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船舶减摇技术

/ship anti-rolling technology/
条目作者綦志刚

綦志刚

最后更新 2023-05-30
浏览 114
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减小船舶摇荡,从而提高船舶耐波性能的技术。

英文名称
ship anti-rolling technology
所属学科
控制科学与工程

船舶在海上航行时,由于受到海浪、海风及海流等海洋环境扰动的作用,不可避免地要产生六自由度运动,即横摇运动、纵摇运动、首摇运动、横荡运动、升沉运动和纵荡运动。船舶的横摇运动在船舶的六自由度运动中是最剧烈的,影响也是最大的。过大的横摇运动不但影响船舶的航行,给船舶上的装备带来不良影响,使其无法正常工作,而且还会对船上货物和人员带来不安全因素,减小船舶乘坐的舒适性。因此,船舶设计师和控制工程师做了不少努力,相继设计各种减摇装置以减小船舶的横摇运动,提高船舶的耐波性能。

船舶减摇装置从减摇原理来说,主要是通过以下3种减摇方式实现减小船舶横摇运动:

①增大阻尼系数。这种减摇方式称为阻尼稳定。阻尼的物理含义指能量的消耗,这种减摇方式在任何情况下都是有效的,尤其是在谐摇区效果最显著。②减小船舶固有频率。这种减摇方式称为谐摇稳定。减小船舶固有频率,使船舶的固有频率避开波浪扰动频率。这种减摇方式只对强制振荡有效,使遭遇频率按正确的方向改变。但是,由于实际的海面上有着各种频率的波浪,改变船舶固有频率的做法并不总是合适的,并且制造一种装置来改变船舶固有频率也是不现实的,只能在设计船舶时考虑这一点,使船舶的固有周期避开此船舶服务海域发生最频繁波浪的周期。③直接减小扰动力或力矩。这种方式称为平衡稳定。通过施加一个与扰动力矩相位相反的稳定力矩,从而使扰动力矩减小。原则上这种减摇方式适用于所有的摇摆运动。

减少船舶横摇的方式多种多样,虽然各种减摇设备无论在作用原理方面或实际结构方面彼此间都有很大的差别,但绝大部分减摇设备的减摇原理都是通过产生对抗船舶横摇的减摇力矩,从而减小船舶横摇。

随着减摇技术的发展,船舶上用来减摇的设备已经从最初的被动式减摇设备发展成主动式减摇设备。为了改善船用减摇设备的减摇效率,对其研究也主要集中在以下两个方面:①优化减摇设备的流体特性,如改变减摇鳍的形状等,从而产生更大更有效的减摇力矩;②优化主动减摇设备的控制规律,使减摇设备在不同海浪干扰下,依然可以保持较高的减摇效率。

随着对海洋开发力度的加大,产业界对船舶在低航速和零航速下能否稳定作业,提出了更高的要求,各种用于船舶在零航速和低航速下的减摇设备应运而生,同时学者们对船舶在零航速和低航速下的减摇技术的研究也在进行着。

  • 王科俊.海洋运动体控制原理. 2版.哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2007.
  • 金鸿章,李国斌.船舶特种装置控制系统.北京:国防工业出版社,1995.
  • 陶尧森.船舶耐波性.上海:上海交通大学出版社,1996.

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