CN116039869A - 船舶破损稳性试验的主动控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了船舶破损稳性试验的主动控制系统，包括船体(1)，所述船体(1)的撞击区均匀分布有若干通孔(2)，通孔(2)内装有阀门和感应装置，并通讯连接有控制装置(3)，船体(1)的船舱还连通有负压装置(4)；控制装置(3)控制不同通孔(2)内阀门矩阵组合的开合以模拟船体(1)上不同形状、位置的实际撞击口；负压装置(4)用于提供负压使得试验模型撞击口区域的进水流量与实际撞击口区域的进水流量误差小于1％。本发明可以通过控制不同形状区域阀门矩阵组合的开启，实现对不同形状撞击口的模拟；通过负压装置实现阀门矩阵组合与实际船舶破损口流量趋于一致，提高了试验的精确性。
Description
技术领域
本发明涉及机械类船舶稳性试验领域，特别是船舶破损稳性试验的主动控制系统。
背景技术
船舶破损稳性是衡量船舶航行安全性的一项重要性能，当船舶由于碰撞、搁浅、触礁等事故发生船舶下沉或倾覆，对船舶航行安全带来严重威胁，因此需要开展船舶破损稳性仿真计算和模型试验，进一步需要模型试验整体方案与装置。
目前，在船舶破损稳性仿真计算上，有《波浪中破损船舶运动的时域预报》(《中国造船》.2018.6)、《规则波中破损船舶倾覆特性及影响因素研究》(《中国造船》.2020.12)、《一种高效的破损船舶失稳运动评估方法》(专利公告号CN112937798B，公告日：2022.04.12)等。进一步，为验证仿真计算和在试验中发现新规律，《一种用于船舶破损稳性模型试验的主动控制装置》(专利公告号CN113335476B，公告日：2022.05.31)公开了一种船舶破损稳性试验装置，该装置包括船体模型和驱动机构，船体模型的舷侧镶嵌透明有机窗板，透明有机窗板中开设破损口，破损口的四周外端面粘附有磁钢边框，破损口处盖设有磁性盖板，磁性盖板和磁钢边框相吸，驱动机构拉动磁性盖板移动使得破损口打开。该装置有益效果是根据波浪中破损稳性模型试验特点及试验研究内容，实现波浪中多种破损开口方案的实时切换。在船舶稳性仿真计算和试验系统上，还有《从自由运行模型试验估算船舶波动推力的方法及试验装置》(日本专利公开号：JP6425241B2，公开日：2018.11.21)中公开了一种通过自由航行模型试验来推定船舶的变动转矩或变动推力的方法以及用于该方法的模型船试验装置，即：基于船舶波动推力的方法理论数学模型的仿真计算，以及为此设计的模型船试验装置。该方法考虑了可能存在的推力力矩干扰的非对称性，即斜航，实际解决船舶航行稳性问题，但是存在不能针对船舶破损情况下开展稳性试验验证的不足，需要稳性试验系统的准确验证。在新型船舶建造上，还有《模块化船》(欧洲专利公开号EP4021795A1，公开日：2022.7.6)中公开了一种新型模块化船舶，该模块化船舶与整体式船舶相比，浮体和主强度框架单独建造，建造成本更低、更简单、更轻和/或更快。此外，浮体具有自由的形状，模块化浮体几乎不会沉没，不考虑浮体破损问题，进一步不考虑整体船舶破损稳性问题，需要破损稳性试验系统的准确验证。
现有的船舶破损稳性试验装置中存在模拟船舶破损状态不准确，不能准确验证仿真计算，试验装备耗费大成本高的缺点，具体如下：1、破损开口只能做单向向上扩大，不能控制开口向下缩小和闭合，从试验池中回收重启下一轮试验需要占用较多时间和浪费较多人造波浪的能量；2、破损开口在船体模型的舷侧，且开口的磁性盖板和磁钢边框相吸的材料、形状，导致开口只能是平行四边形、垂直平面开口，与实际船舶破损开口不规则、船体倒锥抛物线误差较大；3、破损开口位置仅从固定的下部位置开始调节破损口的开口大小，下部位置固定，破损开口不能在船体模型的舷侧、船首、船尾、船底位置任意一个破损开口起始位置，或者任意二个及以上破损开口起始位置开展组合试验。由于上述缺点，一个模型试验装置只能取得一个固定破损口起始点位置、固定破损开口形状的不同流量大小的实验数据。为缩小船舶实际破损开口与试验数据之间的误差，进一步验证、简化计算公式、发现规律，需要准备不同破损开口点的位置、大小、形状、多点的试验模型，由此需要大量的试验装备，导致试验器材成本较大，配合试验所需的人造波浪等能量消耗较高。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出船舶破损稳性试验的主动控制系统。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
船舶破损稳性试验的主动控制系统，包括船体所述船体上设置若干撞击区；撞击区均匀分布有若干通孔，通孔内装有阀门，船体的船舱内安装有水位感应装置，并通讯连接到控制装置，船体的船舱还连通有负压装置；不同的通孔集合形成矩阵组合，控制装置控制不同矩阵组合的通孔内的阀门同时开合以模拟船体上不同形状的模拟撞击口区域，以形成与试验所需的实际撞击口一致的形状；负压装置用于提供负压使得模拟撞击口区域的进水流量与试验所需的实际撞击口进水流量趋于一致。
进一步的改进，所述船体的撞击区包括舷侧、船首、船尾的前、中和后部，上、中、下部以及船体底部的前、中和后部，左、右部，或者把船体撞击部位均匀分布于船体。
进一步的改进，所述控制装置为电脑、智能手机或IPAD。
进一步的改进，所述阀门为电磁阀，电磁阀与控制装置无线通讯连接。
进一步的改进，所述感应装置为水位感应装置，水位感应装置与控制装置无线通讯连接。
进一步的改进，所述通孔为正多边形、圆形或不规则形。
进一步的改进，所述模拟撞击口区域的进水流量与实验所需的实际撞击口的进水流量误差小于1％。
进一步的改进，所述负压装置为气水混合泵。
进一步的改进，所述负压装置同时用于船舱内的排水。
进一步的改进，所述系统使用前需要进行误差校正。
本发明的有益效果在于：
1.通过控制阀门的开合矩阵组合，实现不同形状、位置破损开口。
2.通过负压装置实现了对不同形状破损口模拟时，保持其进水流量与实际撞击口流量的一致，减少试验模型与实际撞击口的误差，提高了试验的精确性。
3.设置多个易撞区，或者把船舶的舷侧、船首、船尾关键部位、全部设置为易撞区，模拟出船体不同部位破损口或多个区域同时出现破损的情况。
4.节省试验器材成本和试验所需的人造波浪等能量消耗。
5.用于船舶破损后的航行性能、静水力性能和可逆为船舶破损不稳性试验的主动控制系统等其它试验。
附图说明
利用附图对本发明做进一步说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。
图1为本发明的整体结构示意图。
其中，(1)船体，(2)撞击区通孔，(3)控制装置，(4)负压装置
具体实施方式
为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实例，对本发明进行进一步的详细说明。
实施例1
如图1所示的船舶破损稳性试验的主动控制系统，包括船体1，所述船体1的撞击部位均匀分布有若干通孔2，通孔2内装有电磁阀门和水位感应装置，电磁阀门和水位感应装置与通讯连接有远程控制装置3，船体1的船舱还连通有负压装置4；控制装置3控制不同通孔2内阀门的开合矩阵组合，以模拟船体1上不同形状的试验所需撞击口区域；负压装置4用于提供负压使得模拟撞击口区域的进水流量与试验所需的进水流量误差小于1％。当水位感应装置感应到船舱的进水量达到预设量时，负压装置4恢复到初始状态，模拟船舶破损进水过程结束。
实施例2
本发明使用前，需要对该系统进行误差校正，以确保模型试验的流量与试验所需的误差小于1％；同时，由于该系统使用的时间、地点等不同，环境温度、水温、气压会有不同，也需要进行误差校正。校正步骤如下：
1、设置一个对照的实验船体放入水面，实验船体上设置闸门，然后打开闸门至预设开口大小，测量进入船体的进水流量和时间，并记录。
2、将本发明的船体1上对应上述预设开口区域的通孔2内阀门均打开，并启动负压装置4，从而使得进入船舱内的水流量和时间，与实验船体的水流量相同，记录此时的负压装置4负压值，即为此次试验的校准的基准值。
3、同时预设多个开口区域，则重复步骤2，增加记录通孔2阀门的开启位置和数量，
实施例3
采用本发明的船体1进行破损性试验。即将船体1放置在水面，然后根据所需模拟的破损口大小和形状，通过远程控制装置3打开对应区域内通孔2上的阀门，并根据开启的阀门位置和数量调节负压装置，使得船舱内达到对应校准的负压基准值，然后进行船舶破损稳性试验，或者船舶破损后的航行性能、静水力性能等其它试验。其中，可以根据需要随时调节阀门开启的位置和区域，从而进行不同破损区域，不同破损大小，不同破损形状的模拟，从而加快模拟试验速度，并且降低消耗。
其中船体1的撞击区包括船体的舷侧、船首、船尾包括前、中和后部，上、中、下部以及船体1底部的前、中和部，左、右部，或者进行其它区域的设置，或者把船体1撞击部位均匀分布于船体1，也可以根据需要进行其它区域的设置。
控制装置3为电脑、智能手机或IPAD。
阀门为电磁阀，电磁阀与控制装置3无线通讯连接。
通孔2为正多边形、圆形或不规则形。
模拟撞击口区域的进水流量与实际撞击口区域的进水流量误差小于1％。
负压装置4为气水混合泵。
负压装置4同时应用于试验结束后船舱内的排水。
实施例4
船舶外侧还安装有水流速度传感器，用于检测船舶与水流的相对速度，从而试验船舶在不同的相对水流速度或者船速情况下，测试破损漏水时的船舶航行稳性，测试船舶破损后的最大行程和最佳航速。
实施例5
船舶破损稳性试验的主动控制系统，可逆应用于对船舶破损不稳性试验的主动控制系统，(原被动)撞击区替换为(新主动制导目标)撞击区，(原被动)通孔2为(新基准当量作用效果与范围)通孔2，其它不变。
实施例6
船舶破损稳性试验的主动控制系统，对欧洲新型模块化船舶“几乎不会沉没”进行破损稳性测试验证。
最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当了解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.船舶破损稳性试验的主动控制系统，包括船体(1)，其特征在于，所述船体(1)上设置若干撞击区；撞击区均匀分布有若干通孔(2)，通孔(2)内装有阀门，船体(1)的船舱内安装有水位感应装置，并通讯连接到控制装置(3)，船体(1)的船舱还连通有负压装置(4)；不同的通孔(2)集合形成矩阵组合，控制装置(3)控制不同矩阵组合的通孔(2)内的阀门同时开合以模拟船体(1)上不同形状的模拟撞击口区域，以形成与试验所需的实际撞击口一致的形状；负压装置(4)用于提供负压使得模拟撞击口区域的进水流量与试验所需的实际撞击口进水流量趋于一致。
2.如权利要求1所述的船舶破损稳性试验的主动控制系统，其特征在于，所述船体(1)的撞击区包括舷侧、船首、船尾的前、中和后部，上、中、下部以及船体(1)底部的前、中和后部，左、右部，或者把船体(1)撞击部位均匀分布于船体(1)。
3.如权利要求1所述的船舶破损稳性试验的主动控制系统，其特征在于，所述控制装置(3)为电脑、智能手机或IPAD。
4.如权利要求1所述的船舶破损稳性试验的主动控制系统，其特征在于，所述阀门为电磁阀，电磁阀与控制装置(3)无线通讯连接。
5.如权利要求1所述的船舶破损稳性试验的主动控制系统，其特征在于，所述感应装置为水位感应装置，水位感应装置与控制装置(3)无线通讯连接。
6.如权利要求1所述的船舶破损稳性试验的主动控制系统，其特征在于，所述通孔(2)为正多边形、圆形或不规则形。
7.如权利要求1所述的船舶破损稳性试验的主动控制系统，其特征在于，所述模拟撞击口区域的进水流量与实验所需的实际撞击口的进水流量误差小于1％。
8.如权利要求1所述的船舶破损稳性试验的主动控制系统，其特征在于，所述负压装置(4)为气水混合泵。
9.如权利要求1所述的船舶破损稳性试验的主动控制系统，其特征在于，所述负压装置(4)同时应用于试验结束后船舱内的排水。
10.如权利要求1所述的船舶破损稳性试验的主动控制系统，其特征在于，所述系统使用前需要进行误差校正。
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