CN111814260B - 邮轮在风浪中航行的运动舒适度评价方法 - Google Patents

Abstract

邮轮在风浪中航行的运动舒适度评价方法,由局部区域基于乘客晕船发生率指数的局部区域运动舒适度评价方法和船舶整体运动舒适度基于模糊统计学的邮轮整体运动舒适度评价方法组成。本发明提供了一种能够科学合理地对邮轮的局部关键区域和船体整体在指定的风浪条件下航行时，乘客及船员运动舒适度进行评价的方法。通过该方法能够在船型设计初期即对未来船舶航行时的运动舒适度进行定量的考核，有利于简化船舶型线的设计过程，提高合同前和基本设计环节中的设计效率，并为基于运动舒适性的船体型线优化提供可行的优化方向以及可靠地数据支撑。

Description

邮轮在风浪中航行的运动舒适度评价方法

技术领域

本发明涉及一种运动舒适度评价方法，具体为邮轮在风浪中航行的运动舒适度评价方法。

背景技术

随着人民生活水平的日益提高，邮轮游这种集游览观光，居住生活，娱乐休闲为一体的高端出游方式越来越受到人们的青睐。同时，邮轮特别是中高档豪华游轮以其较高的技术附加值、充足的市场需求以及良好的未来前景也受到了国内造船行业的广泛关注。

我国一直是一个船舶和海洋工程装备的制造大国，但是在中高档邮轮的设计和建造方面起步较晚，尚不具备足够的设计和建造经验。邮轮与一般的货船或客滚船不同，对于乘客在乘船旅行过程中的生活和娱乐的舒适性有着很高的要求，其中也包括邮轮在风浪中航行时的运动舒适度。由于船舶的耐波性能在船体型线确定以后基本无法再进行优化，因此在船型设计初期，对船舶在风浪中航行时的整体及局部关键区域处的运动舒适度进行评估，以确保将来邮轮在运营过程中能够为乘客和船员提供良好的乘船体验就成为了邮轮设计中极为重要的关键的重点之一。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供邮轮在风浪中航行的运动舒适度评价方法,由局部区域基于乘客晕船发生率指数的局部区域运动舒适度评价方法和船舶整体运动舒适度基于模糊统计学的邮轮整体运动舒适度评价方法组成。

局部区域基于乘客晕船发生率指数的局部区域运动舒适度评价方法，根据海况、波浪谱条件完成耐波性计算后，根据各个船舶遭遇频率下关键区域处的垂向加速度均方根值和晕船发生率指数推荐值对局部区域运动舒适度进行评估后，就评估结果进行多向运动耦合、乘客年龄及性别组成、舒适度敏感区域等级修正，最终得到修正后的评估曲线，以此为基准对该局部区域的运动舒适度进行定量的评价。

邮轮在风浪中航行时，船舶受到风浪等外力的作用，将以自身重心为转动轴发生6个自由度方向的漂移或晃荡运动，这种运动通过船体结构以振动的方式传导作用于船上的乘客，并对其运动舒适度造成影响。

全球各个主要海域在4至6级海况时，波浪的平均频率主要集中在0.1至0.5Hz范围内，一般的远洋航行船舶的遭遇频率均在1Hz以下。根据ISO 2631-3规范，这个频率范内的振动对人体影响的主要症状体现为晕船，同时，该规范也给出了基于垂向加速度均方根值和振动持续时间(人体暴露在振动中的时间)得出的一般性条件下的乘客晕船发生率指数推荐值。

如图7，ISO 2631-3中不同频率和暴露时间的乘客晕船发生率指数图。

表1不同频率和暴露时间晕船率指数的界限值：

表1中仅为ISO 2631-3中提供的一般性推荐值，结合邮轮自身的运营特征以及乘客年龄，性别等对于振动的耐受性等因素，进行以下的修正。

风浪作用时间修正：一般海上的风浪状态很难维持较长的时间，因此表1中的8小时作用时间项在本发明提供的运动舒适度评估方法中不予实施。

多向运动耦合性修正：造成晕船的主要因素是垂向加速度，但由于船舶在风浪中的运动状态是以一种多向运动耦合的形式体现的，较大的横摇或纵摇加速度也将进一步加剧晕船状况的发生。当邮轮船长在200米以下时，根据实船航行经验推荐按照表2的方式进行修正，其中g代表重力加速度，取9.81m/s。修正值指的是相对于表1中的推荐值减少的比例。

表2多向运动耦合性修正方法：

乘客年龄及性别组成修正：老年人、女性及儿童在振动耐受性上处于劣势，根据邮轮的用途大致推算乘客中的年龄和性别比重，并按照表3所示方法进行修正。

表3乘客年龄及性别组成修正方法：

航线/用途	成员组成	修正值
			暖水区探险邮轮	年轻乘客为主型	不变
极地探险邮轮	老年乘客为主型	下降10％
			欧美主线航行邮轮	混合型	下降5％
海岛间短途邮轮	混合+家庭型	下降5％

舒适度敏感区域等级修正：除客房外，邮轮上还配备有游泳池、健身房、桑拿房、露天观光甲板的娱乐和运动设施。在不同的设施，人体的运动状态是不同的，对于运动舒适性的需求也不同。根据这一特质，将常规的邮轮功能性区域按照舒适度的敏感性高低进行划分，并进行有针对性的修正。

表4舒适度敏感区域划分及修正方法：

以上4项修正方法不具有排他性，即应同时实施修正。一条以老年乘客为主的极地探险邮轮的健身房区域处30分钟持续振动下对应的乘客晕船发生率指数下限值应为：

1*(1-0.1)*0.85＝0.765(m/s^2)

船舶整体运动舒适度基于模糊统计学的邮轮整体运动舒适度评价方法，该评价方法采用模糊统计学中的因素加权法。将邮轮的整体运动舒适性定义为一个模糊集合，其横摇、纵摇和垂荡性能就是这个模糊集合的子集合，同时，横摇、纵摇等子集合本身也可被看作是一个模糊集。对于这种情况的论域集，通过n个因素的笛卡尔乘积来表示：

进一步的，若A(U)是由A₁(U₁),A₂(U₂₎,Λ,A_n(U_n)累加而成的，那么：

式中：

δ_i为第i项子集合的权重因子。

基于上面所述的因素加权法，本发明第二部分的基于模糊统计学的邮轮整体运动舒适度评价方法的实施步骤为：

第一步，确定子集合，影响邮轮在风浪中运动舒适度的因素包括，

第二步，确定各个子集合的模糊定义标准值：

1)横摇幅值(单位为°)

2)纵摇幅值(θ，单位为°)

3)垂荡幅值(ζ，无次元量)

垂荡幅值对于舒适度的影响体现在首部砰击、甲板上浪或船底露底方面。设定一个无因次量ζ，其值为垂荡幅值绝对值z与船舶平均干舷f的比值，即：ζ＝z/f。根据砰击、上浪等现象发生的概率对ζ的模糊值进行定义：

4)垂荡加速度(α，单位为重力加速度g)

5)纵摇加速度(β，单位为重力加速度g)

第三步，确定权值：

根据各个子集对于论集，即邮轮在风浪中航行时整体的运动舒适度的影响大小，确定各个子集的权值。垂荡幅值对于运动舒适度的影响属于间接影响，其权值在0.5-0.8之间。

表5各个子集的权值一览表：

第四步，计算综合隶属度J：

式中：

γ_N为综合加权系数：γ_N＝γ₁+γ₂+Λ+γ_n；

将各个子集的模糊判定值带入上述公式，即得到邮轮得到邮轮整体的运动舒适度标准值：

第五步，对运动舒适度标准值进行修正；

针对不同尺度，不同用途的邮轮对评价衡准进行一定的修正。例如船长较短的船耐波性能也较差，对于这类船型的运动舒适度评价指标就应适度下调。从船舶耐波性的机理以及邮轮的豪华程度和对运动舒适度要求的严苛度等角度出发，设置一个修正系数χ，

式中：χ为修正系数，B为邮轮型宽，L为邮轮水线长度，D为吃水深度，W代表因邮轮用途或豪华程度而对运动舒适度要求的严苛程度，W的值在0.6-1.2之间；

一般的，

J_Final＝J_{StandardValue}/χ

根据JFinal的值，对邮轮的运动舒适度进行评价；

第六步，对邮轮的运动舒适度进行评价：

表6.邮轮运动舒适度评价规格表

本发明的有益效果是，提供了一种能够科学合理地对邮轮的局部关键区域和船体整体在指定的风浪条件下航行时，乘客及船员运动舒适度进行评价的方法。通过该方法能够在船型设计初期即对未来船舶航行时的运动舒适度进行定量的考核，有利于简化船舶型线的设计过程，提高合同前和基本设计环节中的设计效率，并为基于运动舒适性的船体型线优化提供可行的优化方向以及可靠地数据支撑。

附图说明

图1为邮轮在风浪中航行的运动舒适度评价方法的技术方案示意图。

图2为本发明第一部分的基于乘客晕船率的局部区域运动舒适度的评价流程图。

图3为本发明第二部分的基于模糊统计学的邮轮整体运动舒适度的评价流程图。

图4为对于应用实施例的极地探险邮轮运动舒适性关键局部区域的识别图。

图5为应用实施例的极地探险邮轮未修正的局部运动舒适性评价图。

图6为应用实施例的极地探险邮轮修正后的局部运动舒适度评价图。

图7为本发明背景技术ISO 2631-3中不同频率和暴露时间的乘客晕船发生率指数图。

具体实施方式

为了方便理解本发明的技术内容，特以95m船长的极地探险邮轮为例进行说明。

为了节省篇幅，仅就实施例的极地探险邮轮在某6级海况，迎浪工况下的运动舒适度进行分析和说明。

如图1、图2和图3所示，邮轮在风浪中航行的运动舒适度评价方法，包括两个部分，分别是针对邮轮局部关键区域和针对邮轮整体的运动舒适度分析方法。现分别说明如下：

首先是第一部分基于乘乘客晕船发生率指数的局部区域运动舒适度的评价方法。在根据海况和波浪谱进行完船舶的耐波性分析后，对结果数据进行初步的整理。由于本实施例的对象为一艘极地探险邮轮，主要航行区域为极地海域，故耐波性计算以海况等级为6的ITTC双参数波浪谱为基础进行的。

步骤1：根据总布置图或功能区域划分图对局部敏感区域进行识别。实施例对象船的重心在船中略偏后的位置，故船体首尾处均为纵摇最剧烈的区域，同时根据船舶在波浪上的运动理论，在重心以上的位置，高度越高，运动越强。故将顶甲板尾部的泳池、中部左舷的健身房、前部的露天甲板以及驾驶室标定为局部运动舒适度敏感区域，具体如图4所示。

步骤2：以乘客晕船发生率指数推荐值为输入，根据各个关键区域在各个频率下对应的垂向加速度均方根值绘制如图5所示的未修正的局部运动舒适性评价图。

步骤3：进行基于多向运行耦合性修正。由于耐波性计算显示，所识别的各个关键局部区域处的横摇幅值及纵摇加速度均方根值均未达到修正条件，故本实例无需进行此步骤。

步骤4：进行基于乘客年龄和性别组成的修正。由于本实例的船型为极地探险邮轮，预想的乘客年龄层偏向于老年游客，故依照推荐值下限向下下调10％。

步骤5:进行基于舒适度敏感区域等级的修正。根据说明书中所述，泳池和健身房属于高度敏感区域，故将推荐值下限下调15％，露天甲板属于中度敏感区域，推荐值下限下调10％，驾驶室为低敏感度区域，推荐值下限下调5％。

步骤6：对最终修正后的乘客晕船发生率指数下限值进行整理并绘制如图6所示的最终修正后的局部运动舒适度评价图。

表7：修正后的乘客晕船发生率指数下限值：

下面对第二部分的基于模糊统计学的邮轮整体运动舒适度的评价方法进行说明。

步骤1：确定子集合。实施例对象船的长宽比、方形系数等均在普通船舶的范畴，故在进行模糊统计计算时，仍选择常规的横摇、纵摇、垂荡幅值以及垂荡和纵摇加速度等5项作为子集。

步骤2：对各个子集合进行模糊值判定，并确认标准值。

表8，各子集和对应的标准值：

子集合	横摇幅值	纵摇幅值	垂荡幅值	垂荡加速度	纵摇加速度
						耐波性计算结果	0°	1.75°	0.22	0.13g	0.16g
对应的标准值	1	0.85	0.99	0.94	0.88

步骤3：确定各个子集合的权值。

表9，各个子集合的权值：

子集合	横摇幅值	纵摇幅值	垂荡幅值	垂荡加速度	纵摇加速度
						权值	0.8	0.9	0.75	0.95	0.95

步骤4：计算综合隶属度J。由于是迎浪工况，在进行频域计算时横摇的结果为0，故在进行综合隶属度计算时，忽略横摇项，仅就剩余的4项子集合的值带入计算。

步骤5：计算运动舒适度标准值修正系数。实例船的长宽比，吃水等均属于正常范畴，故仅就极地探险邮轮这一邮轮用途这一项进行修正，修正系数为0.985。

步骤6：对运动舒适度标准值进行修正。

参照表6的设定，认为实例船在海况6级，迎浪状态下的整体运动舒适度为优秀。

虽然本发明所记述的实施方式如上，但所述的内容仅是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所记述的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上做任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (1)

1.邮轮在风浪中航行的运动舒适度评价方法,该方法由局部区域基于乘客晕船发生率指数的局部区域运动舒适度评价方法和船舶整体运动舒适度基于模糊统计学的邮轮整体运动舒适度评价方法组成；

其特征在于：所述局部区域基于乘客晕船发生率指数的局部区域运动舒适度评价方法，根据海况、波浪谱条件完成耐波性计算后，根据各个船舶遭遇频率下关键区域处的垂向加速度均方根值和晕船发生率指数推荐值对局部区域运动舒适度进行评估后，就评估结果进行多向运动耦合、乘客年龄及性别组成、舒适度敏感区域等级修正，最终得到修正后的评估曲线，以此为基准对该局部区域的运动舒适度进行定量的评价；所述船舶整体运动舒适度基于模糊统计学的邮轮整体运动舒适度评价方法，采用模糊统计学中的因素加权法，包括如下步骤：

第一步，确定子集合，影响邮轮在风浪中运动舒适度的因素包括:

横摇幅值AM_R、纵摇幅值AM_P、垂荡幅值AM_H、垂荡加速度AC_H、纵摇加速度AC_P；

第二步，确定各个子集合的模糊定义标准值：

1)船舶横摇幅值(单位为°)，

2)船舶纵摇幅值(θ，单位为°)，

3)垂荡幅值(ζ，无次元量)，

ζ为垂荡幅值绝对值z与船舶平均干舷f的比值，ζ＝z/f；

3)垂荡加速度(α，单位为重力加速度g)，

5)纵摇加速度(β，单位为重力加速度g)，

第三步，确定权值：γ

横摇幅值权值为0.5-0.95；

纵摇幅值权值为0.75-0.9；

垂荡幅值权值为0.5-0.8；

垂荡加速度权值为0.85-1；

纵摇加速度权值为0.8-1；

第四步，计算综合隶属度J：

综合隶属度J的计算公式为：

式中：

γ_N为综合加权系数：γ_N＝γ₁+γ₂+Λ+γ_n；

将各个子集的模糊判定值带入上述公式，即得到邮轮得到邮轮整体的运动舒适度标准值：

第五步，对运动舒适度标准值进行修正；修正系数

式中：χ为修正系数，B为邮轮型宽，L为邮轮水线长度，D为吃水深度，W代表因邮轮用途或豪华程度而对运动舒适度要求的严苛程度，W的值在0.6-1.2之间；

一般地，

J_Final＝J_{StandardValue}/χ

根据JFinal的值，对邮轮的运动舒适度进行评价；

第六步，对邮轮的运动舒适度进行评价。