CN104925237A - 一种基于舰船倾斜原因分类的船体扶正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于舰船倾斜原因分类的船体扶正方法。它先据舰船姿态漂浮的表现特征对破损进水情况进行判断，确定造成舰船倾斜的原因；然后根据造成舰船倾斜的不同原因分别进行船体扶正：由负初稳度造成的舰船倾斜，通过消除负初稳度的方法扶正船体；由进水不对称且破损进水情况不明造成的舰船倾斜，通过试探性分布修正调整的方法扶正船体；由负初稳度和进水不对称联合造成的舰船倾斜，通过先消除负初稳度、后试探性分布修正调整的方法扶正船体。本发明针对舰艇破损进水舱室的具体情况，制定不同的舰体扶正方法；特别是针对“负初稳度”和“进水不对称且破损进水情况不明”的扶正方法进行了专门建模，有效提高了舰艇抗沉指挥的安全性和准确性。

Description

一种基于舰船倾斜原因分类的船体扶正方法

技术领域

本发明涉及舰船破损进水后的抗沉技术领域，具体涉及一种基于舰船倾斜原因分类的船体扶正方法。

背景技术

舰船在受到敌方威胁武器的攻击后，会出现多舱大面积自由液面进水的局面。舰船也会因此产生倾斜和倾差，严重影响舰船的安全性和作战能力。快速地平衡舰船的横向倾斜和纵向倾差，尽量使舰艇恢复正直漂浮状态，是保证舰船不沉的关键，进行舰体平衡的前提是，明确舰艇发生不平衡，或者是产生倾斜、倾差的原因。造成舰艇倾斜、倾差的原因包括三种情况：①倾斜、倾差仅由不对称进水造成；②倾斜仅由负初稳度造成；③倾斜、倾差由不对称进水和负初稳度联合造成。目前建立的舰艇抗沉平衡方法，都只考虑的是第一种情况的破损进水态势，即通过施加反向力矩的方法平衡舰体，不仅如此，在使用“施加反向力矩”的方法时，还必须有一个前提，即必须明确当前破损进水舱室的名称和进水位置，只有这样，才能准确计算扶正舱能够扶正的角度，而对于破损进水舱室的不明进水局势则无法准确进行扶正。但是，在实战情况下，由于多舱大面积的破损进水，舰船将会产生负初稳度，如果此时仍然通过施加反向力矩的方法平衡舰体，不仅达不到平衡舰体的效果，还可能造成更大的倾斜，甚至直接导致舰船的倾覆。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种准确性高、安全性强的基于舰船倾斜原因分类的船体扶正方法。

本发明采用的技术方案是：一种基于舰船倾斜原因分类的船体扶正方法，包括以下步骤：

步骤1，据舰船姿态漂浮的表现特征对破损进水情况进行判断，确定舰船倾斜的原因是由负初稳度造成、进水不对称造成且破损进水情况不明或负初稳度和进水不对称且破损进水情况不明联合造成中的哪一种；

步骤2，根据造成舰船倾斜的不同原因分别进行船体扶正：对于由负初稳度造成的舰船倾斜，通过步骤3消除负初稳度的方法扶正船体；对于由进水不对称且破损进水情况不明造成的舰船倾斜、倾差，通过步骤4试探性分布修正调整的方法扶正船体；对于由负初稳度和进水不对称且破损进水情况不明联合造成的舰船倾斜、倾差，通过先消除负初稳度、后试探性分布修正调整的方法扶正船体；

步骤3，所述消除负初稳度的方法为：

3.1)设定能够消除负初稳度的抗沉资源，针对不同抗沉资源分别生成消除负初稳度的单扶正方案；

3.2)对所有单扶正方案，分别计算其实施后的初稳度增加量，对所有初稳度增加量进行比较，选取初稳度增加量最大的单扶正方案实施船体扶正；

3.3)单扶正方案实施船体扶正后，判断舰船是否存在“不定期停留在左舷或右舷”现象；

3.4)若存在，则重复步骤3.1-3.3，直至舰船恢复到正直状态；若不存在说明船体扶正完成，舰船恢复到正直状态；

步骤4，所述试探性分布修正调整的方法为：

4.1)检测当前舰船的破损倾斜角度θ_破损倾斜，根据破损倾斜角度确定试扶角度θ_试扶；

4.2)在标板图上选取横倾角变化量相加与试扶角度相近的一组扶正舱室进行压载，记选取的一组扶正舱室的横倾角变化量相加为标板扶正角度θ_标板扶正；

4.3)压载实施后，检测舰船的扶正倾斜角度θ_扶正倾斜，若扶正倾斜角度θ_扶正倾斜小于等于1度则说明船体扶正完成，结束操作；若扶正倾斜角度θ_扶正倾斜大于1度，则进入步骤4.4；

4.4)根据扶正倾斜角度确定实际扶正角度θ_实际扶正，根据实际扶正角度和标板扶正角度计算修正系数k；

4.5)根据修正系数对标板图上的横倾角变化量进行修正，在修正后的标板图上选取横倾角变化量相加与扶正倾斜角度相近的一组扶正舱室进行压载，记选取修正后的一组扶正舱室的横倾角变化量相加为修正标板扶正角度θ_{修正标板扶正}。

进一步地，所述判断造成舰船倾斜、倾差原因的标准为：

1)当舰船不定期地停留在左舷或右舷，并且停留的角度相等时，确定是由负初稳度造成的舰船倾斜、倾差；

2)当舰船倾斜和倾差角度与不沉性标板图上横倾角和倾差值相等时，确定是由进水不对称且破损进水情况不明造成的舰船倾斜、倾差；

3)当舰船只停留在一舷，倾斜角度与不沉性标板图上横倾角不相等，或舰船停留在非破损进水的舰船一边时，确定是由负初稳度和进水不对称且破损进水情况不明联合造成的舰船倾斜、倾差。

进一步地，所述消除负初稳度的抗沉资源包括舰船中性面以下可压载的液舱或液舱对、舰船中性面以上可卸载的载荷、可以铅垂向下移动的载荷和可消除自由液面的进水舱室；所述对不同抗沉资源生成的消除负初稳度的单扶正方案分别为可压载方案、可卸载方案、可移载方案和可消除自由液面的排水方案。

进一步地，所述可压载方案和可卸载方案通过载荷增减法计算初稳度增加量，所述可移载方案通过载荷移动法计算初稳度增加量，所述可消除自由液面的排水方案通过自由液面修正法计算初稳度增加量。

进一步地，所述试扶角度θ_试扶为：θ_试扶＝θ_破损倾斜/3。

进一步地，所述横倾角变化量相加与试扶角度相近的标准为θ_标板扶正＝θ_试扶±1度。

进一步地，所述实际扶正角度为：θ_实际扶正＝θ_破损倾斜-θ_扶正倾斜。

进一步地，所述修正系数k的计算方法为：其中，P为舰船当前排水量，q为扶正舱室的载荷增量。

进一步地，所述修正后横倾角变化量相加与扶正倾斜角度相近的标准为θ_{修正标板扶正}＝θ_扶正倾斜±1度。

更进一步地，所述根据修正系数对标板图上的横倾角变化量进行修正的方法为将标板图上的每个舱室的横倾角变化量都乘以修正系数。

本发明的有益效果是：

1、本发明针对舰艇破损进水舱室的具体情况，制定不同的舰体扶正方法；特别是针对“负初稳度”和“进水不对称且破损进水情况不明”情况下的扶正方法进行了专门建模，避免了盲目采取“施加反向力矩”方法的危险指挥行为，有效提高了舰艇抗沉指挥的安全性和准确性。

2、本发明利用舱室容积中心(或载荷重心)与舰船中性面的相对位置，制定了恢复提高舰船初稳度的单方案生成规则，可迅速搜索能够恢复初稳度的方案，逻辑判断简单，计算量小，大大提高了方案的生成速度。

3、本发明适合于“破损进水舱室不明”情况下的舰体扶正，通过“试探性”的扶正方法，一方面可以完成舰体的初步试扶正，另一方面，又可以通过试扶正的效果，掌握不明进水舱对舰艇不沉性指标诸要素的影响，并在此基础上，借助于标板图的修正进行再扶正，方法简单有效，能够快速、准确的扶正船体。

附图说明

图1为本发明由负初稳度引起舰船倾斜的船体扶正示意图。

图2为本发明液舱不沉性标板图的一种示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

本发明的主要目的在于针对舰船不同的倾斜、倾差原因，有针对性地提出船体扶正方法，该方法也适合于民船的船体扶正，特别是可能出现大面积自由液面的滚装船等。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

根据舰船姿态漂浮的表现特征对破损进水情况进行判断，确定舰船倾斜的原因是由负初稳度造成、进水不对称造成且破损进水情况不明或负初稳度和进水不对称且破损进水情况不明联合造成中的哪一种，具体判断过程如表1所示，其中情况一是仅仅由负初稳度造成的舰艇倾斜，情况二是仅仅由进水不对称且破损进水情况不明造成的舰艇倾斜，情况三是同时由负初稳度和进水不对称且破损进水情况不明造成的倾斜。只有在掌握破损进水情况的前提下，才可针对不同的破损进水情况和基本扶正策略，进行船体的扶正。

表1破损进水情况分类及扶正策略表

1、对第一种破损进水情况(由负初稳度引起的舰艇倾斜)的船体扶正。

对于第一种破损进水情况，船体扶正的基本策略是提高初稳度，并且不产生外加的倾斜力矩，对于该情况，当初稳度恢复到正值时，舰船自然扶正，不需要再施加反向力矩，具体扶正方法如图1所示。

1.1、先设定能够消除负初稳度方案可利用的抗沉资源，再针对不同抗沉资源分别生成消除负初稳度的单扶正方案。其中能够消除负初稳度的抗沉资源包括：中性面以下可以压载的液舱或液舱对、中性面以上可以卸载的载荷、可以铅垂向下移动的载荷以及可消除自由液面的进水舱室。

在进行单个扶正方案的生成时，重点考察舱室容积中心(或载荷重心)的空间位置，对上述不同抗沉资源生成的消除负初稳度单扶正方案设计分别如下：

(1)对中性面以下可以压载的液舱或液舱对的抗沉资源，生成的单扶正方案为可压载方案，具体包括：舱室容积中心横向对称，并且舱室容积中心在中性面以下的单个空油舱或单个空水舱；舱室容积中心左右舷对称，并且舱容中心都在中性面以下的一对空油舱或一对空水舱。

(2)对舰船中性面以上可卸载的载荷的抗沉资源，生成的单扶正方案为可卸载方案，具体包括：舱容中心横向对称，且舱容中心在中性面以上的弹药舱；舱容中心左右舷对称，并且舱容中心都在中性面以上的一对弹药舱；重心横向对称且在中性面以上的小艇、舢板等；舱容中心横向对称，并且舱容中心在中性面以上的单个满油舱或单个满水舱；舱容中心左右舷对称，并且舱容中心都在中性面以上的一对满油舱或一对满水舱。

(3)对可以铅垂向下移动的载荷的抗沉资源，生成的单扶正方案为可移载方案，具体包括：液体载荷(油料和淡水)从上部到下部导移且不引起横向倾斜；固体载荷(弹药和其它可移动载荷)从上部到下部导移且不引起横向倾斜。

(4)可消除自由液面的进水舱室的抗沉资源，生成的单扶正方案为可消除自由液面的排水方案，具体包括：船体破损进水且存在自由液面的舱室；消防积水且存在自由液面的舱室。

1.2、对所有单扶正方案，先分别计算其实施后的初稳度增加量，然后对所有初稳度增加量进行比较，选取初稳度增加量最大的单扶正方案实施船体扶正，单个扶正方案的优劣排序仅有“初稳度的增加量”这一个指标，其计算方法包括以下三种情况：

(1)对于可压载方案和可卸载方案，使用载荷增减法计算初稳度的增加量：

$\mathrm{\Δh}=\frac{q}{P+q}\·(T+\frac{\mathrm{\ΔT}}{2}-h-z_q)$

式中：Δh表示初稳度的增加量(米)，q表示载荷重量(吨)，P表示舰船排水量(吨)，ΔT表示吃水变化量(米)，h表示初始初稳度(米)，z_q表示载荷重心高(米)。如果是压载则q为正值；如果是卸载，则q为负值。

(2)对于可移载方案，使用载荷移动法计算初稳度的增加量：

$\mathrm{\Δh}=-\frac{q(z_2-z_1)}{\mathrm{Ph}}$

式中：z₂表示载荷移动后的重心高(米)，z₁表示载荷移动前的重心高(米)。

(3)对于可消除自由液面的排水方案，使用自有液面修正法计算初稳度的增加量：

$\mathrm{\Δh}=\frac{{\mathrm{\γ}}_1{i}_x}{\mathrm{\γV}}$

式中：γ₁为舱内液体比重(吨/米³)，γ为海水密度(吨/米³)，i_x为自由液面面积对液面横倾轴的面积惯性矩(米⁴)，V表示舰船排水体积(米³)。

1.3、单扶正方案实施船体扶正后，判断舰船是否存在“不定期停留在左舷或右舷”现象，也即是判断舰船的初稳度是否依然是负值；若存在，则按照上述过程继续生成最优的单扶正方案实施，直到舰船初稳度为正值，此时舰船将恢复到正直状态；若不存在说明船体扶正完成，舰船已恢复到正直状态。

2、第二种破损进水情况(由不对称进水且破损进水情况不明引起的倾斜和倾差)的船体扶正。

对于第二种破损进水情况，船体扶正的基本策略是以施加反向力矩为主，并且尽量不损失舰船稳度。对于破损进水舱室不明的进水局势，必须采取试探性分布修正调整的方法扶正。试探性分布修正调整扶正的基本思想是：先选择一个较小的角度进行试扶正，然后，根据扶正结果对标板图进行修正，进行再扶正，采取的具体步骤为：

2.1、检测当前舰船的破损倾斜角度θ_破损倾斜，根据破损倾斜角度确定试扶角度θ_试扶，试扶角度为当前破损倾斜角度的1/3，即θ_试扶＝θ_破损倾斜/3。

2.2、在标板图上选取横倾角变化量相加与试扶角度相近的一组扶正舱室进行压载，记选取的一组扶正舱室的横倾角变化量相加为标板扶正角度θ_标板扶正，标板扶正角与第一次试扶角度相近的标准为θ_标板扶正＝θ_试扶±1度；一组扶正舱室可以包括一个舱室或多个舱室。如果有多个试扶正方案，则以既能消除横倾又能消除纵倾，并且θ_试扶与θ_标板扶正相差最小的方案为优先选用方案。

2.3、压载实施后，检测舰船的扶正倾斜角度θ_扶正倾斜，若扶正倾斜角度θ_扶正倾斜小于等于1度则说明船体扶正完成，结束操作；若扶正倾斜角度θ_扶正倾斜大于1度，则进入步骤2.4；

2.4、根据扶正倾斜角度确定实际扶正角度：θ_实际扶正＝θ_破损倾斜-θ_扶正倾斜，根据实际扶正角度和标板扶正角度计算修正系数k，其中，P为舰船当前排水量，q为扶正舱室的载荷增量，如果是压载的方法，则q为正值；如果是卸载的方法，则q为负值。

2.5、根据修正系数对标板图上的横倾角变化量进行修正，修正方法为将标板图上的每个舱室的横倾角变化量都乘以修正系数；在修正后的标板图上选取横倾角变化量相加与扶正倾斜角度相近的一组扶正舱室进行压载扶正，一组扶正舱室可以包括一个舱室或多个舱室。记选取修正后的一组扶正舱室的横倾角变化量相加为修正标板扶正角度θ_{修正标板扶正}，修正标板扶正角度与扶正倾斜角度相近的标准为θ_{修正标板扶正}＝θ_扶正倾斜±1度。当检测的舰艇横倾角在1度之内时，即可认为是安全状态。

如图2所示，是液舱不沉性标板图案例，每个舱的左上角数字表示液舱容积，右上角数字表示液舱灌注后引起的倾差值，左下角数字表示液舱灌注后的横倾角变化量，右下角数字表示液舱灌注后的初稳度变化量。对于第二种破损进水情况，如果当前舰船左舷艉部进水，但具体进水的舱室不明。已知当前舰船向左倾斜6度，即破损倾斜角度θ_破损倾斜为6度，则使用“试探法(施加反向力矩法)”实施的步骤如下(假设舰船排水量P为1000吨)：

a.选取试扶角度为当前破损角度的1/3，即θ_试扶＝θ_破损倾斜/3＝2度。

b.在标板图上选择一组扶正舱室进行压载，使其扶正角度尽量为试扶角度。由于左舷艉部进水，因此，选择右舷艏部的舱进行压载，2号舱压载后，正好扶正2度，与试扶角度相等。因此，首先选择2号舱压载实施。

c.2号舱压载实施后，现测得舰船仍然向左倾斜2度，这说明实际扶正角度θ_实际扶正＝θ_破损倾斜-θ_扶正倾斜＝6-2＝4度，

则修正系数k为：

d.对于标板图中每个液舱压载后的横倾角扶正值都乘以1.97，可得4号舱压载后横倾角变化量为2.56度。因此，该舱压载后，舰船将向右舷倾斜0.56度(2.56度-2度)，右倾0.56度的舰船可认为处于安全状态，因此，舰船船体扶正方案为：先压载2号舱，再压载4号舱，船体扶正完成。

3、第三种破损进水情况(由负初稳度和不对称进水联合引起的倾斜)的扶正。

对于第三种破损进水情况，应该首先消除负初稳度，然后再采取试探性分布修正调整的方法施加反向力矩进行扶正，消除负初稳度的方法与上述第一种破损进水情况的处置方法相同，试探性分布修正调整扶正的方法与上述第二种破损进水情况的处置方法相同。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种基于舰船倾斜原因分类的船体扶正方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，据舰船姿态漂浮的表现特征对破损进水情况进行判断，确定舰船倾斜的原因是由负初稳度造成、进水不对称且破损进水情况不明造成或负初稳度和进水不对称且破损进水情况不明联合造成中的哪一种；

步骤2，根据造成舰船倾斜的不同原因分别进行船体扶正：对于由负初稳度造成的舰船倾斜，通过步骤3消除负初稳度的方法扶正船体；对于由进水不对称且破损进水情况不明造成的舰船倾斜、倾差，通过步骤4试探性分布修正调整的方法扶正船体；对于由负初稳度和进水不对称且破损进水情况不明联合造成的舰船倾斜、倾差，通过先消除负初稳度、后试探性分布修正调整的方法扶正船体；

步骤3，所述消除负初稳度的方法为：

3.1)设定能够消除负初稳度的抗沉资源，针对不同抗沉资源分别生成消除负初稳度的单扶正方案；

3.2)对所有单扶正方案，分别计算其实施后的初稳度增加量，对所有初稳度增加量进行比较，选取初稳度增加量最大的单扶正方案实施船体扶正；

3.3)单扶正方案实施船体扶正后，判断舰船是否存在“不定期停留在左舷或右舷”现象；

3.4)若存在，则重复步骤3.1-3.3，直至舰船恢复到正直状态；若不存在说明船体扶正完成，舰船恢复到正直状态；

步骤4，所述试探性分布修正调整的方法为：

4.1)检测当前舰船的破损倾斜角度θ_破损倾斜，根据破损倾斜角度确定试扶角度θ_试扶；

4.2)在标板图上选取横倾角变化量相加与试扶角度相近的一组扶正舱室进行压载，记选取的一组扶正舱室的横倾角变化量相加为标板扶正角度θ_标板扶正；

4.3)压载实施后，检测舰船的扶正倾斜角度θ_扶正倾斜，若扶正倾斜角度θ_扶正倾斜小于等于1度则说明船体扶正完成，结束操作；若扶正倾斜角度θ_扶正倾斜大于1度，则进入步骤4.4；

4.4)根据扶正倾斜角度确定实际扶正角度θ_实际扶正，根据实际扶正角度和标板扶正角度计算修正系数k；

4.5)根据修正系数对标板图上的横倾角变化量进行修正，在修正后的标板图上选取横倾角变化量相加与扶正倾斜角度相近的一组扶正舱室进行压载，记选取修正后的一组扶正舱室的横倾角变化量相加为修正标板扶正角度θ_{修正标板扶正}。

2.根据权利要求1所述的一种基于舰船倾斜原因分类的船体扶正方法，其特征在于：所述判断造成舰船倾斜、倾差原因的标准为：

1)当舰船不定期地停留在左舷或右舷，并且停留的角度相等时，确定是由负初稳度造成的舰船倾斜、倾差；

2)当舰船倾斜和倾差角度与不沉性标板图上横倾角和倾差值相等时，确定是由进水不对称且破损进水情况不明造成的舰船倾斜、倾差；

3)当舰船只停留在一舷，倾斜角度与不沉性标板图上横倾角不相等时，或舰船停留在非破损进水的舰船一边时，确定是由负初稳度和进水不对称且破损进水情况不明联合造成的舰船倾斜、倾差。

3.根据权利要求1所述的一种基于舰船倾斜原因分类的船体扶正方法，其特征在于：所述消除负初稳度的抗沉资源包括舰船中性面以下可压载的液舱或液舱对、舰船中性面以上可卸载的载荷、可以铅垂向下移动的载荷和可消除自由液面的进水舱室；所述对不同抗沉资源生成的消除负初稳度的单扶正方案分别为可压载方案、可卸载方案、可移载方案和可消除自由液面的排水方案。

4.根据权利要求3所述的一种基于舰船倾斜原因分类的船体扶正方法，其特征在于：所述可压载方案和可卸载方案通过载荷增减法计算初稳度增加量，所述可移载方案通过载荷移动法计算初稳度增加量，所述可消除自由液面的排水方案通过自由液面修正法计算初稳度增加量。

5.根据权利要求1所述的一种基于舰船倾斜原因分类的船体扶正方法，其特征在于：所述试扶角度θ_试扶为：θ_试扶＝θ_破损倾斜/3。

6.根据权利要求1所述的一种基于舰船倾斜原因分类的船体扶正方法，其特征在于：所述横倾角变化量相加与试扶角度相近的标准为θ_标板扶正＝θ_试扶±1度。

7.根据权利要求1所述的一种基于舰船倾斜原因分类的船体扶正方法，其特征在于：所述实际扶正角度为：θ_实际扶正＝θ_破损倾斜-θ_扶正倾斜。

8.根据权利要求1所述的一种基于舰船倾斜原因分类的船体扶正方法，其特征在于：所述修正系数k的计算方法为：其中，P为舰船当前排水量，q为扶正舱室的载荷增量。

9.根据权利要求1所述的一种基于舰船倾斜原因分类的船体扶正方法，其特征在于：所述修正后横倾角变化量相加与扶正倾斜角度相近的标准为θ_{修正标板扶正}＝θ_扶正倾斜±1度。

10.根据权利要求1所述的一种基于舰船倾斜原因分类的船体扶正方法，其特征在于：所述根据修正系数对标板图上的横倾角变化量进行修正的方法为将标板图上的每个舱室的横倾角变化量都乘以修正系数。