第23卷 第4期江苏船舶V o.l 23 N o .4
2006年08月JI ANG S U S H I P A ug .2006
减摇水舱的设计应用
吴炅东
关键词 水舱 减摇装置 设计
0 引言
船舶在水面上的运动可以简化为一个刚体的自
由运动,其最基本、最重要的运动是:纵摇、横摇、首摇、纵荡、横荡和垂荡。对于船舶横摇的研究,其成果已在实际中运用多年,并发展出多种减摇装置,主要有4种:龙骨、减摇鳍、舵减横摇、减摇水舱。
减摇水舱作为其中一种重要的减摇装置,主要分为被动式减摇水舱、主动式减摇水舱和可控式减摇水舱3类。其中被动式减摇水舱应用十分广泛,技术也已比较成熟。
被动式减摇水舱分为2类:自由液面水舱和U 形水舱如图1和图2所示,它们的减摇原理基本相同。
图1 被动式自由液面水舱
1 减摇水舱的工作原理
减摇水舱的基本工作原理是:通过控制减摇水舱内装载液体本身的运动来影响船的横摇,从而达到减轻船舶横摇的目的。假设船的1个横摇周期为360 ,船的横摇起始点总是位于波浪运动后的90 相位。如果能使减摇水舱内液体的运动
作者介绍:吴炅东1992年毕业于武汉理工大学,现工作于金陵船厂,高级工程师。
收稿日期:2005-07-04
与船的运动相同,则其舱内液体的运动也应该落后于船横摇运动90 相位,也就意味着减摇水舱内液体的运动与波浪运动相差180 相位。因此,在这一瞬间,减摇水舱内水的运动与波浪运动相互抵消,减轻了波浪对船的作用,进而减轻了船的横摇。如图3所示。
图2 被动式U 形水舱
图3 减摇原理示意图
2 被动式减摇水舱的设计思路
设计中为了达到好的减摇效果,首先要确定水舱的外形尺寸。水舱外形尺寸的设计在考虑了排水量、稳性和形状的基础上要尽量使其与船横摇运动的相位差达到90 。这里有2个主要条件:
(1)舱内水的固有频率应等于船横摇的固有频率。
(2)水舱内水的自由液面对船的横向初稳性高度的影响。
这2个主要条件代表了被动式减摇水舱设计时的两大要素:(1)减摇水舱的外形尺寸。(2)减摇水舱在船上的位置。其中减摇水舱在(下转第42页)
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图3 肋骨修补示意图
4 试验及要求
4.1 温度与湿度
待修船舶均停靠于船排(或船坞),因此对于施工作业的环境温度和湿度控制比较重要。一般要求温度10~30 ,相对湿度40%~80%,并保持稳定。
4.2 凝胶试验
考虑上述施工时的温、湿度及操作时间、熟练程度等因素,通过胶衣(树脂)、固化剂、促进剂之间的不同配比,记录凝胶时间,以确定合适的树脂最佳配比。
4.3 验证试件
验证试件应在与实际修理施工相同的环境条件、原材料、配方和工艺方法下同时制作。由操作人员在约45 放置的平板模具上糊制,待其固化后取样,测定试件的各项性能,应不低于船检规范要求。
5 建议和探讨
(1)玻璃钢属于脆性材料,玻璃钢船舶抵抗挤压碰撞的能力较低,这从船壳板及其肋骨的脆性损伤可以得到明确的反映。另外,甲板边板受挤压后出现的分层破损现象在本次的船体海损破坏中也比较突出,这与玻璃钢船体壳板的结构特点及成型工艺、成型材料有关。在船舶的这些部位如采用针对性的铺层设计工艺或其他非传统手糊成型工艺(如真空吸糊辅助成型、模压等),也许能增强玻璃纤维层之间的结合强度,有效地抵抗分层破损。而适当改进甲板与舷侧顶列板的连接结构型式也能起到显著效果。
(2)对于上述甲板边板的分层撕裂破损(纵向长度约1~2m)的修理,首先用切割机在破损终止区域附近切割取样,确定破损范围,然后制作支撑模具,依托模具,逐层糊制,并加厚补糊2层0.4mm 厚的玻璃布作为加强。
(上接第18页)
船上的高度位置离船的重心越近,减摇效果越明显。
按照以上的2个主要条件确定水舱外形尺寸和位置后,唯一能改变的参数只有水舱内水的质量,即舱内水的高度。当船在一种装载工况下,水舱内水高度的改变对减摇效果没有任何帮助。只有当船有多种工况时,舱内水高度针对各种工况的调整才能影响减摇效果。这种针对各种工况舱内水高度的调整,必须预先通过进行船模试验确定各个装载工况下对应的水舱内水的高度,以达到最优化的目的。
为了进一步提高减摇效果,可以采用增加舱内水的流动阻力来实现。阻力水舱分为低阻力水舱和高阻力水舱,低阻力水舱只在谐振区内减摇效果显著,而在非谐振区几乎没有效果,有时反而会出现增摇现象。而高阻力水舱则相对改善了这种现象,至少不会有增摇现象发生。高阻力水舱是通过舱内阻尼板的设置来影响水的流动,其阻尼板的数量、位置和摆放角度都必须由专门的船模试验来确定。但是,被动式减摇水舱也有缺点,那就是它在船舶横摇的高、低频区效果不明显,有时甚至产生增摇。现今对这种现象一般采用在水舱内加装控制设备 即控制式减摇水舱来克服。通过在被动水舱内安装探测器、传感器、控制阀和泵等控制元器件,然后连接到船上的计算机进行自动控制,由电脑检测船的运动状态进而通过已设定好的程序控制水舱内水的流动,从而对减摇效果进行最优化控制。
3 减摇水舱的应用特点
和减摇鳍一样,各类减摇水舱已经作为一种主要的设备运用于对平稳性要求很高的船上,特别是可控式减摇水舱,它多用于客滚船、豪华游轮和军舰等船上。而对于被动式减摇水舱,由于其自身的特点,决定了它在实际应用中只能起辅助作用。一般它和减摇鳍配合使用,以弥补减摇鳍在船舶低速航行时减摇能力的不足。
4 结束语
在船舶进行总体设计时,根据船舶的用途和船型特点决定减摇水舱形式的选用。被动式减摇水舱的优点在于它制造及安装工艺简单、维护方便或基本不需维护、低速航行时效果较好、不会增加船舶的阻力、不增加额外功率和不易损毁,但它会增加船的排水量,占用船上较大空间,给总体布置带来不便,还会降低船舶的初稳性高度,产生水声噪音以及无法适应复杂的海况等。在选用时减摇水舱应对这些因素进行综合考虑,以达到船舶性能的最优化,满足船舶使用要求。
SHIP ENGINEERING 船舶工程 V ol.34 Supplement 2 2012 总第34卷，2012年增刊2船舶减摇技术现状及发展趋势 洪超1,陈莹霞2 （1．中国船舶重工集团公司第704研究所，上海 200031；2．上海船舶设计研究院，上海 201203） 摘 要：传统的船舶减摇装置包括减摇鳍、减摇水舱、舵减摇、减摇陀螺、减摇重块等，本文介绍了这些传统的减摇装置的发展现状及近年来出现的新型减摇装置，包括零航速减摇鳍、舵鳍联合减摇、舱鳍联合减摇、Magnus效应回转轴减摇、减纵摇、船舶姿态控制系统等，并对未来的新型减摇装置进行了预测。 关键词：减摇鳍；减摇水舱；舵减摇；陀螺；减摇发展 中图分类号：U664.7 文献标志码：A 文章编号：1000-6982 (2012) Z2-0236-09 Current Situation and Tendency of Development of Ship Stabilizer Technique HONG Chao1, CHEN Ying-xia2 (1. Shanghai Marine Equipment Research Institute, Shanghai 200031, China; 2. Shanghai Merchant Ship Design and Research Institute, Shanghai 201203, China) Abstract: The traditional ship stabilizer includes fin stabilizer, anti-rolling tank, rudder roll stabilizer，moved mass stabilizer etc..this paper introduces the development status of these traditional stabilizers and some new stabilizers developed in recent years, such as fin stabilizer at zero speed, rudder-fin stabilizer, tank-fin stabilizer, Magnus Effect rotor stabilizer, pitch stabilizer and ship motion control system. And the prospective ship stabilizers are forecasted at the last part of this paper. Key words: fin stabilizer; anti-rolling tank; rudder roll stabilizer; gyro roll stabilizer; development 1 概述 人类从19世纪初的帆船年代的舭龙骨开始，就已经开始了船舶减摇的努力和斗争，前后共提出了350余种不同类型的减摇装置，其中用于了实践的达20几种[1]。直到二十世纪九十年代，保留下来的船舶减摇装置主要有舭龙骨、减摇水舱、减摇鳍、减摇陀螺、舵减摇、减摇重块等少数几种。 1.1 舭龙骨 是一种装于船中两舷舭部外侧，与舭部外板垂直的长条形板材结构。在船横摇时扰动船体周围的流场,使船产生附加阻尼，通过增加横摇阻尼来达到减摇的目的。它在任何情况下都有效,减摇效果，效果大约为20%~25%。舭龙骨结构简单、造价低、效能高、没有运动部件、便于维护，被广泛的应用到各类船舶。目前几乎所有海船都毫无例外地装有舭龙骨，它已成为海船船体的一部分。所以，在一般情况下所谓减摇装置系指舭龙骨以外的减摇措施和设备。 1.2 减摇水舱 自从1911年佛拉姆成功推出被动U型水舱以来，这种减摇装置已经有100多年的发展历史，目前已经有各种减摇水舱应用到几千艘各类船舶[2]。减摇水舱最大的优点是其减摇效果跟航速没有直接关系，可以在任何航速下减摇。对被动水舱而言，还具有功率小，成本低等优点。减摇水舱也有多种，其中应用最多的是可控式U型被动减摇水舱。美国Flume Stabilization Systems公司已为超过1500条船提供了被动减摇水舱，Intering公司提供了大约600套，Rolls-Royces公司270多套，日本的STABILO公司大约为200套，日本JFE公司约130套（不包括军船）。上海船舶设备研究所研制出国内减摇水舱前年刚刚投入市场，就已经承接了数条船的订单。减摇水舱存在减摇效率相对较低、占用空间大、低频扰动下易增摇等缺点，一定程度上限制了其发展。 1.3 减摇鳍 减摇鳍出现的历史相对较晚，世界上第一套减摇鳍装置于1923年由日本三菱重工的元良信太郎博士 作者简介：洪超（1977-），男，高级工程师，主要从事船舶减摇技术研究。
在静水中航行的船舶浮心O 垂直地位于重心G 之下，浮力F 和重力mg （相当于船舶排水量D ）大小相等、方向相反。没有力矩作用于船上，船舶处于正浮状态。当船舶在波浪海面上航行时，由于波浪运动，波浪表面与水平面间出现夹角γ—波倾角。波面倾斜后使浮于波浪上的船舶的浮心从O 点移动到O ˊ点，故此绕船舶重心G 有一力矩M B =F ·a 作用在船上。此力矩称为波浪扰动力矩。正是这一力矩使船舶产生绕其自身重心的纵轴的横向摇摆运动。 如果视波浪为正弦波，如图2所示。则用波长“λ”，波高“ξω”和周期（波浪从A 点传播到C 点所需时间）“T ”表征波浪。显然，波长“λ”相同，波高越高（海情高，波浪强）波倾角γ也越大。和波高一样波倾角γ也能表征波浪的强弱。从图2可见波浪上各点的波倾角值也不同。A 、B 、C 三点最大，其值为γmax ；D 、E 两点最小，其值为零。在波浪运动的过程中波倾角做周期性变化。 从零到γmax 到零到γmax 。因波浪的波长“λ ”远较船宽大，故a ≈h ·γ，船在波面上运动，在波面的不同点所受波倾角的作用也不同。其中h —船舶初稳心高，F=D （船舶排水量），所以作用在船上的波浪扰动力矩为： 为使船舶的摇摆角尽可能减小，必须施加给船舶一个稳定力矩。该稳定力矩M CT 在数量上应尽可能与波浪扰动力矩M B 相等，在方向上与波浪扰动力矩相反（或者说在相位上相差180°角）。减摇鳍装置就是一种能给船舶产生一个稳定力矩的装置 鳍是装在船舶水线下的一块剖面形状对称的流线型板。如图3所示，当船 ??? ??πγ=t T 2Sin Dh M max B
舶以速度V 航行时，若此流线型鳍相对于速度方向偏转α角，由于偏转了的鳍的上方为低压，下方为超压，上下之压差在鳍上产生一向上的升力P ，另一舷的鳍向反 方向偏转产生一大小相等方向向下的升力P ，升力的值为： 式中：ρ—海水密度； C y —鳍的升力系数(鳍形设定后，其值仅与鳍转角α有关）； S —鳍的面积； V —船舶航速； 这样在左右两舷的作用下将有一力矩作用在船上，其情形 如图4所示。 2 21SV C P y ρ=
船舶的摇摆控制 大型集装箱船首部与尾部的形状差别很大，所以当船舶在波浪区域航行，沿船长方向出现波峰和波谷时，很容易导致船舶扶正力臂的变化，故要特别关注船舶的摇摆参数-周期和幅度，一艘船的扶正力矩是扶正力臂与总重量的乘积。船舶在顺水或逆水前进时，其横摇和纵倾是呈周期性的变化，其扶正力臂也呈周期性的变化。正是因为这种现象，导致船舶的扶正力矩也随之发生变化，从而引发了船舶的摇摆。 而这种以时间为变量参数的摇摆，如果遇上合适的海浪情况，就有可能引发船舶共振现象，这时船舶的摇摆角度加大，导致货物和集装箱的灭失，极端的情况下，可能使船体结构遭受破坏。最近几年来，集装箱船的事故，就反映出这种现象的危险性。 人们都知道一个现象，船舶在低速航行时，如果恰巧在某一时间操舵、遇到阵风或其它因素的影响时而引起船舶附近的波浪发生变化，当其频率较低时（仅为船舶自身摇摆周期的一半），有可能导致船舶摇摆的角度很大。对大型集装箱船，在一定的海况下就有可能产生周期性的摇摆，如在北太平洋和北大西洋一年中分别有9%和12%时间里存在着导致这种现象发生的海况。 实事上，如果在船舶上安装一个减摇系统，适时地给船舶外加一个恰当的阻尼，来抵消船舶扶正力矩的变化，摇摆是可以加以预防的。 德国的Interring公司生产的IPRF装置就是这种想法在实船上的应用。这套 装置采用众所周知的自控式减摇水舱技术，其核心部分是减摇水舱系统。两个水舱分别布置于船舶的左右舷，在船体上设置一个通道，将两个水舱相互连通，形成U 型水舱。 减摇水舱中充入一定量的水，注水量应根据水舱形状、船舶装载情况和航线情况来确定。 其原理是使水舱内的水的运动周期和船舶在波浪上的摇摆周期相近，保证在船舶摇摆时，两个液舱能形成一定的水位差，以便形成一个扶正力矩，以扶正力矩抵消波浪所产生的倾斜力矩，达到减小船舶的摇摆幅度。 一套典型的船舶IPRP系统应由几对液舱、一个气动的空气阀和一套控制单元
游艇减摇鳍 [摘要] 游艇减摇鳍是为适应游艇特点而专门设计的减摇鳍，具有尺寸较小、重量较轻、噪声较小等特点，鳍翼通常采用的是非金属材料，且批量制造。游艇减摇鳍的选型计算、布置设计以及安装都涉及到较强的专业知识，游艇厂商在选用减摇鳍时应关注设备厂商的技术实力和服务能力，应考虑可否与之建立紧密的战略合作关系。 1. 游艇减摇鳍是什么 减摇鳍是减摇效果最为明显的船舶减摇装置之一，游艇减摇鳍是为适应游艇的安装空间较小、设备重量要求较轻、噪声要求较小等特点而专门设计，且便于批量制造的产品。游艇减摇鳍的鳍面积通常较小，所以也叫超小型减摇鳍。游艇减摇鳍每套装置都是由大小相同的两只鳍翼构成，每只鳍翼都有其相应的转鳍执行机构、最大转鳍角机械限位机构、锁紧机构等部件。每套减摇鳍装置还包括液压控制系统、液压泵站（可选，也可以选用艇上其它液压源）、控制箱、操控面板等部件。游艇减摇鳍的鳍翼通常是用非金属材料（玻璃钢）采用模具压制成型的。 减摇鳍像鱼鳍一样，位于船的两侧，是用来减轻船的横摇。人们不禁要问，为什么只减横摇呢？纵摇怎么办？通常，船艇在形状上是呈瘦长形的，横摇在剧烈程度上远大于纵摇，只要把横摇减下来也就够了。至于纵摇，如果确实需要轻减，例如小水线面双体船艇，可以使用陀螺减摇器，方便且效果明显，只要将陀螺减摇器的进动轴沿船长方向布置即可，安装位置是任意的。 减摇鳍的减摇力矩来源于鳍翼产生的升力（向上或者向下）以及鳍翼与船艇舯纵剖面之间的跨度，升力越大，或跨度越大，减摇力矩越大。鳍翼之所以能产生升力，依靠的是水对鳍翼上下翼面的压力存在差值，这就需要水相对于鳍翼是流动的，一种情况是要求船以较快速度航行，另一种情况是船的航速虽低，甚至停了下来，但鳍翼在以较高转速往复扇动。这前一种情况通常叫常规减摇（鳍），后一种情况叫零航速减摇（鳍）。零航速减摇鳍通常需要配备较强的动力系统，所以，目前主要还是用在豪华游艇上。
a faired set of lines 经过光顺处理的一套型线 a stereo pair of photographs 一对立体投影相片 abaft 朝向船体 abandonment cost 船舶废置成本费用 accommodation 居住（舱室） accommodation ladder 舷梯 adjust valve 调节阀 adjustable-pitch 可调螺距式 admiralty 海军部 advance coefficient 进速系数 aerostatic 空气静力学的 aft peak bulkhead 艉尖舱壁 aft peak tank 艉尖舱 aileron 副鳍 air cushion vehicle 气垫船 air diffuser 空气扩散器 air intake 进气口 aircraft carrier 航空母舰 air-driven water pump 气动水泵 airfoil 气翼，翼剖面，机面，方向舵 alignment chock 组装校准用垫楔 aluminum alloy structure 铝合金结构 American Bureau of Shipping 美国船级社 amidships 舯 amphibious 两栖的 anchor arm 锚臂 anchor chain 锚链 anchor crown 锚冠 anchor fluke 锚爪 anchor mouth 锚唇 anchor recess 锚穴 anchor shackle 锚卸扣 anchor stock 锚杆 angle bar 角钢 angle of attack 攻角 angle plate 角钢 angled deck 斜角甲板 anticipated loads encountered at sea 在波浪中遭遇到的预期载荷anti-pitching fins 减纵摇鳍 antiroll fins 减摇鳍 anti-rolling tank 减摇水舱 appendage 附体 artisan 技工 assembly line 装配流水线
轮机工程学院 内容摘要 摘要：本文主要介绍了“育鲲”轮减摇鳍装置液压系统的工作原理，包括液压系统的各部件的结构和工作原理；以及液压系统各工作油路的工作过程，如减摇鳍叶片收放油路，减摇鳍叶片倾斜油路和减摇鳍的伺服油路。在文章的最后也介绍了“育鲲”轮减摇鳍装置的日常管理要点。 关键词：液压系统叶片收放油路叶片倾斜油路伺服油路日常管理要点ABSTRACT: This thesis explains the working principle of the hydraulic system of the stabilizing system in “YUKUN”, which includes the construction and working principle of the components; the working process of hydraulic lines in the system, such as fin housing and extending, fin tilting and service hydraulic lines. This thesis also summarizes some services and managements of stabilizing system. KEY WORDS: hydraulic system house and extend hydraulic line fin tilt hydraulic line service line
目录 1 前言 (1) 2 减摇鳍装置的执行机构 (1) 2.1 减摇鳍装置的叶片回笼和延展执行机构 (1) 2.2 减摇鳍装置的叶片倾斜执行机构 (2) 3 减摇鳍装置液压系统工作原理 (3) 3.1 减摇鳍装置的液压系统组成 (3) 3.1.1 供油罐 (3) 3.1.2 主泵和发动机设备组 (3) 3.1.3 油路板/集油管板 (4) 3.2 减摇鳍装置叶片收放油路的工作原理 (6) 3.2.1 减摇鳍装置叶片收放油路的重要部件介绍 (6) 3.2.2 减摇鳍装置叶片收放油路的工作过程 (6) 3.3 减摇鳍装置叶片倾斜油路的工作原理 (7) 3.3.1 减摇鳍装置叶片倾斜油路的重要部件介绍 (7) 3.3.2 减摇鳍装置叶片倾斜油路的工作过程 (8) 3.4 减摇鳍装置伺服油路的工作原理 (8) 3.4.1 控制比例阀的伺服油路 (8) 3.4.2 负载感应器和插装补偿阀的伺服油路 (9) 4 减摇鳍装置液压系统的日常管理要点 (9) 4.1 常规检查项目 (9) 4.2 定期保养项目 (10) 5 结束语 (10) 6 参考文献 (10)
NAVIGATION 65 航海NAVIGATION 为了使船舶在各种航速下均有很好的减摇效果，近年来，零航速减摇鳍得到了充分的重视和发展，这种减摇鳍的运动方式和执行机构与传统减摇鳍有很大不同，利用新的运动机理使得翼面在零航速也可产生对抗海浪干扰力矩的升力，国外已有少数船只应用的实例。但这种零航速减摇装置结构复杂，制造 还有许多问题需做进一步的改进和研究。 减摇水舱作为一种全航速下的减摇装置，不仅在各种船舶航速下均有减摇效果，适用于集装箱船、轮渡、滚装船、海洋工程船、科学考察船等。另外，减摇水舱具有结构简单、造价 周亚兰 （上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院 上海 200240） 减摇水舱技术的 工作原理和应用 图1 波浪、船舶和减摇水舱的相位时序图
航海NAVIGATION 66Marine Technology 航海技术 剧。相反，如果船上的人员比船的横摇周期晚一拍左右移动几次，船的横摇将会变缓。可控被动式减摇水舱工作原理就是把上述的船上人员换作液体，巧妙地利用这种液体流动的时间和力矩，来减轻船的摇动。 船的一次横摇周期用360°角度来表示时，船的摇动起始点总是比波浪遭遇点滞后90°的角度，这种现象的反复出现会加剧船的横摇。如果减摇水舱中液体的固有周期和船的横摇周期相同的话，减摇水舱中液体的移动起始点将一直比船的摇动起始点滞后90°的角度。这就意味着减摇水舱中的液体移动起始点总是比引起船舶横摇的波浪起始点滞后180°角度。 因此，减摇水舱中的液体移动力矩和波浪力矩总是相反， 图2 波浪力矩和减摇力矩示意图 互相抵消，所以船舶横摇得以减缓。如图1和图2所示。4 可控被动式减摇水舱的控制方式 可控被动式减摇水舱的最关键技术在于周期的调节，如何将减摇水舱的周期调至与船舶横摇周期一致是减摇水舱设计成败的决定因素，如果这两个周期不一致，减摇水舱的减摇效果很差，甚至还会产生增摇。目前，可控被动式减摇水舱的周期调节方式主要有两种：一种是气道控制式，另一种是水道控制式。 德国的产品一般采用气道控制式，它是通过水舱顶部空气道控制水舱内可压缩性气体的流动，实现间接对舱内液体流动 的控制。这种水舱利用自动控制系统通过气阀的启闭来调节舱 图3图4
船舶减摇鳍的稳定控制 摘要:对于船舶稳定系统，主动鳍控制是最有效的减摇方法。然而, 在随机模型波或风的影响下，准确的全船非线性动态系统是很难获得的。在这篇文章中, 用于开发船舶稳定系统的一个守卫启发式遗传算法鳍控制器(GHGAFC)包括一个启发式遗传算法鳍控制器(HGAFC) 和一个守卫鳍控制器(GFC)。在HGAFC设计中, 将梯度下降训练嵌入到传统的遗传算法(GA)中构建一个主控制器,来搜索在不确定性下可能出现的的最佳鳍控制角。为了确保系统的状态在规定的范围内, 将守卫鳍控制器(GFC)用于调整控制角。在稳定系统中,陀螺仪和加速度计将检测摇曳的条件和收集的数据发送到嵌入式单片机计算命令中。仿真将大海表面建模为一维线性自由面来验证鳍控制器的有效性。在相同条件下, 比较GHGAFC与GA-fuzzy、GA-PID 和常规监督GA控制方案的性能。 一、介绍 船舶减摇是用来对抗船舶横摇运动的，导致横摇有很多不确定性因素:如外部波、风、非线性横摇阻尼和参数变化等的影响,这是一个重要的、严格的、复杂的问题。船舶海军架构稳定的技术已经讨论了数百年。与被动形式的系统相比,主动稳定系统拥有更强大和有效的特点。这些优点使许多船只在实践中得到应用。主动稳定系统是通过泵的形式输入能量的液压活塞或电动执行机构。因此,许多研究已经开发各种方法,例如：减摇水舱[1 - 3],陀螺稳定器[4],舵稳定器[5、6]或减摇鳍装置[7 –11],等。减摇水舱取决于周围的泵送液体来抵消船的运动。减摇水舱的主要缺点是,泵操作大量的流体传送到水槽时有一个时间滞后。这限制了即时减摇的稳定。另一方面,陀螺稳定器需要大型陀螺仪来减少减摇运动。更严重的是需要大质量横向移动来实现恢复力矩。此外,陀螺稳定器需要相当大的力而且响应时间缓慢;另外,它在船内的重要部位占据了一个相当大的体积。而在舵减摇装置中是通过舵偏转减少轧辊，因此舵辊稳定器的性能在较低速时大大降低。在减摇鳍装置中,鳍在船体水线以下,并根据船的跟角改变它们的攻角。嵌入式控制器是用来计算攻角的，电动液压机制是激活减摇鳍的。在这些方法中,主动式鳍装置似乎是最有效和最广泛采用的。 有些防倾主动鳍控制器的论文, 主要是利用传统的比例—积分-微分(PID)控制技术。然而,由于船内高度非线性和不确定性的辊运动特征,PID控制器很难适当的评估所要控制跟踪期望的轨迹。2008年,佩雷斯和古德温[8]提出了模型预测控制方法来防止非线性影响;然而,这很难预测严重时波或风的影响。一旦系统动力学在滑模控制(SMC)下，滑模控制技术是一种有效的非线性鲁棒控制方法，因为它提供了系统动力学与不变性的不确定性[12]。然而,控制系统不敏感的不确定性只存在于滑动模式,但不是在实现阶段。因此,系统动态在到达阶段仍受到不确定性的影响。从实用的角度来看,这些方法可能在显著变化的操作点反应不是很好。另一方面,神经网络、模糊方法,如神经PID,模糊, 递归模糊神经网络,强健的小波神经网络滑模控制, 自调谐模糊滑模控制方案[13]等提出了电流体静力学执行机构、电伺服驱动系统或动态系统。然而,一些补偿组件是必要的,因此,结构复杂。遗传算法(GA)是一种最新的技术用来搜索最优解决方案。1962年Goldberg在荷兰首次发布遗传算法的基本原理和常见形式 [14]。基本上,遗传算法是一种基于自然选择和自然遗传机制的随机搜索技术。在过去的几年里,遗传算法提供了一种优化参数的PID或SMC[15]。另一方面,遗传算法也被广泛应用于优化设计的FC[16]或神经模糊控制器(NFC)。GA可以在一定程度上通过模仿自然基因的机制来消除复杂的力学设计步骤。例如实际应用者吴邦国,将GA用于一群智能水下机器人，为了重新审视一个区域根据已知的先验路径点和障碍寻找经济和安全路线[17]。防止人口聚集, 提出了一种基于线性矩阵不等式的GA控制系统的次优解决方案。[18]上述研究的
减摇装置介绍 近百余年来，人们一直致力于研究减缓船舶摇摆的措施。世界各国先后研究了近百种不同形式的减摇装置。但目前世界上广泛采用的仅是减摇水舱、舭龙骨和减摇鳍，其中居垄断地位的是减摇鳍，其减摇效果最佳。下面分别对上述三种减摇装置进行介绍。 一．减摇水舱 减摇水舱主要分为被动式减摇水舱和主动式减摇水舱两种。 A．被动式减摇水舱 将靠近船舯部两舷的水舱在底部用管道连接起来，舱内注入适量的水。利用船本身的横摇运动而引起水舱内水的物理运动来产生稳定力矩。它不要任何动力，所以称为被动式减摇水舱。它是各类减摇装置中比较简单、造价较便宜的一种。 被动减摇水舱（以下简称被动水 舱）最常用的是U型水舱和槽型水舱 （见右图）。 被动水舱的工作原理是使设计的 水舱内振荡的固有频率等于船横摇的 固有频率，这样在共振的情况下，水 舱是随船一起运动，而水舱里的水的 运动滞后横摇角90度。同时，当船横 摇的固有频率等于波浪的扰动力距频 率时，也发生共振，这时船的横摇角 滞后波浪力距90度。这样水舱力的水 的运动就滞后波浪扰动力矩180度。也就是说水舱里的水的重量引起的稳定力矩方向恰好和波浪扰动力矩方向相反，从而使共振区横摇减小。这就是所谓的“双共振减摇原理”。 被动减摇水舱仅在中等海况和在船舶初稳心高h限定范围以内，以很接近船舶固有频率附近提供有限的减摇效果，最好的减摇效果可达60~70%。离开共振区效果显著下降，在较长的遭遇周期上使横摇角增加。它的优点使设备简单、费用低及在任何航速下均有一定的减摇效果。 为了改善被动水舱的减摇性能，还有一种是可控被动减摇水舱。主要是在水舱通道上安装节流阀，通过横摇传感装置调节阀门开启和关闭的程度，控制水的流量，使这种减摇水舱比被动水舱能在较宽的频率范围内有效工作。 B．主动式减摇水舱 为了克服被动式减摇水舱的一些不足，有人提出了主动式减摇水舱。 主动式减摇水舱原理是依靠角速度陀螺感应船的横摇角速度信号，控制阀伺服机构，控制阀张开的大小由泵将水从一舷打到另一舷的水量建立稳定力矩。 主动式减摇水舱所需设备很多，主要包括控 制系统、伺服系统、测水舱内水头或压力、水流 速传感器、大功率的泵和原动机等（见右图）。 可见装置比较复杂，并且费用比较高，所以还没 有在实际中应用。 总之，减摇水舱对改善低速船、海上作业的浮 动平台等特种船舶的横摇性能具有独特的优点。
基于船舶舱盖修理修复中的水密性试验探讨 摘要：船舶舱盖的水密性是指船舶在水中能承受的水压差的性能。本文在对船舶舱盖进行简要介绍后，针对舱盖修理中的常见问题及修理方法进行了进一步阐述，并就当前常见的一些船舶舱盖进行舱口水密性试验的方法进行了探讨。 关键词：水密性试验船舶舱盖修理研究 船舶舱盖是船舶上的重要组成部分之一。随着科技进步，为满足船舶性能的不断发展的要求，船舶舱盖板的类型越来越多。货舱盖是关闭货舱口的盖板。 目前，船舶大多采用钢质的舱盖板。其按划分不同，可分为多种。但通常都是由多个功能块组成，主要承担保证船舶货物安全，保证水密功能的封闭作用。 一旦船舶水密装置发生问题，比如设计制作缺陷、舱盖锈蚀，外力变形等，导致水密装置不能发挥正常作用，就会产生舱盖板漏水等情况发生，既可能造成舱内货物湿损，还可能发生舱内进水，给船舶行驶来安全隐患。因此，舱盖水密性能的维护和修复，是船舶修理必须要注意的一个重点。 1 船舶舱盖的修复 船舶舱盖的修复是一个系统的工程，必须要进行慎密检查和充分准备，并且在修理后还要进行水密试验。 通常来说，在船舶舱盖修理前, 由有经验的维修技师反复开关舱
盖, 根据开关时舱盖的表现，结合异常情况分析可能的故障原因, 以便对症下药。比如，当维修技师在检查翻滚式舱盖时，发现行走不畅的问题。首先就要分析可能的原因，要针对常见的故障进行排查，逐步排查滚轮轴套磨损、轨道磨损、舱盖变形等故障。在先查明故障原因后，有必要再进行“会诊”，然后才提出修理修复方案和措施。在正式修理前,一定要结合图纸，并根据现场情况进行认真标记。比如，翻滚式舱盖，不但舱盖块数多,而且附属零件也多,如果不做好标记，有可能就会给回装时带来不必要的麻烦，甚至导到回装不上或者错误回装后舱盖打不开、关不上，更谈不上发挥水密功能的作用了。 在修理过程中, 维修人员通常要特别注意以下几个问题的针对性处理。一是舱盖板或骨架结构变形矫正,可以进行机械矫正和火工矫正。二是盖板或骨架结构无法矫正时，必须进行更换，但要严格注意拆装顺序。三是密封胶条老化时,必须将旧胶条清理干净后方可涂抹脱水粘贴新胶条。四是更换轴套时回装要注意轴线位置，确保开关舱盖时滚轮与轨道很好咬合。五是承压直口需要矫正或更换时，一定要注意新直口的高度。六是如果对液压系统有过拆检,回装后要先检查系统的油路, 以免带来其他严重后果。 2 舱盖修理后的报验 舱盖修理后的报验工作,主要是开关舱试验和密性试验。 开关舱试验,涉及的内容很广。在这里，我们主要是讲的船舶舱
船舶减摇控制技术现状与展望 0 前言 船舶在海上航行时，由于受到海浪、海风及海流等海洋环境的扰动作用，不可避免的要产生六个自由度的摇荡运动，即横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡和垂荡，其中以横摇最为显著，对船舶影响也最大。因为船舶的横摇运动阻尼很小，所以船舶在风浪中会产生剧烈的横摇。横摇运动过大不但影响船舶的航行，而且还会对船上的装备造成不良影响，给船上的货物和人员带来不安全因素；对于军舰来说，横摇还会影响武备的使用，使舰载机不能正常起飞和降落。为了减小船舶横摇，船舶设计师和控制工程师付出了不少的努力，成功地设计了各种各样的减摇装置来减小船舶的横摇运动【1】。 横摇减摇作为一门学科已经有一百多年的历史。据统计，在这期间先后出现了约三百五十个各种类型的减摇装置，实际上只有少数几种得到大量的推广和应用，目前使用的横摇减摇装置主要是减摇鳍和减摇水舱【2】。尽管自20世纪80年代以来，许多研究表明利用舵减摇具有很好的发展前景【3】，但最常用且成功的主动式减摇装置仍然是减摇鳍。 随着减摇鳍和减摇水舱等单一减摇装置的日益发展成熟，加上大型船舶的 出现以及对船舶航行安全性和舒适性要求的提高，人们开始研究减摇鳍－减摇水舱综合减摇系统。这种装置综合考虑了减摇鳍和减摇水舱这两种减摇装置的功能，使之达到各种装置的协调组合，资源的合理配置，最大限度的平衡船舶。 1 减摇装置简介 1.1减摇鳍 减摇鳍装置是目前世界各国装船最多的一种减摇装置。它是一种主动式减摇装置，减摇效果高，可达80％～90％，因而使用广泛。减摇鳍的最早专利是在1889年由约翰·桑尼克罗夫特获得的。1923年日本的元良信太郎设计了第一套减摇鳍，经装船试验得到了良好的减摇效果。1935年英国的布朗兄弟公司设计 的减摇鳍成功地应用到一艘2200吨的海峡渡轮，从此减摇鳍得到了广泛的应用。目前许多国家的海军的中高速舰船、许多商船和其他船只都装有减摇鳍【1】。我国对减摇鳍的研究从60年代开始，上海船舶设备研究所和哈尔滨工程大学进行了大量的研究设计工作，并在各类船舶上得到成功使用。 减摇鳍的工作原理是：在船舶水下部分两侧，装有一对或多对机翼形鳍。船舶航行时，鳍在横摇参数控制下快速转过一个角度，鳍上产生“升力”，对船舶形成抵抗波浪力矩的减摇力矩，从而减小横摇角【4】。减摇鳍一般可分为固定式和收放式两种。固定式减摇鳍，安装于鳍轴上的鳍只能绕鳍轴旋转，不能收进船体。这种减摇鳍结构简单、重量轻、制造成本较低，几乎适用于各种大型船舶，但该鳍较收放式鳍的升力系数小，减摇能力受到限制，当船舶在静水中航行时增加了阻力，由于鳍一直伸出在舷外，故容易损坏。收放式减摇鳍的鳍不但可以绕鳍轴转动，而且不用时可以收进船体，静水航行时不产生附加阻力，鳍的升力系数较大，减摇效果较好。但是收放式减摇鳍的重量大，机械结构复杂，占用船内空间大。因此该型减摇鳍主要装在客船、车客渡船、滚装船等较“胖”船型的船舶上。
第26卷 第4期大连海事大学学报V o l.26,N o.4 2000年11月Journa l of Da l i an M ar iti m e Un iversity N ov.,2000 文章编号:100627736(2000)0420009205 船舶减摇鳍系统的变结构自适应鲁棒控制Ξ 杨盐生 (大连海事大学航海技术研究所,辽宁大连 116026) 摘要:针对船舶减摇鳍控制系统,考虑到船舶在大风浪中运动时,系统不可避免地存在非线性和不确定性的 影响,将作者提出的对于不确定非线性系统的变结构自适应鲁棒控制策略应用于船舶减摇鳍控制系统1经 仿真试验表明,该控制策略对于船舶减摇鳍非线性控制系统是十分有效的,特别是鲁棒性能令人满意. 关键词:船舶减摇鳍控制;不确定非线性系统;变结构控制;自适应鲁棒控制 中图分类号:U664.36;T P273.2 文献标识码:A 为了船舶的航行安全及提高航行中的舒适性,船舶减摇一直是人们不懈地努力目标,60年前发明的减摇鳍装置就是其努力的结果之一,并收到了良好的效果.众所周知,减摇鳍是一种主动式减摇鳍装置,它的减摇效果与采用的控制策略密切相关.为了提高减摇效果,采用先进的控制策略一直是主要研究方向之一.70年代以来,一些先进的控制策略在减摇鳍系统中得到了应用,如变参数最优控制、自适应控制、模糊控制、专家控制等.但是,在大风浪中,船舶横摇系统中不仅存在非线性,而且还存在不确定性,上述算法中既没有考虑系统的非线性问题,也没有考虑鲁棒性问题.因此,开发鲁棒性强的控制策略是当今船舶减摇鳍控制系统研究中的一个方向. 对于减摇鳍非线性系统,考虑参数和外界干扰的不确定性,当系统模型的估计参数和不确定性界已知的情况下,作者曾提出过一个变结构鲁棒控制策略[1].本文假设在系统模型的估计参数和不确定性界都未知的情况下,提出了一个变结构自适应鲁棒策略,该算法在确保闭环系统稳定的前提下,在线对系统模型参数和不确定性界进行估计.经仿真试验证明,该算法对于减摇鳍非线性控制系统是完全有效的,而且效果也十分良好. 1 不确定性非线性系统的变结构自适应鲁棒控制器设计 1.1 不确定性非线性系统的描述 考虑下列不确定性非线性系统 Ξ收稿日期:20002062021 基金项目:交通部重点科技计划资助项目(95206202222)1 作者简介:杨盐生(19572),男,江苏盐城人,教授,主要从事交通信息工程及控制的研究1
各类船舶简介 1.破冰船（ice-breaker） 为冰区航行的船舶开辟航道的专用船。此类船的艏端为前倾型，船体结构经特别加强，船上设有专门的压载水舱，以供船在破冰时使用。 破冰船在北极、南极或其他冰海中破冰航行，为紧随其后的船队开辟航路。破冰船的船体具有较强的抗冲击和抗挤压的能力，这使得它在冰海中航行时船体不会受到损坏。 现代破冰船还具有科学考察和救援的能力，船上备有直升飞机和起降平台。 2.平台供应船（Platform Supply Vessel简称PSV） 是专为石油平台供给设计的。此类船由其任务不同，而长度从20米到100米不等。最主要的功能是运输人员物资到海上的石油平台。近年来，新一代的PSV都要求装备DP1或DP2的动力定位系统。 3.舢板（Sampan） 亦作“舢板”、“三板”，是用人力和风力推进的小艇。舢板结构架简单、吃水浅、操作方便，可以进行海上救生、舷外作业和装载人员登岸等。一般称备有1-6把桨的舢板为小型舢板，备有8-16把桨的舢板为中型舢板。
4.钻探船（Drilling Vessel） 是漂浮于水面上的作业平台，通常适合在各种水深条件下进行钻探作业。但对船的定位要求很高，多采用多锚定位或动力定位方式。 5.半潜式钻井平台(semi-submersible drilling unit) 平台由水下浮体和水面上的平台，通过若干根立柱连接组成。当平台工作时，水下浮体潜入水中一定深度，海面波浪对浮体的扰动较小，平台能再水面上保持稳定和平稳。半潜式钻井平台的作业水深最大可达500m。 6.自升式钻井平台(jack-up drilling unit) 平台的角处安装桩腿，每根桩腿可各自相对平台上下升降，移航时将所有的桩腿升起，由拖船拖到井位后，将桩腿降下，插入海底固定，然后将平台升起到一定高度，进行钻井作业。自升式钻井平台适合在大陆架浅水区作业。
减摇鳍原理及系统 集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）
轮机工程学院 内容摘要 摘要：本文主要介绍了“育鲲”轮减摇鳍装置液压系统的工作原理，包括液压系统的各部件的结构和工作原理；以及液压系统各工作油路的工作过程，如减摇鳍叶片收放油路，减摇鳍叶片倾斜油路和减摇鳍的伺服油路。在文章的最后也介绍了“育鲲”轮减摇鳍装置的日常管理要点。 关键词：液压系统叶片收放油路叶片倾斜油路伺服油路日常管理要点 ABSTRACT: This thesis explains the working principle of the hydraulic system of the stabilizing system in “YUKUN”, which includes the construction and working principle of the components; the working process of hydraulic lines in the system, such as fin housing and extending, fin tilting and service hydraulic lines. This thesis also summarizes some services and managements of stabilizing system. KEY WORDS: hydraulic system house and extend hydraulic line fin tilt hydraulic line service line 目录
游艇陀螺减摇器 [摘要] 陀螺减摇器是最早在船舶上实际应用的减摇装置之一，它具有体积较小、安装方便、减摇效果较好、能在任意航速下减摇等优势。随着陀螺减摇器厂商的努力推广，特别是国产陀螺减摇器的出现，这种高档货已经逐步装上普通游艇，并将成为某些款型国产游艇的“标配产品”，为“低价高配”这一中国特色游艇业发展思路提供重要助力。 1. 陀螺减摇器是什么 陀螺减摇器是船舶减摇装置中的一种，主要由转子及其驱动装置、转子框架、转子框架进动控制装置、安装基架等部件构成。陀螺减摇器是一种两维陀螺，它利用了陀螺的定轴性原理，它对船艇产生的减摇力矩来源于转子框架进动时产生的反作用力矩。 船舶在波浪的作用下会发生摇摆，这是不可避免的。至于船的摇摆会有哪些副作用，人们首先想到的是晕船。其实，除此之外，大幅度的摇摆还会增加船的倾覆危险和操纵难度，还会降低船结构以及船上设备的使用寿命，如此等等，副作用确实不少。为了减摇，历史上工程师们尝试过几十种办法，而陀螺减摇器是最早在船舶上应用的减摇装置之一。
2. 陀螺减摇器有哪些优缺点 从功能角度讲，陀螺减摇器的减摇效果可以做到非常好，减摇率能达到60%以上，与减摇鳍相差不大。陀螺减摇器可以在任意航速下减摇，而普通减摇鳍不具备此功能。陀螺减摇器可以方便地解决船艇的参数横摇问题，而其它减摇装置很难做到。参数横摇是指由纵摇诱发剧烈横摇，形成多个运动成分的叠加，使乘员很不舒适，对船艇结构和船上设备的危害也更大。 从控制技术角度讲，设计一台能减摇的陀螺减摇器比设计一对普通减摇鳍，特别是比设计一套可控式被动减摇水舱要容易得多，问题只在于减摇率的高低。目前国际上号称能够设计陀螺减摇器的厂家很多，有品牌的就多于5家，而能够设计可控式被动减摇水舱的厂家只不过3、4家。 从安装、使用角度讲，陀螺减摇器的优势十分明显，它体积相对较小，可以安装在船艇上的任意位置，加装也比较方便。 陀螺减摇器的唯一缺点是比较难以大型化，绝大部分情况下应当用于排水量小于100吨的船艇。在国外，数千吨的驱逐舰上以及数万吨的豪华班轮上虽有安装陀螺减摇器的实例，但前提都是客户不在乎价格。
一、船舶各部位及舱室名称 有关概念 船首(head)：船的前端部位。它的两侧船壳弯曲处叫首舷(bow)。 船尾(stern)：船的后端部位。它的两侧船壳弯曲处叫尾舷(quarter)。 舭部(bilge)：船舷侧板与船底板交结的部位。 附：专业英语单词 1. starboard: 右舷 2. port:左舷 3. abeam: 正横 4. hatch: 舱口 5. cargo hold:货舱 6. inner bottom plating:内底板 7. bottom plating: 船底板 8. double bottom:双底层 9. forcastle deck:首楼甲板 10. poop deck:尾楼甲板 11. saloon deck:上层建筑甲板 12. promenade deck:起居甲板 13. watrtight transverse bulkhead:水密横舱壁 14. forepeak tank: 首尖舱 15. afterpeak tank: 尾尖舱 16. engine room: 机舱 17. collision bulkhead:防撞舱壁 船舶尺度 最大尺度：也称全部尺度或周界尺度，它可以决定停靠码头泊位的长度，是否可以从桥下通过，进某一船坞。 全长（最大长度）：指船舶最前端与最后端之间（包括外板和两端永久性固定突出物在内）水平距离。 全宽（最大宽度）：包括船舶外板和永久性固定突出物在内的垂直于纵中线面的最大水平距离。 最大高度：自龙骨下边致船舶最高点之间的垂直距离。它减去吃水，即可得水面以上的船舶高度。 登记尺度 登记尺度：是主管机关在登记船舶和计算船舶总吨位、净吨位时所使用的尺度，它载明于吨位证书上。 登记长度：在上甲板的上表面上，自首柱前缘到尾柱后缘的水平距离；无尾柱时，则量至舵杆中心。 登记宽度：在船舶最大宽度处，两舷外板外表面之间的水平距离。 登记深度：在船舶纵中剖面的登记长度中点处，从上甲板下表面往下量至内底板上表面的垂直距离。 船型尺度： 船长：沿夏季载重水线，自首缘量致尾柱后缘的水平距离，又称两柱长。