維修母船最穩(wěn)要求下的配載方法分析

周根明　吳如坤

（江蘇科技大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003）

維修母船最穩(wěn)要求下的配載方法分析

周根明吳如坤

（江蘇科技大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003）

探討優(yōu)化方法在浮船塢浮態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)中的應(yīng)用，結(jié)合工程實(shí)際問(wèn)題，依據(jù)靜力學(xué)力平衡原理，以實(shí)際工程需要為目標(biāo)，以各調(diào)節(jié)水艙實(shí)時(shí)水位為自變量，建立浮船塢配載數(shù)學(xué)模型。針對(duì)該模型采用matlab軟件進(jìn)行編程計(jì)算，求出有效的配載方案，以及Simulink進(jìn)行仿真計(jì)算，求出穩(wěn)性最好的配載方法。計(jì)算結(jié)果表明該算法對(duì)穩(wěn)性最優(yōu)解的求解具有可行性，同時(shí)該方法簡(jiǎn)便可行，思路清晰，結(jié)合現(xiàn)在計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算功能，適用性廣，可顯著提高工作效率。

船塢配載；matlab；數(shù)據(jù)庫(kù)；Simulink

浮船塢的浮態(tài)調(diào)節(jié)是使用過(guò)程中經(jīng)常遇到的一個(gè)實(shí)際問(wèn)題。解決這個(gè)問(wèn)題的一種常用方法是根據(jù)各壓載水艙的液位和浮船塢左右舷首中尾等處吃水情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于一般浮船塢的調(diào)節(jié)水艙數(shù)量較多，調(diào)節(jié)的方案有很多種，所以選擇一個(gè)合適的調(diào)節(jié)方案是很重要的。在子船進(jìn)塢之后整體重心提高，導(dǎo)致穩(wěn)性降低；其次在惡劣海況下作業(yè)時(shí)，防止翻船的危險(xiǎn)，所以在配載過(guò)程中如果能夠保持這種狀態(tài)下最穩(wěn)的配載方法，必然能提高母船的作業(yè)能力。船舶的最穩(wěn)狀態(tài)，即船舶在某特定水位的穩(wěn)性最好。在船舶結(jié)構(gòu)無(wú)法改變的情況下，只能通過(guò)研究加載水的布局，分析穩(wěn)性的最佳狀態(tài)。

1　設(shè)計(jì)方案

1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

本文設(shè)計(jì)思路包括三大部分：首先由船舶的平衡條件以及實(shí)際艙容限制求得滿足條件的所有配載方法；建立數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)的連接；建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解對(duì)比得到穩(wěn)性最好狀態(tài)下的加載方案。

1.2具體方案

1.2.1配載方法求解

浮動(dòng)船塢在加減載荷的過(guò)程中需要滿足母船的平衡，即盡量沒(méi)有縱橫傾，所以必須滿足力的平衡和力矩的平衡，另外有艙容作為限制條件，對(duì)于實(shí)際問(wèn)題我們可以設(shè)定調(diào)節(jié)水量為1t的倍數(shù)。

由此建立4個(gè)約束條件：力平衡和力矩平衡以及調(diào)節(jié)水艙水量的上限和下限。前兩個(gè)屬等式約束，后兩個(gè)屬不等式約束。力平衡就是浮力與重力大小相等，即假定水艙中水量是左右對(duì)稱(chēng)調(diào)節(jié)的，因此忽略力矩平衡中的橫傾力矩。且假定分段上塢時(shí)不產(chǎn)生橫傾力矩，主要考慮縱傾力矩的平衡，即。假定各水艙水量上限為滿艙，空艙時(shí)都存在殘留水，即0=＜p（i）=max（i）-v（i）壓載水量為0.1t的倍數(shù)［1］。對(duì)于求解過(guò)程，采用matlab編程求出有效的配載方案［2］。

1.2.2數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)的連接

數(shù)據(jù)采用Simulink與SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行訪問(wèn)。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中采用Real Time Windows Target輸入/出模塊中的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)卡設(shè)備與外界進(jìn)行通信，實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中的控制信號(hào)，傳入Simulink模型，更改Simulink參數(shù)，同時(shí)，再利用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)卡設(shè)備將計(jì)算出的數(shù)據(jù)傳出，存于數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器［3］。

1.2.3求解穩(wěn)性最好狀態(tài)下的加載方案

由于水的加載過(guò)程以及浮動(dòng)船塢船型的特點(diǎn)。對(duì)于某個(gè)艙的加減載我們可以采用裝卸小量載荷對(duì)船舶初穩(wěn)性的影響公式。

由上述公式可以看出，影響船舶穩(wěn)性的主要參數(shù)為各艙加載水的中心高度z。由于加載高度屬于標(biāo)量參數(shù)，所以每一個(gè)壓載艙對(duì)穩(wěn)性高的影響值可以采取疊加求和。對(duì)每一種配載方法分別進(jìn)行計(jì)算，比較求得最優(yōu)解。

建立等效高度的Simulink仿真計(jì)算模型如下：

圖1　Simulink仿真計(jì)算模型

2　實(shí)例計(jì)算

以4 000t浮動(dòng)船塢為例某浮船塢總長(zhǎng)96.30m，型寬42.13m，型深5.70m，共有17個(gè)壓載艙，其中有16個(gè)為對(duì)稱(chēng)布置，為簡(jiǎn)化計(jì)算對(duì)稱(chēng)布置艙室進(jìn)行合并，即調(diào)節(jié)過(guò)程中對(duì)稱(chēng)的艙室閥門(mén)同時(shí)動(dòng)作，艙內(nèi)水量也做加權(quán)處理。調(diào)節(jié)壓載水艙的水量使浮船塢吃水由2.5m變?yōu)?.6m。加載水的等效加載高度如下

圖2　等效加載結(jié)果

由結(jié)果顯示此浮動(dòng)船塢等效加載高度最小值為0.69m，此時(shí)壓載水量坐標(biāo)為（00753180 29192360），比工程提供數(shù)據(jù)有所改進(jìn)，具體操作1艙、中間艙、8艙不加水，2艙加7t水，3艙加53t水，4艙加180t水，5艙加291t水，6艙加92t水，7艙加36t水。

3　結(jié)語(yǔ)

利用matlab進(jìn)行計(jì)算，建立Simulink仿真計(jì)算模型，并且建立數(shù)據(jù)庫(kù)與Simulink的連接進(jìn)行動(dòng)態(tài)計(jì)算，能夠分析計(jì)算出保持一定吃水狀態(tài)下對(duì)于維修母船的穩(wěn)性計(jì)算有著很重要的實(shí)際意義，能夠?qū)δ覆白鳂I(yè)提供定量的穩(wěn)性參考，對(duì)穩(wěn)性調(diào)節(jié)有著基礎(chǔ)性的作用，為船舶壓載水仿真與監(jiān)控系統(tǒng)提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

［1］張?chǎng)危蹚V，肖民.船舶壓載水系統(tǒng)仿真模型研究［J］.江蘇科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，18（2）：11-15．

［2］何金花，葉瑰昀，王鶯.基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的船舶運(yùn)動(dòng)仿真［J］.艦船電子工程，2013，27（1）：114-116.

［3］Jin Laifeng，Li Houpu，Bian Shaofeng.A Study on the Method for Improving the Accuracy of Track Calculating［J］. HYDROGRAPHIC SURVEYING AND CHARTIG，2009，29（1）：18-20.

Research on the Loading Method about Mother Ship Maintenance with Stability

Zhou GenmingWu Rukun
（School of Energy and Power Engineering，Jiangsu University of Science and Technology，Zhenjiang Jiangsu 212003）

To explore the application of optimization method in the floating dock floating-state adjusting，com?bined with practical engineering problems，on the basis ofstatic force balance principle，aiming at practical engi?neering need，with real-time water levelof each water adjustingtankas independent variable，the floatingdock load?ing mathematical mode was established.In view of the model，using matlab software for programming calculation to find out effective stowage plan，using simulink for simulation calculation to get the best loading method.Calcu?lation results show that the proposed algorithm has feasibility for the optimal solution of the stability，the method is simple and feasible，with clear thought，in combination with powerful calculation function of present computers，it has wide applicability and can significantly improve the work efficiency.

The dock loading；matlab；The database；Simulink

U674

A

1003-5168（2015）05-0040-2

2015-4-20

周根明（1956-），男，教授，研究方向：節(jié)能技術(shù)，人工環(huán)境。