[發明專利]船舶縱向動態減搖方法與裝置

有效

• 申請號: 201610390343.2
• 申請日: 2016-06-03
• 公開（公告）號: CN106043616B
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 秦江濤;戴敬;許磊;周智慧;姚蘭;柳高飛;傅率智;馬程前
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: B63B39/06
• 分類號: B63B39/06
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司42104
• 代理人: 胡鎮西

技術領域

本發明涉及一種船舶縱向減搖系統，特別是指一種船舶縱向動態減搖方法與裝置。

背景技術

隨著科學技術的不斷發展，人們越來越注重出行的安全性與舒適性。現今，航空與陸路方面的出行舒適度已得到很大的改善，而在海洋航行領域，因受海洋風浪的影響，船舶極易在航行過程中發生船體傾斜與搖擺。改善船舶航行狀態、提高遠洋航行舒適度也因此越來越受到人們的關注。

面前，船舶在橫向減搖方面的研究技術已經十分成熟，而在縱向減搖方面的研究卻極少有成果，國內在縱向減搖方面的研究也較為空白。因此，發展縱向減搖技術在改善船體縱搖、提高船舶舒適度上具有很大的研究前景。

現有的縱向減搖方式多為被動式，能夠在一定程度上減小船體縱搖，但同時也存在一些問題。其減搖效果較差，減搖效率低，而且還會在一定程度上增加船體的航行阻力，降低航速。另外，現有減搖裝置的結構較為復雜，布置困難，甚至由于增大了船體振蕩的可能性反而降低了船舶航行的安全性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠實時減小船體縱傾幅度、減搖效率高的船舶縱向動態減搖方法，以及采用該方法的船舶縱向減搖裝置。

為實現上述目的，本發明所設計的船舶縱向動態減搖方法，包括如下步驟：

1)通過船體縱搖傳感器采集船尾縱向旋轉的加速度或角速度，進一步換算成船體的縱搖角；

2)當船體達到最大縱搖角時，通過驅動裝置調整水翼(5)的翼片角度為γ，當縱搖角為最大正值時，γ取負值；當縱搖角為最大負值時，γ取正值。γ的正負代表方向，負值代表水翼指向船舶坐標系的x軸下方，正直代表水翼指向船舶坐標系的x軸上方，γ的絕對值代表大小，最大負值是指絕對值最大的負值。

優選地，步驟2)中，當縱搖角為最大正值時，γ的取值范圍為+5°～+30°；當縱搖角為最大負值時，γ的取值范圍為調整范圍-30°～-5°。

優選地，步驟2)中，當縱搖角為最大正值時，γ的取值范圍為+20°～+30°；當縱搖角為最大負值時，γ的取值范圍為調整范圍-30°～-20°。

優選地，步驟2)中，以最大縱搖角為輸出，以γ為輸入建立閉環控制，自動控制水翼(5)的翼片角度，使船體的最大縱搖角不斷減小。最大縱搖角可通過對角速度傳感器測得的縱搖角速度進行積分求得。當縱搖角速度為0時，縱傾角幅值達到最大值，其正負可以通過縱搖角速度的變化趨勢(即微分的正負)來判斷。

優選地，步驟2)中，水翼的翼片角度γ(t時刻)通過如下公式確定：

式中，

θ₁是t時刻的船體縱搖角，由傳感器測量得到；

f(θ₁)是t時刻的靜水回復力矩，由以下公式確定：f(θ₁)＝Δ×H×sinθ₁，其中Δ是船舶排水量，H是縱穩性高，由船體要求得到；

是t時刻的阻尼力矩，由以下公式確定：其中I_gy是水線面對通過重心橫軸的縱向慣性矩，由船體要求得到，f為常數，具體應用實例取f＝0.18計算；

是t時刻的慣性力矩，由以下公式確定：J_yy是船體本身對通過重心橫軸的轉動慣量，J_yy′是船體對通過重心橫軸的附加轉動慣量，由船體要求得到；

θ是0時刻(任取某時刻為0時刻)的船體縱搖角，由傳感器測量得到，θ為初始值；

f(θ)是0時刻的靜水回復力矩，由以下公式確定：f(θ)＝Δ×H×sinθ，其中Δ是船舶排水量，H是縱穩性高，由船體要求得到；

是0時刻的阻尼力矩，由以下公式確定：其中I_gy是水線面對通過重心橫軸的縱向慣性矩，由船體要求得到，f為常系數，具體應用實例取f＝0.18計算；

是0時刻的慣性力矩，由以下公式確定：J_yy是船體本身對通過重心橫軸的轉動慣量，J_yy′是船體對通過重心橫軸的附加轉動慣量，由船體要求得到；

ρ是海水密度，通常取值為1.025g/cm³；

v是船航速，由船舶需求得到；

A是水翼面積，對于正面為矩形的翼片由以下公式確定：A＝bl，b為水翼弦長，l為水翼展長；

d是水翼中心到船體漂心的距離，近似等于垂線間長的一半，即d＝0.5L_PP，L_PP為船體垂線間長；

δ是水翼轉角與升力系數間的關系系數，由具體翼型得到；