破冰船减摇水舱设计

减摇水舱是一种常用的船舶减摇装置,设计时首先要考虑与船体的适配,再尽可能增大减摇水舱的工作频段,以期保证减摇水舱在各种工况下的减摇效果。以某破冰船为例,梳理了该船减摇水舱的设计过程,首先提出减摇水舱的初步方案,再通过理论计算和模型试验,验证和优化减摇水舱的设计,进而指出了破冰船减摇水舱与一般船舶的差异,需注意破冰船舷侧大尺寸结构件对减摇水舱减摇效果的影响以及设计建议。     

INTERING减摇水舱

1 导言在通常情况下,横摇稳定可避免损坏货物和船舶,改善旅客和船员的舒适性及减少船舶阻力。这里介绍的Intering减摇装置,它综合考虑了昂贵的减摇鳍装置和被动式自由液面舱之间的关系。因此,该装置价格合理,安全性高,效果好。安装该装置不会损失有用的舱室容积,其操作不受航速影响,也不必在船体壳板上开口,能有效地提高船舶的经济性。该减摇装置最适合于下列类型的船舶:滚装船,渡船,集装箱船以及有边舱的各类船舶。 Intering减摇装置的原理是基于一个与龙     

船舶减摇水舱设计研究

在介绍两种被动减摇水舱设计方法的基础上,通过对水舱中液体转动惯量的取舍问题进行讨论,在考虑减摇水舱中液体的流动的情况下,引入一计算水舱中液体转动惯量的修正系数.根据实际船舶参数按照上述确定水舱中液体转动惯量的方法给出了减摇水舱设计结果和对应的减摇效果仿真结果.在减摇水舱的设计中,为正确计算和评价被动水舱的减摇效果,提高了精度.为合理地确定减摇水舱通道的放大系数等减摇水舱设计参数提供了更合理的依据.     

可控被动式减摇水舱气阀控制规律研究

可控被动式减摇水舱是对被动式减摇水舱的一种改进.文章在可控被动式减摇水舱系统数学模型的基础上,推导了最佳控制相位的理论依据,并对气阀开启和关闭时刻的选取进行了研究.对不规则波的仿真结果表明,根据船舶的横摇角速度进行气阀控制,满足最佳控制相位是行之有效的,它使可控被动式减摇水舱的减摇能力最大,减摇效果更佳.     

变周期减摇水舱控制与仿真

减摇水舱的设计首先要考虑与船体的适配,同时在设计中要重点考虑水舱的阻尼与周期特性,其中周期特性是水舱最基本的特性参数,适用周期范围越宽,减摇效果越理想。针对变周期减摇水舱的相当长度与一般U型水舱相当长度计算的不同之处——其连通道宽度可调且边舱面积随边舱外壁角变化而变化,通过积分方法推导出了可变周期减摇水舱相当长度的计算公式,提出了一种适用于变周期减摇水舱的估算方法。所设计的变周期减摇水舱采用连通道挡板控制改变周期,避免了气阀控制的时间延迟问题,还可根据船体运动规律调整连通道阻尼挡板以提高减摇效果。以某型船为例,建立了船舶减摇水舱仿真模型。经减摇水舱自由衰减振荡数值仿真方法验证,所提出的周期估算公式可靠。采用该模型研究了变周期减摇水舱的控制方法,结果表明,在其工作范围内,可使横摇角始终保持在8°以内,可以在5.5～18 s的周期范围内有效减摇,大大超过了被动式减摇水舱的工作频带。     

可控被动式减摇水舱控制策略研究

从未减摇和装减摇水舱后的船舶运动方程出发,对可控被动式减摇水舱的水舱控制策略进行了研究,指出应从充分发挥减摇水舱的性能角度出发,选择水舱的最佳控制策略。从能量最少角度考虑,当波浪频率远离船舶谐摇频率时,可以考虑选择关闭水舱的方式进行控制。仿真结果表明,存在一个最佳控制策略,能够使水舱的性能得到充分发挥,这时水舱减摇效果最高。     

被动可控式减摇水舱

去年,中国的一艘5000 TEU集装箱船APL号在飓风海域遇主机故障,致使该船摇摆角度超过30°,结果该船上的大约400只集装箱倾入大海,直接赔偿损失达5000万美元之多。 对如此大幅度的摇摆,可通过安装减摇装置——诸如减摇鳍、舵减摇、减摇水舱等——来减小或避免。其中,减摇水舱对于滚装船、客货船、集装箱船等类船舶最为有效。 德国Intering GmbH公司的被动可控式减摇水舱,有自动化、免维修、简操作、少占容、低成本、高可靠等特点,可谓是船舶设计者及船东首选的减摇装置。     

减摇水舱的设计应用

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。     

油田守护船减摇水舱设计

为提高油田守护船上船员生活的舒适性和安全性,提升船舶的作业效率,要求船舶具有较好的耐波性。以某油田守护船为例,通过为其设计矩形减摇水舱,减小船舶的横摇幅值,适当增大横摇周期,减少甲板上浪,提升船舶的耐波性。阐述矩形减摇水舱的力学模型和设计原理,并根据设计原理给出该型船舶的可自动调节液面矩形减摇水舱设计方案;通过减摇水舱模型试验和船模水池试验,论证减摇水舱对提升船舶耐波性的真实有效性。通过在船舶试航过程中对减摇水舱系统数据进行收集,证明该型船舶的可自动调节液面矩形减摇水舱设计是成功的。     

平面被动减摇水舱影响特性研究

本文采用势流理论和基于RANS方程的粘流理论相结合的计算方法,对影响某深水海工作业船平面被动减摇水舱减摇率的相关特性进行了研究。文中主要针对减摇水舱装载率、船舶GM值和波浪条件几方面开展系列计算和对比分析,探讨了各参数的影响特性和机理。本文研究可为今后此类船舶的设计和作业提供一定参考。     

可控被动式减摇水舱随机控制策略研究

在"船舶-可控被动式减摇水舱"系统数学模型基础上,根据安装减摇水舱的船舶在随机海浪作用下的横摇运动特点,利用成型滤波器以及在线辨识方法对"船舶-可控被动式减摇水舱"系统横摇运动进行预报,并利用预报信息以及实时测量信号对减摇水舱内液体进行控制,实现船舶横摇运动与水舱内液体运动的相位控制,使减摇水舱在不同航态以及不同海情下均有较好的减摇效果.     

U型减摇水舱的阻尼研究

该文分析了U型减摇水舱内水的运动特征及表征其运动的特征参数－－水舱的固有频率和阻尼,研究了水舱阻尼产生的原因和舱内水的运动状态,给出了U型减摇水舱阻尼的估算公式和水舱阻尼结构的设计方法。     

平面纯被动减摇水舱设计研究

海洋工程船的减摇是适应其服务的海洋与气象环境的实际需要,关系到海工船工作效率、舒适性和安全性。阐述了横摇的减摇基本原理、减摇的运动微分方程式并编制了适用于平面纯被动减摇水舱的计算程序;分析了自摇周期的经验公式的适用性,以及不同减摇水舱尺寸、不同介质对减摇效果的影响;通过对PSV(海洋平台供应船)和AHTS船(多功能海洋锚作拖船)的减摇计算与分析,展望了纯平面减摇水舱实际使用的前景。     

基于IGA-PID的减摇水舱摇摆台控制仿真研究

减摇水舱设计完成后要安装在摇摆台上,通过摇摆台精确模拟在特定海况下船舶横摇运动从而对水舱性能进行检测,摇摆台动力装置为电液伺服系统,在模拟不同船型时,配重改变及系统本身零漂,零偏等干扰因素变化使得对其执行机构传统的PD控制参数整定难、适应性差从而模拟精度降低.文章对摇摆台进行数学建模及仿真模型搭建,设计了IGA-PID控制器,采用免疫遗传算法的PID控制,通过抗体间的促进与抑制反应,不依赖控制对象实现系统的自适应,从而对PID控制参数进行整定得到全局最优解.仿真结果表明,该控制算法的应用具有更好的控制效果和鲁棒性,满足水舱测试精度要求.     

基于气阀控制的频率自适应减摇水舱系统研究

文章在建立减摇水舱内气体和液体两相流动的运动模型基础上,研究了水舱顶部气体连通道的横截面积大小与水舱内液体振荡参数之间的关系,通过调节截面开口控制水舱内液体运动固有频率,使之与船舶横摇频率相适应.分别利用被动式PD控制和模糊控制实现气阀开关式和气阀开口连续式两种调频策略.仿真研究表明,两种调频策略均使可控被动式水舱的有效减摇范围拓宽,并在不同的频率范围内有各自的优势.     

可控式U型被动减摇水舱的减摇效果

建立了船舶-水舱系统的运动方程,分析了U型减摇水舱对船舶的作用,导出了反映可控式U型被动减摇水舱设计减摇能力容量的理想减摇效果的计算公式.定义了反映水舱安装高度对理想减摇效果影响的横向特征面积,定义了影响水舱固有振荡周期和理想减摇效果的水柱特征长度.指出了设计使横向特征面积越小或者使水柱特征长度越大或者使振荡阻尼系数越小皆有利于提高理想减摇效果.     

基于模型预测的主动式减摇水舱约束控制

由于边舱高度有限,减摇水舱中的流体在水舱内运动时会引起饱和非线性,给舱内流体运动的估计与控制带来困难.针对饱和非线性所带来的控制问题,建立船舶-水舱系统模型,同时基于约束条件设计了模型预测控制(MPC)策略.仿真结果表明,该控制策略在减少主动式水舱高能耗的同时,增强了对水舱内流体的控制,有效提高了水舱系统的减摇效果.     

减摇水舱试验台架系统无模型自适应控制

结合无模型控制的优点,首次将无模型控制理论应用到船舶减摇控制系统中.减摇水舱试验台架电液力矩伺服系统所采取的控制策略是设计减摇水舱试验台架的关键,针对模型控制策略对非线性系统的控制在应用中表现出的不足和局限性,采用无模型控制律对电液伺服系统控制器进行了设计和仿真研究.仿真结果表明:无模型控制器表现出优良的控制品质,跟踪性能良好,具有结构适应性,系统符合设计要求.     

船舶减摇水舱试验台架横摇运动模拟

本文介绍了由微机控制的船舶减摇水舱试验台架，利用这套试验装置可以实时模拟在规则波和不规则波情况下装备有水舱的船舶的摇摆，这里着重介绍了对船舶影响最大的横摇的模拟，从而为研究减摇水舱对船舶的作用，评估其减摇效果，为研究和设计减摇水舱提供了可靠的依据。     

Tuna A150减摇水舱设计优化研究

针对上海船舶研究设计院全新AHTS系列船型之一的Tuna A150,基于数值计算开展了平面被动式减摇水舱的设计优化工作。计算采用势流理论和粘流理论相结合的时域耦合计算方法,主要就减摇水舱的不同阻尼格栅形式进行计算对比,分析了不同格栅形式的不规则波中减摇率,以此作为评价减摇水舱性能的主要技术指标。结果表明,阻尼格栅形式、透空率和横向间距对减摇率均有重要影响。