CN115230867A - 一种便于实现运行模式切换的双模式小水线面船 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种便于实现运行模式切换的双模式小水线面船，涉及船舶技术领域，该双模式小水线面船内的压载舱通过进水通海管路和排水通海管路连通舷外海水，进水通海管路上设置进水阀门，排水通海管路上设置排水阀门和压载泵，进水通海管路的浸水口面积根据目标注水时长和船舶设计参数确定；模式控制器控制进水阀门打开经实现重力式自动浸水从浅吃水模式切换到深吃水模式；模式控制器控制排水阀门和压载泵打开采用泵压式排水从深吃水模式切换到浅吃水模式。本申请公开了管系原理、电气组成和原理框图，整套方法相互结合能够实现双模式小水线面船的两种吃水模式的安全、准确和高效转换，使得双模式小水线面船得以实现。

Description

一种便于实现运行模式切换的双模式小水线面船

技术领域

本申请涉及船舶技术领域，尤其是一种便于实现运行模式切换的双模式小水线面船。

背景技术

近年国内外包括高性能船的各类新船型蓬勃发展，在探索海洋、利用海洋、发展海洋事业等各领域发挥了重要作用。

近年来小水线面船型高速发展，除了传统的单支柱小水线面船型，还出现了多支柱体小水线面船型和半小水线面船型。小水线面船型的水线面积小、仅相当于排水量相同的普通船只的1/4左右，其排水容积大部分深浸于水中，支柱的水线面积很小，可大大减小兴波阻力，并使海浪的干扰作用明显减弱，从而减少船在波浪中的摇荡运动和波浪拍击，其耐渡性优于普通船型和一般双体船，具有耐波性好、推进效率高、甲板面积大、操作性好、恒稳性好等优点。

但是传统的小水线面双体船型在低速时的功率消耗较大，吃水较深。因此目前提出了双模式小水线面双体船型的设计，双模式小水线面双体船型结合了普通双体船和小水线面双体船各自优势的船舶，可根据不同海况调整吃水状态，在浅吃水工作时具有普通双体船的快速性好的优势，快速达到作业海域；在深吃水工作时具有典型小水线面双体船的失速小、耐波型好的优势。但是小水线面船型由于水线面积较小，其每厘米吃水吨数很小，较小的载荷变化都会引起较大的吃水深度的变化，导致控制复杂性较高，因此虽然理论上双模式小水线面双体船型具有如上优点，但目前实际准确高效的很难实现双模式小水线面双体船型的两种吃水模式的转换，限制了双模式小水线面双体船型的应用和推广。

发明内容

本申请人针对上述问题及技术需求，提出了一种便于实现运行模式切换的双模式小水线面船，本申请的技术方案如下：

一种便于实现运行模式切换的双模式小水线面船，该双模式小水线面船内的压载舱通过进水通海管路和排水通海管路连通舷外海水，进水通海管路上设置进水阀门，排水通海管路上设置排水阀门和压载泵，双模式小水线面船的模式控制器连接进水阀门、排水阀门和压载泵，进水通海管路的浸水口面积根据双模式小水线面船的目标注水时长和双模式小水线面船的船舶设计参数确定；

模式控制器控制双模式小水线面船由浅吃水模式切换到深吃水模式的方法包括：模式控制器控制进水阀门打开、保持排水阀门关闭，舷外海水在压载舱内外的液位差的作用下经由进水通海管路实现重力式自动浸水，并在目标注水时长内完成注水以切换到深吃水模式；

模式控制器控制双模式小水线面船由深吃水模式切换到浅吃水模式的方法包括：模式控制器控制排水阀门和压载泵打开、保持进水阀门关闭，利用压载泵采用泵压式排水的方式经由排水通海管路将压载舱内的液体排出至舷外，切换到浅吃水模式。

其进一步的技术方案为，根据双模式小水线面船的目标注水时长和双模式小水线面船的船舶设计参数确定进水通海管路的浸水口面积的方法包括：

确定双模式小水线面船的目标注水时长，目标注水时长是由浅吃水模式切换到深吃水模式时向压载舱注水时的最大注水时长；

确定面积时长函数关系中与目标注水时长对应的浸水口面积作为双模式小水线面船的进水通海管路的浸水口面积，并按照确定的浸水口面积设计进水通海管路；

其中，面积时长函数关系是根据双模式小水线面船的船舶设计参数所预先确定的函数关系，面积时长函数关系A＝s(t)反映不同的浸水口面积A与实现浅吃水模式切换到深吃水模式时向压载舱的注水时长t之间的连续函数关系。

其进一步的技术方案为，双模式小水线面船的船舶设计参数包括船舶静水力、压载舱的设计参数以及浸水率函数的函数形式；根据双模式小水线面船的船舶设计参数确定面积时长函数关系的方法包括：

根据双模式小水线面船的船舶静水力、确定压载舱内的液体体积V与双模式小水线面船的吃水深度D之间的函数关系V＝f₂(D)；

根据双模式小水线面船的压载舱的设计参数结合已经确定函数形式的浸水率函数，确定浸水率

与吃水深度D和浸水口面积A之间的函数关系

结合V＝f₂(D)以及

以吃水深度D＝D_min时的注水时长t＝0为条件进行求解，得到在当前的浸水口面积A时，达到任意吃水深度D时所需的注水时长t＝g(D)，并代入得到当吃水深度D＝D_max时的所需的注水时长t＝g(D_max)，D_min是双模式小水线面船在浅吃水模式下的吃水深度，D_max是双模式小水线面船在深吃水模式下的吃水深度；

计算得到不同取值的浸水口面积A时达到吃水深度D＝D_max时的所需的注水时长t＝g(D_max)，对多组浸水口面积A及其对应的注水时长t＝g(D_max)的离散对应关系进行曲线拟合得到面积时长函数关系A＝s(t)。

其进一步的技术方案为，压载舱的设计参数包括压载舱的内部结构以及设置位置，根据双模式小水线面船的压载舱的设计参数确定

的方法包括：

根据双模式小水线面船的压载舱的内部结构以及设置位置、确定压载舱内的液位深度H与吃水深度D之间的液位差T与吃水深度D之间的函数关系T＝f₅(D)；

将T＝f₅(D)代入双模式小水线面船的已经确定函数形式的浸水率函数

中，得到浸水率

与吃水深度D和浸水口面积A之间的函数关系

K为由双模式小水线面船的船舶设计参数确定的流量系数。

其进一步的技术方案为，确定液位差T与吃水深度D之间的函数关系T＝f₅(D)的方法包括：

根据压载舱的内部结构确定压载舱内的液位深度H与液体体积V之间的函数关系H＝f₃(V)，结合V＝f₂(D)确定液位深度H与吃水深度D之间的函数关系H＝f₃(V)＝f₃(f₂(D))＝f₄(D)；

确定压载舱内的液位深度H与吃水深度D之间的液位差T＝H-D-Δ＝f₄(D)-D-Δ＝f₅(D)，其中，Δ是根据压载舱的设置位置所确定的压载舱的底线与双模式小水线面船的船舶基线之间的距离。

其进一步的技术方案为，确定压载舱内的液体体积V与吃水深度D之间的函数关系V＝f₂(D)的方法包括：

根据双模式小水线面船的船舶静水力确定双模式小水线面船的排水量P与吃水深度D之间的函数关系P＝f₁(D)；

确定达到任意吃水深度D时压载舱内所需的液体体积V为吃水深度D对应的排水量P＝f₁(D)与浅吃水模式下的吃水深度D_min对应的排水量P_min＝f₁(D_min)之间的差值，得到液体体积V与吃水深度D之间的函数关系V＝P-P_min＝f₁(D)-f₁(D_min)＝f₂(D)。

其进一步的技术方案为，压载泵的进水口通过设置第一辅助进水阀V2的管路连通舷外，压载泵的进水口还通过设置第一排水阀门V3的管路连通压载舱，压载泵的出水口通过设置第二辅助进水阀V4的管路连通压载舱，压载泵的出水口通过设置第二排水阀门V5的管路连通舷外，舷外经由第一辅助进水阀V2、压载泵和第二辅助进水阀V4至压载舱的管路形成辅助进水管路，压载舱经由第一排水阀门V3、压载泵和第二排水阀门V5至舷外的管路形成排水通海管路，模式控制器连接第一辅助进水阀V2、第二辅助进水阀V4、第一排水阀门V3和第二排水阀门V5；

当模式控制器控制双模式小水线面船由浅吃水模式切换到深吃水模式时：模式控制器控制进水阀门、第一辅助进水阀V2、第二辅助进水阀V4打开，并控制压载泵工作，保持第一排水阀门V3和第二排水阀门V5关闭，舷外海水经由进水通海管路实现重力式自动浸水向压载舱注水，且利用压载泵采用泵压式进水的方式经由辅助进水管路向压载舱注水；

当模式控制器控制双模式小水线面船由深吃水模式切换到浅吃水模式时，模式控制器控制第一排水阀门V3和第二排水阀门V5打开，并控制压载泵工作，保持进水阀门、第一辅助进水阀V2、第二辅助进水阀V4关闭，利用压载泵采用泵压式排水的方式经由排水通海管路将压载舱内的液体排出至舷外。

其进一步的技术方案为，双模式小水线面船设置四角吃水测量系统和船舶倾角传感器，模式控制器连接四角吃水测量系统和船舶倾角传感器；

在模式控制器控制向压载舱注水或对压载舱排水的过程中，若通过四角吃水测量系统检测到的平均吃水深度超出第一安全阈值范围，或者，通过船舶倾角传感器检测到的倾斜角超出第二安全阈值范围，则关闭进水阀门、排水阀门和压载泵。

其进一步的技术方案为，双模式小水线面船设置四角吃水测量系统，模式控制器连接四角吃水测量系统：

在模式控制器控制进水阀门打开以向压载舱注水、由浅吃水模式切换到深吃水模式的过程中，当模式控制器通过四角吃水测量系统检测到双模式小水线面船的平均吃水深度达到深吃水模式下的吃水深度D_max时，关闭进水阀门；

在模式控制器控制排水阀门和压载泵打开以从压载舱向外排水、由深吃水模式切换到浅吃水模式的过程中，当模式控制器通过四角吃水测量系统检测到双模式小水线面船的平均吃水深度达到浅吃水模式下的吃水深度D_min时，关闭排水阀门和压载泵。

其进一步的技术方案为，压载舱内设置有高位浮球开关和低位浮球开关，模式控制器连接高位浮球开关和低位浮球开关，高位浮球开关设置在使得吃水深度达到深吃水模式下的吃水深度D_max时的液位高度处，低位浮球开关设置在使得吃水深度达到浅吃水模式下的吃水深度D_min时的液位高度处；

在模式控制器控制进水阀门打开以向压载舱注水、由浅吃水模式切换到深吃水模式的过程中，当压载舱内的液位高度上升至达到高位浮球开关处时触发模式控制器关闭进水阀门；

在模式控制器控制排水阀门和压载泵打开以从压载舱向外排水、由深吃水模式切换到浅吃水模式的过程中，当压载舱内的液位高度下降至达到低位浮球开关处时触发模式控制器关闭排水阀门和压载泵。

本申请的有益技术效果是：

本申请公开了一种便于实现运行模式切换的双模式小水线面船，公开了小水线面船运行模式控制系统的管系原理、电气组成和原理框图，并公开了通过物理建模、曲线拟合、解微分方程等数理方法确定满足设定的注水时长下的浸水口面积的方法，使得能够在设定时间内实现压载舱的重力式自动浸水以达到设定深吃水模式，能够实现在设定时间内实现压载舱压载泵式排水以达到设定浅吃水模式，整套方法相互结合能够实现双模式小水线面船的两种吃水模式的安全、准确和高效转换，使得双模式小水线面船得以实现。

该双模式小水线面船还设置船舶倾角传感器能够实时监测船体倾斜角、设置的四角吃水测量系统能够实时监测船体平均吃水，对模式转化过程起到安全保护的作用。可推广的，对于其他船型，如半潜船的吃水控制和模式转化方法具有相同价值；对于水面船的破损计算和损管控制方法具有参考价值。

附图说明

图1是本申请一个实施例中的压载舱内的管系结构示意图。

图2是本申请一个实施例中的双模式小水线面船内的电控示意图。

图3是本申请一个实施例中拟合得到面积时长函数关系的流程示意图。

图4是本申请另一个实施例中的压载舱内的管系结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请的具体实施方式做进一步说明。

本申请公开了一种便于实现运行模式切换的双模式小水线面船，该双模式小水线面船内置压载舱，基于双体船的结构，该双模式小水线面船包括结构相同的左片体和右片体，每一侧片体分别内置一个压载舱，两侧的压载舱结构相同且对称。以右片体内的压载舱为例，请参考图1所示的压载舱1内部的管系图，压载舱1通过进水通海管路2和排水通海管路3连通舷外海水，如图1所示，进水通海管路2可以通过海底门4连通至舷外的海水，进水通海管路2上设置进水阀门V1。排水通海管路3上设置排水阀门和压载泵5。图1以排水阀门包括两个，分别为第一排水阀门V3和第二排水阀门V5为例，第一排水阀门V3和第二排水阀门V5分别设置在压载泵5进水口和出水口侧的排水通海管路3上，实际应用时也可以仅设置其中一个排水阀门。

请参考图2所示的电路控制图，该双模式小水线面船的模式控制器10连接压载舱1内的电控组件20，压载舱1内的电控组件包括上述提到的进水阀门、排水阀门和压载泵等。模式控制器10可由计算机、服务器或服务器集群实现，模式控制器10一般嵌在该双模式小水线面船的驾驶台内。在一个实施例中，为了保障控制可靠性，该模式控制器10由主电源和备用电源进行主备供电。在一个实施例中，驾驶台内还设置触摸屏30，触摸屏30可以用于显示压载舱内的电控组件20的状态，以及用于显示压载舱内的液体流向、液位高度等信息。

模式控制器控制双模式小水线面船由浅吃水模式(cat模式)切换到深吃水模式(swath模式)的方法包括：模式控制器10控制进水阀门打开、保持排水阀门关闭，舷外海水在压载舱1内外的液位差的作用下经由进水通海管路2实现重力式自动浸水，并在目标注水时长内完成注水以切换到深吃水模式。

模式控制器控制双模式小水线面船由深吃水模式切换到浅吃水模式的方法包括：模式控制器10控制排水阀门和压载泵5打开、保持进水阀门关闭，利用压载泵5采用泵压式排水的方式经由排水通海管路3将压载舱1内的液体排出至舷外，切换到浅吃水模式。

其中，双模式小水线面船在浅吃水模式下的吃水深度D_min小于其在深吃水模式下的吃水深度D_max，在两个吃水模式下的吃水深度的数值根据双模式小水线面船的设计确定。

在上述过程中，最难的是要确定满足设定的目标注水时长的进水通海管路2的浸水口面积，浸水口面积即为进水通海管路和进水阀门的通流面积。进水通海管路2的浸水口面积并不能随意设置，如果浸水口面积设定不当，则会影响整个模式切换的过程，甚至影响船舶的运行状态。注水时长、流通速率、吃水状态、压载舱内的液位深度、浸水口面积之间存在着复杂的耦合关系，在本申请中，根据该双模式小水线面船的目标注水时长和该双模式小水线面船的船舶设计参数来确定进水通海管路的浸水口面积。在一个实施例中，在设计该双模式小水线面船时，确定其进水通海管路2的浸水口面积的方法包括如下步骤，请参考图3：

步骤310，确定该双模式小水线面船的目标注水时长t₀，目标注水时长t₀是由浅吃水模式切换到深吃水模式时向压载舱1注水时的最大注水时长，也即在切换至深吃水模式时，需要在目标注水时长t₀内完成注水以完成模式切换。

步骤320，确定面积时长函数关系A＝s(t)中与目标注水时长t₀对应的浸水口面积A₀＝s(t₀)，得到的该浸水口面积A₀即作为该双模式小水线面船的进水通海管路2的浸水口面积，并按照确定的浸水口面积A₀设计进水通海管路。

在上述步骤中，面积时长函数关系A＝s(t)是根据双模式小水线面船的船舶设计参数所预先确定的函数关系，该面积时长函数关系A＝s(t)反映不同的浸水口面积A与实现浅吃水模式切换到深吃水模式时向压载舱的注水时长t之间的连续函数关系。确定得到该面积时长函数关系A＝s(t)是得到浸水口面积A₀的核心，在一个实施例中，预先根据双模式小水线面船的船舶设计参数确定面积时长函数关系A＝s(t)的方法包括如下步骤，请结合图3，在本申请中，构建面积时长函数关系A＝s(t)时使用到的船舶设计参数主要包括三类：船舶静水力、压载舱1的设计参数以及双模式小水线面船的浸水率函数的函数形式。

步骤330，根据双模式小水线面船的船舶静水力、确定压载舱1内的液体体积V与双模式小水线面船的吃水深度D之间的函数关系V＝f₂(D)。该步骤包括如下两个子步骤：

步骤331，通过压载舱1内的水量的变化即可以实现不同的排水量，而双模式小水线面船的排水量不同时，其吃水深度也不同，且随着排水量变化，吃水深度的变化是连续的，因此随着压载舱1内的水量的变化，船舶的吃水深度的变化是连续的。所以通过确定典型取值下的排水量和吃水深度，通过曲线拟合的方式即可确定该双模式小水线面船的排水量P与吃水深度D之间的函数关系P＝f₁(D)。

步骤332，已知该双模式小水线面船在浅吃水模式下初始的吃水深度为D_min，在浅吃水状态下的排水量P_min＝f₁(D_min)。基于P＝f₁(D)可以确定该双模式小水线面船在其他任意吃水深度D时的排水量P＝f₁(D)。

由此可以确定，为了达到任意吃水深度D，该吃水深度D对应的排水量P＝f₁(D)与浅吃水模式下的吃水深度D_min对应的排水量P_min＝f₁(D_min)之间的排水量的差值即为压载舱1内所需的液体体积V，由此可以得到液体体积V与吃水深度D之间的函数关系V＝P-P_min＝f₁(D)-f₁(D_min)＝f₂(D)。

步骤340，根据双模式小水线面船的压载舱1的设计参数结合已经确定函数形式的浸水率函数，确定浸水率

与吃水深度D和浸水口面积A之间的函数关系

在该步骤中，压载舱1的设计参数包括压载舱1的内部结构以及压载舱1在该双模式小水线面船内的设置位置。该步骤340包括如下几个子步骤：

步骤341，根据双模式小水线面船的压载舱的内部结构以及在该双模式小水线面船内的设置位置、确定压载舱内的液位深度H与吃水深度D之间的液位差T与吃水深度D之间的函数关系T＝f₅(D)。该步骤341包括如下几个子步骤：

(1)根据压载舱1的内部结构即可确定压载舱1内的液位深度H与液体体积V之间的函数关系H＝f₃(V)。在实际应用时，通过建立压载舱1的三维物理模型，即可得到不同液位深度H下的液体体积V，由于随着压载舱1内的液位深度H的变化，其内部的液体体积V的变化是连续的，因此通过曲线拟合的方式即可以确定该函数关系H＝f₃(V)。

(2)结合已经确定的V＝f₂(D)和H＝f₃(V)，可以确定液位深度H与吃水深度D之间的函数关系H＝f₃(V)＝f₃(f₂(D))＝f₄(D)。

(3)压载舱1内的液位深度H与吃水深度D之间的液位差T的计算方式是T＝H-D-Δ，Δ是压载舱1的底线与该双模式小水线面船的船舶基线之间的距离，当确定压载舱1在该双模式小水线面船内的设置位置后，即可确定Δ。

将H＝f₄(D)代入，就可以得到确定压载舱1内的液位深度H与吃水深度D之间的液位差T＝H-D-Δ＝f₄(D)-D-Δ＝f₅(D)，也即随着液位差T变化，吃水深度D连续变化。

步骤342，将已经得到的T＝f₅(D)代入双模式小水线面船的已经确定函数形式的浸水率函数

中，即可以得到浸水率

与吃水深度D和浸水口面积A之间的函数关系

浸水率函数

的函数形式由双模式小水线面船的船舶设计参数可知，一般通过查询船舶设计手册等文献可以确定，比如在一个实例中常见的

K为由双模式小水线面船的船舶设计参数确定的流量系数，是已知量的常数，因此浸水率

实际由液位差T和浸水口面积A来决定。

步骤350，结合已经得到的V＝f₂(D)以及

以浅吃水模式下的吃水深度D＝D_min时的注水时长t＝0为条件进行代入求解，就可以得到在当前的浸水口面积A时，达到任意吃水深度D时所需的注水时长t＝g(D)。

将吃水深度D＝D_max代入t＝g(D)中，可以得到达到深吃水模式下的吃水深度D_max时的所需的注水时长t＝g(D_max)。

步骤360，改变浸水口面积A的取值，按照上述步骤350的方法计算得到不同取值的浸水口面积A时达到吃水深度D＝D_max时的所需的注水时长t＝g(D_max)，由此得到多组浸水口面积A与注水时长t＝g(D_max)之间的离散对应关系。对得到的多组浸水口面积A及其对应的注水时长t＝g(D_max)的离散对应关系进行曲线拟合，即可得到面积时长函数关系A＝s(t)。

通过上述方法即可准确的确定进水通海管路2的浸水口面积，从而确定进水通海管路2的管型，完成双模式小水线面船的管系设计，以实现所需实现的双模式切换。

在一个实例中，以一艘100吨级的双模式小水线面船为例来说明进水通海管路2的浸水口面积的确定方法，该双模式小水线面船的船总长约32米、型宽约18米、型深约5.5米，浅吃水模式下的吃水深度D_min为1.6米，深吃水模式下的吃水深度D_max为2.5米。

利用Compass、UG或Catia等通用船舶建模软件建立压载舱三维物理模型，获取不同液位深度H下的液体体积V的对应关系如下表所示：

由此拟合得到

通过船舶静水力计算，可以得到不同吃水深度对应的排水量、压载舱内的液体体积V之间的对应关系，通过上述确定的H＝f₃(V)还可以计算得到液体体积V对应的液位深度H：

由此拟合得到V＝f₂(D)＝43.881D³-354.6D²+986.6D-851.48。将拟合得到的V＝f₂(D)其代入已经拟合得到的H＝f₃(V)中可以拟合得到H＝f₃(V)＝f₃(f₂(D))＝f₄(D)＝4.9222D³-32.221D²+71.39D-51.787。

浸水率函数的函数形式

K＝0.3。在取进水通海管路的通径为DN300、使得浸水口面积的取值A＝0.07065的情况下，得到不同液位差下的浸水率如下表：

由此拟合得到A＝0.07065时的

在D＝1.6时t＝0的条件下求解

得到浸水口面积的取值A＝0.07065条件下的t＝g(D)，并继而求解得到D＝2.5时的t＝g(D_max)＝0.126小时，也即7.6分钟。

调整浸水口面积的取值按上述方法求解，得到不同浸水口面积与注水时长的对应关系如下表：

由此拟合得到面积时长函数关系t＝48787A³-5984A²-394.37A+51.451。则当目标注水时长为5min时，确定浸水口面积A₀＝0.082m²，也即选择进水通海管路的口径为DN325。

基于图1所示的管系图，在另一个实施例中，请参考图4，压载泵5的进水口除了如图1所示通过设置第一排水阀门V3的管路连通压载舱1之外，压载泵5的进水口还通过设置第一辅助进水阀V2的管路连通舷外，图4以设置第一辅助进水阀V2的管路连通海底门4。压载泵5的出水口除了通过设置第二排水阀门V5的管路连通舷外之外，压载泵1的出水口还通过设置第二辅助进水阀V4的管路连通压载舱1。舷外经由第一辅助进水阀V2、压载泵和第二辅助进水阀V4至压载舱的管路形成辅助进水管路。压载舱1经由第一排水阀门V3、压载泵和第二排水阀门V5至舷外的管路形成排水通海管路3。

模式控制器10连接第一辅助进水阀V2、第二辅助进水阀V4、第一排水阀门V3和第二排水阀门V5。由此图2中模式控制器10所连接的压载舱1内的电控组件20还包括第一辅助进水阀V2和第二辅助进水阀V4。

则当模式控制器控制双模式小水线面船由浅吃水模式切换到深吃水模式时：模式控制器10控制进水阀门V1、第一辅助进水阀V2、第二辅助进水阀V4打开，并控制压载泵5工作，保持第一排水阀门V3和第二排水阀门V5关闭。舷外海水经由进水通海管路实现重力式自动浸水向压载舱注水，且利用压载泵5采用泵压式进水的方式经由辅助进水管路向压载舱注水，也即利用压载泵5辅助进水，从而更快的完成注水。

当模式控制器控制双模式小水线面船由深吃水模式切换到浅吃水模式时，模式控制器10控制第一排水阀门V3和第二排水阀门V5打开，并控制压载泵5工作，保持进水阀门、第一辅助进水阀V2、第二辅助进水阀V4关闭。利用压载泵5采用泵压式排水的方式经由排水通海管路将压载舱1内的液体排出至舷外。

由于小水线面船对于装载的敏感性，双模式切换过程中对于吃水和姿态的控制要具有相当的准确性，因此在一个实施例中，该双模式小水线面船设置四角吃水测量系统40和船舶倾角传感器50，模式控制器10连接四角吃水测量系统40和船舶倾角传感器50。如图2所示，左右片体处分别设置四角吃水测量系统40，四角吃水测量系统40可以采用现有系统结构。四角吃水测量系统40用于测量该双模式小水线面船的平均吃水深度，船舶倾角传感器50用于测量该双模式小水线面船的倾斜角。平均吃水深度和倾斜角也可以在触摸屏30上实时显示。

则在模式控制器10控制向压载舱1注水或对压载舱1排水的过程中，若通过四角吃水测量系统40检测到的平均吃水深度超出第一安全阈值范围，或者，通过船舶倾角传感器50检测到的倾斜角超出第二安全阈值范围，则关闭压载舱内的所有电控组件20。第一安全阈值范围和第二安全阈值范围可以通过船舶静水力计算得到，是基于稳性的安全性。另外在关闭压载舱内的所有电控组件20后，可以切换到手动状态，由操作人员手动控制各个电控组件20的启停，实现应急手动接入。

在上述过程中，向压载舱1内注水或者对压载舱1排水完成后需要触发关闭压载舱1内的电控组件20以停止注水或排水。有两种触发方式：

(1)利用该双模式小水线面船所设置的四角吃水测量系统40。在模式控制器控制进水阀门打开以向压载舱1注水、由浅吃水模式切换到深吃水模式的过程中，当模式控制器10通过四角吃水测量系统40检测到该双模式小水线面船的平均吃水深度达到深吃水模式下的吃水深度D_max时，关闭进水阀门，停止注水。在模式控制器控制排水阀门和压载泵打开以从压载舱1向外排水、由深吃水模式切换到浅吃水模式的过程中，当模式控制器10通过四角吃水测量系统40检测到该双模式小水线面船的平均吃水深度达到浅吃水模式下的吃水深度D_min时，关闭排水阀门和压载泵，停止排水。

(2)利用压载舱1内设置有高位浮球开关60和低位浮球开关70，模式控制器10连接高位浮球开关60和低位浮球开关70。高位浮球开关60设置在使得吃水深度达到深吃水模式下的吃水深度D_max时的液位高度H＝f₄(D_max)处。低位浮球开关70设置在使得吃水深度达到浅吃水模式下的吃水深度D_min时的液位高度H＝f₄(D_min)处。

在模式控制器10控制进水阀门打开以向压载舱1注水、由浅吃水模式切换到深吃水模式的过程中，当压载舱1内的液位高度上升至达到高位浮球开关60处时触发模式控制器关闭进水阀门、停止注水。

在模式控制器控制排水阀门和压载泵打开以从压载舱1向外排水、由深吃水模式切换到浅吃水模式的过程中，当压载舱1内的液位高度下降至达到低位浮球开关处时触发模式控制器关闭排水阀门和压载泵、停止排水。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本申请不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本申请的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种便于实现运行模式切换的双模式小水线面船，其特征在于，所述双模式小水线面船内的压载舱通过进水通海管路和排水通海管路连通舷外海水，所述进水通海管路上设置进水阀门，所述排水通海管路上设置排水阀门和压载泵，所述双模式小水线面船的模式控制器连接所述进水阀门、排水阀门和压载泵，所述进水通海管路的浸水口面积根据所述双模式小水线面船的目标注水时长和所述双模式小水线面船的船舶设计参数确定；

所述模式控制器控制所述双模式小水线面船由浅吃水模式切换到深吃水模式的方法包括：所述模式控制器控制所述进水阀门打开、保持排水阀门关闭，舷外海水在压载舱内外的液位差的作用下经由所述进水通海管路实现重力式自动浸水，并在目标注水时长内完成注水以切换到深吃水模式；

所述模式控制器控制所述双模式小水线面船由深吃水模式切换到浅吃水模式的方法包括：所述模式控制器控制所述排水阀门和所述压载泵打开、保持所述进水阀门关闭，利用所述压载泵采用泵压式排水的方式经由所述排水通海管路将所述压载舱内的液体排出至舷外，切换到浅吃水模式。

2.根据权利要求1所述的双模式小水线面船，其特征在于，根据所述双模式小水线面船的目标注水时长和所述双模式小水线面船的船舶设计参数确定所述进水通海管路的浸水口面积的方法包括：

确定所述双模式小水线面船的目标注水时长，所述目标注水时长是由浅吃水模式切换到深吃水模式时向所述压载舱注水时的最大注水时长；

确定面积时长函数关系中与所述目标注水时长对应的浸水口面积作为所述双模式小水线面船的进水通海管路的浸水口面积，并按照确定的所述浸水口面积设计所述进水通海管路；

其中，面积时长函数关系是根据所述双模式小水线面船的船舶设计参数所预先确定的函数关系，所述面积时长函数关系A＝s(t)反映不同的浸水口面积A与实现浅吃水模式切换到深吃水模式时向所述压载舱的注水时长t之间的连续函数关系。

3.根据权利要求2所述的双模式小水线面船，其特征在于，所述双模式小水线面船的船舶设计参数包括船舶静水力、压载舱的设计参数以及浸水率函数的函数形式；根据所述双模式小水线面船的船舶设计参数确定所述面积时长函数关系的方法包括：

根据所述双模式小水线面船的船舶静水力、确定所述压载舱内的液体体积V与所述双模式小水线面船的吃水深度D之间的函数关系V＝f₂(D)；

根据所述双模式小水线面船的压载舱的设计参数结合已经确定函数形式的浸水率函数，确定浸水率

与吃水深度D和浸水口面积A之间的函数关系

结合V＝f₂(D)以及

以吃水深度D＝D_min时的注水时长t＝0为条件进行求解，得到在当前的浸水口面积A时，达到任意吃水深度D时所需的注水时长t＝g(D)，并代入得到当吃水深度D＝D_max时的所需的注水时长t＝g(D_max)，D_min是所述双模式小水线面船在浅吃水模式下的吃水深度，D_max是所述双模式小水线面船在深吃水模式下的吃水深度；

计算得到不同取值的浸水口面积A时达到吃水深度D＝D_max时的所需的注水时长t＝g(D_max)，对多组浸水口面积A及其对应的注水时长t＝g(D_max)的离散对应关系进行曲线拟合得到所述面积时长函数关系A＝s(t)。

4.根据权利要求3所述的双模式小水线面船，其特征在于，所述压载舱的设计参数包括压载舱的内部结构以及设置位置，根据所述双模式小水线面船的压载舱的设计参数确定

的方法包括：

根据所述双模式小水线面船的压载舱的内部结构以及设置位置、确定所述压载舱内的液位深度H与吃水深度D之间的液位差T与吃水深度D之间的函数关系T＝f₅(D)；

将T＝f₅(D)代入所述双模式小水线面船的确定函数形式的浸水率函数

中，得到浸水率

与吃水深度D和浸水口面积A之间的函数关系

K为由所述双模式小水线面船的船舶设计参数确定的流量系数。

5.根据权利要求4所述的双模式小水线面船，其特征在于，确定液位差T与吃水深度D之间的函数关系T＝f₅(D)的方法包括：

根据所述压载舱的内部结构确定所述压载舱内的液位深度H与液体体积V之间的函数关系H＝f₃(V)，结合V＝f₂(D)确定液位深度H与吃水深度D之间的函数关系H＝f₃(V)＝f₃(f₂(D))＝f₄(D)；

确定所述压载舱内的液位深度H与吃水深度D之间的液位差T＝H-D-Δ＝f₄(D)-D-Δ＝f₅(D)，其中，Δ是根据所述压载舱的设置位置所确定的所述压载舱的底线与所述双模式小水线面船的船舶基线之间的距离。

6.根据权利要求3所述的双模式小水线面船，其特征在于，确定所述压载舱内的液体体积V与吃水深度D之间的函数关系V＝f₂(D)的方法包括：

根据所述双模式小水线面船的船舶静水力确定所述双模式小水线面船的排水量P与吃水深度D之间的函数关系P＝f₁(D)；

确定达到任意吃水深度D时所述压载舱内所需的液体体积V为吃水深度D对应的排水量P＝f₁(D)与浅吃水模式下的吃水深度D_min对应的排水量P_min＝f₁(D_min)之间的差值，得到液体体积V与吃水深度D之间的函数关系V＝P-P_min＝f₁(D)-f₁(D_min)＝f₂(D)。

7.根据权利要求1所述的双模式小水线面船，其特征在于，所述压载泵的进水口通过设置第一辅助进水阀V2的管路连通舷外，所述压载泵的进水口还通过设置第一排水阀门V3的管路连通所述压载舱，所述压载泵的出水口通过设置第二辅助进水阀V4的管路连通所述压载舱，所述压载泵的出水口通过设置第二排水阀门V5的管路连通舷外，舷外经由第一辅助进水阀V2、压载泵和第二辅助进水阀V4至压载舱的管路形成辅助进水管路，压载舱经由第一排水阀门V3、压载泵和第二排水阀门V5至舷外的管路形成所述排水通海管路，所述模式控制器连接所述第一辅助进水阀V2、第二辅助进水阀V4、第一排水阀门V3和第二排水阀门V5；

当所述模式控制器控制所述双模式小水线面船由浅吃水模式切换到深吃水模式时：所述模式控制器控制进水阀门、第一辅助进水阀V2、第二辅助进水阀V4打开，并控制所述压载泵工作，保持第一排水阀门V3和第二排水阀门V5关闭，舷外海水经由所述进水通海管路实现重力式自动浸水向所述压载舱注水，且利用所述压载泵采用泵压式进水的方式经由所述辅助进水管路向所述压载舱注水；

当所述模式控制器控制所述双模式小水线面船由深吃水模式切换到浅吃水模式时，所述模式控制器控制第一排水阀门V3和第二排水阀门V5打开，并控制所述压载泵工作，保持进水阀门、第一辅助进水阀V2、第二辅助进水阀V4关闭，利用所述压载泵采用泵压式排水的方式经由所述排水通海管路将所述压载舱内的液体排出至舷外。

8.根据权利要求1所述的双模式小水线面船，其特征在于，所述双模式小水线面船设置四角吃水测量系统和船舶倾角传感器，所述模式控制器连接所述四角吃水测量系统和船舶倾角传感器；

在所述模式控制器控制向所述压载舱注水或对所述压载舱排水的过程中，若通过四角吃水测量系统检测到的平均吃水深度超出第一安全阈值范围，或者，通过所述船舶倾角传感器检测到的倾斜角超出第二安全阈值范围，则关闭所述进水阀门、排水阀门和压载泵。

9.根据权利要求1所述的双模式小水线面船，其特征在于，所述双模式小水线面船设置四角吃水测量系统，所述模式控制器连接所述四角吃水测量系统：

在所述模式控制器控制所述进水阀门打开以向所述压载舱注水、由浅吃水模式切换到深吃水模式的过程中，当所述模式控制器通过所述四角吃水测量系统检测到所述双模式小水线面船的平均吃水深度达到深吃水模式下的吃水深度D_max时，关闭所述进水阀门；

在所述模式控制器控制所述排水阀门和压载泵打开以从所述压载舱向外排水、由深吃水模式切换到浅吃水模式的过程中，当所述模式控制器通过所述四角吃水测量系统检测到所述双模式小水线面船的平均吃水深度达到浅吃水模式下的吃水深度D_min时，关闭所述排水阀门和压载泵。

10.根据权利要求1所述的双模式小水线面船，其特征在于，所述压载舱内设置有高位浮球开关和低位浮球开关，所述模式控制器连接高位浮球开关和低位浮球开关，所述高位浮球开关设置在使得吃水深度达到深吃水模式下的吃水深度D_max时的液位高度处，所述低位浮球开关设置在使得吃水深度达到浅吃水模式下的吃水深度D_min时的液位高度处；

在所述模式控制器控制所述进水阀门打开以向所述压载舱注水、由浅吃水模式切换到深吃水模式的过程中，当所述压载舱内的液位高度上升至达到所述高位浮球开关处时触发所述模式控制器关闭所述进水阀门；

在所述模式控制器控制所述排水阀门和压载泵打开以从所述压载舱向外排水、由深吃水模式切换到浅吃水模式的过程中，当所述压载舱内的液位高度下降至达到所述低位浮球开关处时触发所述模式控制器关闭所述排水阀门和压载泵。

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