CN109466711A - 一种降阻尼可自动改变周期的减摇水舱 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种降阻尼可自动改变周期的减摇水舱，包括两个侧边水舱、至少一个水连通道、至少一个阻尼挡板、控制器和控制系统，两个侧边水舱的下部通过多个水连通道相连，每个侧边水舱的顶部设置有空气流动控制阀，底部采用圆弧式舱底，侧边水舱和水连通道的连接处采用弧形的喇叭口连接器，控制系统通运动测量仪采集船舶的横摇周期信息，计算出减摇水舱在此周期时水连通道截面的最佳开口面积，根据阻尼挡板转动角度与水连通道横截面开口面积的关系式得到阻尼挡板所需调整的角度，之后向控制器发出指令信号，调整阻尼挡板的转动角度，同时开闭空气阀门，使得减摇水舱的周期与船舶横摇周期相同。本发明可以提高减摇水舱的效率和适用范围。
Description
技术领域
本发明属于船舶建造的技术领域，涉及一种降低阻尼可自动改变周期的减摇水舱。
背景技术
船舶在海面航行时，不可避免的会受到风、浪、流的影响，产生大幅度横摇，影响船舶设备的正常工作和船员的正常生活。在减轻船舶横摇的减摇装置中常见的一种是减摇水舱，其依靠水舱内水的高低液面重力差，产生与倾覆力矩相反的恢复力矩来进行减摇。近年来新发展的被动可控减摇水舱，主要通过在水舱的水连通道内加入中间阻尼挡板，控制挡板的旋转来改变水舱的周期，适应不同的海况。但是，过大的阻尼会降低减摇水舱的工作效率，同时阻尼挡板的旋转需要复杂控制。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种降低阻尼的可自动改变周期减摇水舱。本发明提出的装置可以降低减摇水舱的阻尼，提高减摇水舱的工作效率，同时在改变结构后的减摇水舱中设计了一种控制系统，自动调节阻尼板的旋转，提高减摇水舱的效率和适用范围。技术方案如下：
一种降阻尼可自动改变周期的减摇水舱，包括两个侧边水舱、至少一个水连通道、至少一个阻尼挡板、控制器和控制系统，两个侧边水舱的下部通过多个水连通道相连，其特征在于，每个侧边水舱的顶部设置有空气流动控制阀，底部采用圆弧式舱底，侧边水舱和水连通道的连接处采用弧形的喇叭口连接器，控制系统通过运动测量仪采集船舶的横摇周期信息，计算出减摇水舱在此周期时水连通道截面的最佳开口面积，根据阻尼挡板转动角度与水连通道横截面开口面积的关系式得到阻尼挡板所需调整的角度，之后向控制器发出指令信号，调整阻尼挡板的转动角度，同时开闭空气阀门，使得减摇水舱的周期与船舶横摇周期相同。
优选地，侧边水舱的底部采用圆弧式舱底。
优选地，所述的运动测量仪为非接触式光学六自由度运动测量仪。
本发明提供了一种有效地降低水舱阻尼并可自动改变周期的减摇水舱，相比现有的技术具有以下优点：
(1)本发明对水舱的结构进行了改进，采用了圆形截面的水连通道，并且将侧边水舱与水连通道的连接处采用弧度处理，采用喇叭口式连接器，将边舱外壁与底部连接处设置为弧形舱底，以此降低水舱的阻尼，提高了减摇的效果。
(2)本发明提供了非接触式光学六自由度运动测量仪和控制系统，通过测量的船舶的横摇周期，由控制系统自动控制调节阻尼挡板的旋转角度，通过主动控制的方法，提高了减摇的效率和适用范围。
(3)本发明采用了多根圆形截面水连通道，在降低阻尼的同时保证了减摇水舱的周期范围，提高了减摇水舱的适用范围。充分利用了多种船舶通用的双舷侧结构，建造工艺简单，通用性强。
(4)本发明简单可靠，无需人工操作，可以应对多种海况。
附图说明
图1是降低阻尼可自动改变周期的减摇水舱的主视图；
图2是水连通道与侧边水舱连接的局部图；
图3是圆形阻尼挡板、控制器和非接触式光学六自由度运动测量仪的局部图；
图4是圆形阻尼挡板转动角度时的俯视图；
图5是系统自动控制阻尼挡板转动角度调整减摇水舱周期的流程图。
图中标号说明：
1空气阀门；2侧边水舱；3水连通道；4阻尼挡板；5控制器；6圆弧式侧边舱底；7喇叭口式连接器；8非接触式光学六自由度运动测量仪。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明包括了两个侧边水舱2，其上开通空气流动控制阀1，底部为圆弧式舱底6，多个圆柱形水连通道3，喇叭口式连通器7，多个阻尼挡板4及配套的控制器5，非接触式光学六自由度运动测量仪8和控制系统。如图2所示侧边水舱底部采用圆弧式舱底6，侧边水舱2和水连通道3的连接处采用弧形的喇叭口连接器7，水连通道3截面设计为圆形。如图3所示，阻尼挡板4上方连接控制器5，控制器5接收控制系统的指令信号，将阻尼挡板4旋转到指定角度调节减摇水舱的周期。如图4计算得到阻尼挡板4转动角度θ与水连通道3横截面开口面积S的关系式。
如图5所示，减摇水舱自动调整周期的的工作流程如下：通过非接触式光学六自由度运动测量仪8采集到船舶的横摇周期信息，由运动数值模拟或水槽模型实验推断出减摇水舱在此周期时水连通道截面的最佳开口面积，根据阻尼挡板4转动角度θ与水连通道3横截面开口面积S的关系式得到阻尼挡板4所需调整的角度，之后控制系统向控制器5发出指令信号，调整阻尼挡板4的转动角度，同时开闭空气阀门1，使得减摇水舱的周期与船舶横摇周期相同。此时产生的稳定力矩最大，与船舶横摇运动的相位相差180°，水舱减摇效果最好。
由于水具有粘性，在横摇过程中减摇水舱会产生阻尼，产生额外的能量消耗。水在运动过程中，点与点或层与层之间会产生阻力，阻力做功将机械能转化为热能，造成的能量损失称为沿程水头损失。而水舱边界条件的变化引起的水流结构变化形成漩涡引起的阻力所造成的能量损失称为局部水头损失。
计算沿程水头损失，达西公式表示为实验表明，当水流通道截面面积一定时，湿周面积越小，当量直径de越大，沿程损失则会越小。圆形截面湿周面积最小，因此本发明使用圆形截面替代底舱或方形截面水连通道。
对于局部水头损失，采用的方法是将边舱底部和水连通道的连接处都采用平滑的设计，采用圆弧式侧边舱底和喇叭口式连接器，减少涡流降低阻尼。
通过实验测或数值模拟计算得到，水连通道横截面最佳开口面积与减摇水舱周期的关系。计算得到阻尼板转动角度θ与水连通道横截面开口面积S的关系式，
式中，n为水连通道数量，r为水连通道的半径。以此获得了本发明减摇水舱的周期与阻尼挡板转动角度之间的关系。
Claims (3)
1.一种降阻尼可自动改变周期的减摇水舱，包括两个侧边水舱、至少一个水连通道、至少一个阻尼挡板、控制器和控制系统，两个侧边水舱的下部通过多个水连通道相连，其特征在于，每个侧边水舱的顶部设置有空气流动控制阀，底部采用圆弧式舱底，侧边水舱和水连通道的连接处采用弧形的喇叭口连接器，控制系统通过运动测量仪采集船舶的横摇周期信息，计算出减摇水舱在此周期时水连通道截面的最佳开口面积，根据阻尼挡板转动角度与水连通道横截面开口面积的关系式得到阻尼挡板所需调整的角度，之后向控制器发出指令信号，调整阻尼挡板的转动角度，同时开闭空气阀门，使得减摇水舱的周期与船舶横摇周期相同。
2.根据权利要求1所述的减摇水舱，其特征在于，侧边水舱的底部采用圆弧式舱底。
3.根据权利要求1所述的减摇水舱，其特征在于，所述的运动测量仪为非接触式光学六自由度运动测量仪。
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