[发明专利]船舶纵向动态减摇方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种船舶纵向减摇系统，特别是指一种船舶纵向动态减摇方法与装置。

背景技术

随着科学技术的不断发展，人们越来越注重出行的安全性与舒适性。现今，航空与陆路方面的出行舒适度已得到很大的改善，而在海洋航行领域，因受海洋风浪的影响，船舶极易在航行过程中发生船体倾斜与摇摆。改善船舶航行状态、提高远洋航行舒适度也因此越来越受到人们的关注。

面前，船舶在横向减摇方面的研究技术已经十分成熟，而在纵向减摇方面的研究却极少有成果，国内在纵向减摇方面的研究也较为空白。因此，发展纵向减摇技术在改善船体纵摇、提高船舶舒适度上具有很大的研究前景。

现有的纵向减摇方式多为被动式，能够在一定程度上减小船体纵摇，但同时也存在一些问题。其减摇效果较差，减摇效率低，而且还会在一定程度上增加船体的航行阻力，降低航速。另外，现有减摇装置的结构较为复杂，布置困难，甚至由于增大了船体振荡的可能性反而降低了船舶航行的安全性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实时减小船体纵倾幅度、减摇效率高的船舶纵向动态减摇方法，以及采用该方法的船舶纵向减摇装置。

为实现上述目的，本发明所设计的船舶纵向动态减摇方法，包括如下步骤：

1)通过船体纵摇传感器采集船尾纵向旋转的加速度或角速度，进一步换算成船体的纵摇角；

2)当船体达到最大纵摇角时，通过驱动装置调整水翼(5)的翼片角度为γ，当纵摇角为最大正值时，γ取负值；当纵摇角为最大负值时，γ取正值。γ的正负代表方向，负值代表水翼指向船舶坐标系的x轴下方，正直代表水翼指向船舶坐标系的x轴上方，γ的绝对值代表大小，最大负值是指绝对值最大的负值。

优选地，步骤2)中，当纵摇角为最大正值时，γ的取值范围为+5°～+30°；当纵摇角为最大负值时，γ的取值范围为调整范围-30°～-5°。

优选地，步骤2)中，当纵摇角为最大正值时，γ的取值范围为+20°～+30°；当纵摇角为最大负值时，γ的取值范围为调整范围-30°～-20°。

优选地，步骤2)中，以最大纵摇角为输出，以γ为输入建立闭环控制，自动控制水翼(5)的翼片角度，使船体的最大纵摇角不断减小。最大纵摇角可通过对角速度传感器测得的纵摇角速度进行积分求得。当纵摇角速度为0时，纵倾角幅值达到最大值，其正负可以通过纵摇角速度的变化趋势(即微分的正负)来判断。

优选地，步骤2)中，水翼的翼片角度γ(t时刻)通过如下公式确定：

式中，

θ₁是t时刻的船体纵摇角，由传感器测量得到；

f(θ₁)是t时刻的静水回复力矩，由以下公式确定：f(θ₁)＝Δ×H×sinθ₁，其中Δ是船舶排水量，H是纵稳性高，由船体要求得到；

是t时刻的阻尼力矩，由以下公式确定：其中I_gy是水线面对通过重心横轴的纵向惯性矩，由船体要求得到，f为常数，具体应用实例取f＝0.18计算；

是t时刻的惯性力矩，由以下公式确定：J_yy是船体本身对通过重心横轴的转动惯量，J_yy′是船体对通过重心横轴的附加转动惯量，由船体要求得到；

θ是0时刻(任取某时刻为0时刻)的船体纵摇角，由传感器测量得到，θ为初始值；

f(θ)是0时刻的静水回复力矩，由以下公式确定：f(θ)＝Δ×H×sinθ，其中Δ是船舶排水量，H是纵稳性高，由船体要求得到；

是0时刻的阻尼力矩，由以下公式确定：其中I_gy是水线面对通过重心横轴的纵向惯性矩，由船体要求得到，f为常系数，具体应用实例取f＝0.18计算；

是0时刻的惯性力矩，由以下公式确定：J_yy是船体本身对通过重心横轴的转动惯量，J_yy′是船体对通过重心横轴的附加转动惯量，由船体要求得到；

ρ是海水密度，通常取值为1.025g/cm³；

v是船航速，由船舶需求得到；

A是水翼面积，对于正面为矩形的翼片由以下公式确定：A＝bl，b为水翼弦长，l为水翼展长；

d是水翼中心到船体漂心的距离，近似等于垂线间长的一半，即d＝0.5L_PP，L_PP为船体垂线间长；

δ是水翼转角与升力系数间的关系系数，由具体翼型得到；