的压载水流量，从而使船舶始终处于调平状态或最优平衡状态，极大的增强了船舶的破损稳性，提升了船舶、设备和人员的安全性。
技术研发人员：郭昂,侯小军,李冬兰
受保护的技术使用者：中国船舶科学研究中心
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23