[发明专利]一种液货船配载仪中舱室液面高度计算方法

权利要求书

1.一种液货船配载仪中舱室液面高度计算方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、获取液舱三维数据

采用液舱内表面三维数据作为计算的数据来源；为了方便描述舱内液货的相对位置，引入参考坐标系EX₀Y₀Z₀，此坐标系是一个左手直角坐标系，其中E点为船舶中横剖面、中纵剖面以及基平面的交点，EX₀轴水平指向船首为正，EZ₀轴竖直向上为正，EY₀轴垂直于EX₀轴水平向右为正；查询装载手册得到舱室容积中心P点坐标，以P点在舱室基平面上的投影O点为原点建立舱室直角坐标系OXYZ，其中OXY面与舱室基平面重合，OX轴平行于EX₀轴，指向船首方向为正，OZ轴垂直于OXY平面向上为正，OY轴垂直于OXZ平面向右为正，所有的计算都是建立在舱室直角坐标系上的；

沿船长方向按照固定间隔δ对舱室进行切割，得到每个横剖面处的液舱型线多边形，得到舱室内表面三维数据；所述的间隔δ为0.10±0.01m；

B、计算舱容参数

由于船舶在运营过程中会不可避免的产生横纵倾，液舱内的液体会随着船舶的横纵倾等体积自由流动以达到平衡状态，在计算船舶浮态和稳性时，需要重新确定液面高度以计算舱室自由液面惯性矩，进行自由液面修正；下面基于舱室内表面三维数据，在已知船舶横倾角、纵倾角及液货体积的情况下，利用逐次线性化法确定液舱内的液面高度，使计算得到的液面高度下的舱室容积等于初始液货体积；船舶在横摇及纵倾过程中，船舶总体积保持不变，船舶横倾角θ、纵倾角φ已知，需要计算出舱室液面高度h：

其中液货参数方程为：

V₀-V＝0 (1)

隐式表示为：

f(h)＝0 (2)

式中，V₀为舱室初始液货体积，V为给定θ、φ、h参数下的液货体积；

C、用逐次线性化法计算实际舱室液面高度

逐次线性化法的基本思想是利用计算液货体积和实际液货体积的差值以及当前液面面积，不断修正液面高度，使计算体积逐渐逼近实际体积，直到确定最终的液面高度；首先查询装载手册中的平吃水舱容表，利用已知的液货体积通过内插得到船舶平吃水时的舱内液面高度，将液面高度h的初始值设置为此高度；已知φ、θ、h，通过积分求得液面下的液货体积V，利用V与V₀的差和当前液面高度下水线面面积S修正h，得到最终结果；

采用逐次线性化的方法得到线性化方程如下：

df(h_k)(h-h_k)+f(h_k)＝V₀ k＝0,1,2,… (3)

式中，h_k为第k次计算时的液面高度，f(h)为液面高度为h时的液货体积，df(h_k)为f(h)在h_k处的偏导；由静力学原理得：

式中，S为液面高度h时的舱室水线面面积；

在第k次计算时式(3)写成如下形式：

S·dh_k+f(h_k)＝V₀ (5)

第k+1次的计算参数见下式：

h_k+1＝h_k+dh_k (6)

逐次线性化法计算流程如下：

C1、令i＝1，给定h第1次迭代初始值h₁

C2、采用梯形积分法计算液面高度h₁下的的体积V₁，

式中，L为舱室长度，A₁为舱室方向x处横剖面的面积；

C3、判断是否满足终止条件

f(h)＝|V₀-V₁|＜ε (8)

若满足，输出当前液面高度h，结束；若不满足，令i＝2，转步骤C4；

C4、进行第i次迭代，计算新的液面高度h_i+1

式中，V_i、s_i分别为液面高度为h_i的液货体积及液面面积；

C5、判断是否满足终止条件：

f(h_i)＝|V₀-V_i|＜ε (10)

若满足，输出当前液面高度h，结束；若不满足，令i＝i+1，转步骤C4。