船舶耐波性-横摇减摇装置讲义.ppt

* * * 【 知识回顾 】 一、表观重力、有效波倾、横摇角 二、横摇受力（复原力、阻尼力、惯性力、波浪扰动力） 三、横摇谐摇状态及临界状态 * * 四、横摇固有周期及阻尼系数估算方法 船舶减摇技术现状及发展趋势主要内容 * * 船舶横摇减摇装置概述 船舶减摇技术发展现状 现有减摇装置的发展趋势 未来的新型减摇装置 船舶在风浪中过大的横摇，会给船舶航行的使用性能造成一系列的有害影响，因此应设计性能优良的船舶。近百余年来，人们一直致力于研究减缓船舶摇摆的措施。，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。 一、概述 * * 减摇装置按其本身是否具有动力可以分为主动式和被动式两大类。主动式减摇装置依靠本身的动力和控制系统使船舶产生稳定力矩，以减少横摇。被动式减摇装置本身不具有动力，仅根据使船舶横摇的风浪扰动力矩大小而起作用。 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 。 在船舶舭部安装舭龙骨主要作用是在横摇时扰动船体周围流场，使船产生附加阻尼。舭龙骨的附加阻尼有两部分：舭龙骨面积和水的相对速度形成的压力差阻尼以及船体形状改变产生的表面阻尼。舭龙骨的设计主要根据母型船或船模试验来确定的。 位置：舭龙骨应设置在舭部距离横摇中心最远的部位，以产生尽可能大的稳定力矩，舭龙骨不应超过中站面的方框线之外。舭龙骨的长度方向的位置应与满载时舭部流线相一致。 尺度：舭龙骨在一舷的面积一般取L*d的2-4%，长度一般在船长的1/4-3/4之间。实践表明，舭龙骨的附加阻尼随着其宽度的增加而增加，但是对于长度有一个有效范围。舭龙骨宽度一般取0.2-1.2m。 结构：对于舭龙骨的最大宽度小于600mm的中小型船舶，可采用单板舭龙骨式样，大船可采用双层板空心舭龙骨。无论单板舭龙骨或双层板空行舭龙骨，其腹板于船体舭板的连接必须采用扁钢过渡。 2 减摇水舱 是装在船体内的一种特制水舱，当船横摇时，水舱内的水能从一舷流向另一舷，从而产生抵抗横摇的稳定力矩。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。减摇水舱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。 被动式减摇水舱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”。最常用的是U型水舱和槽型水舱。 可控被动减摇水舱是为了改善被动水舱的减摇性能，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。 主动式减摇水舱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。 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。 减摇水舱控制技术提高 。运用先进的非线性控制算法，提出了 各种不同的水舱控制策略，弥补减摇水舱的响应速度较慢的不足，提高了减摇水舱不同浪向和海况下的适应能力及减摇效果。 减摇水舱功能拓展。其中引人注目的一项功能拓展减摇水舱可通过额外并不复杂的改造而具有抗横倾功能，甚至主动生摇。这种功能码对需要在码头装载抗倾、以及需要破冰作业的船舶，实用性非常高。德国 Intering 公司新开发的多功能新型减摇水舱已经兼有减摇和抗倾功能。随着研究的深入，通过技术融合，减摇水舱终可以形成一个船舶姿态综合测量与控制系统。 控制水舱周期、相位的调节。采用气阀控制，通过气阀的开关动作来调节每个周期内舱内水的振荡相位。采用水阀调节水舱的自摇周期，采用气阀调节舱内水的振荡相位，在一定程度上提高了减摇效果。 舱鳍联合