船舶耐波性横摇减摇装置课件

,Click to edit Master title style,Klicken Sie,um die Textformatierung des Masters zu bearbeiten.,Zweite Ebene,Dritte Ebene,*,*,Click to edit Master title style,Klicken Sie,um die Textformatierung des Masters zu bearbeiten.,Zweite Ebene,Dritte Ebene,*,*,船舶横摇减摇装置,1,2024/11/12,船舶横摇减摇装置12023/9/22,【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,2,2024/11/12,四、横摇固有周期及阻尼系数估算方法,【知识回顾】一、表观重力、有效波倾、横摇角二,船舶减摇技术现状及发展趋势主要内容,3,2024/11/12,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,船舶减摇技术现状及发展趋势主要内容32023/9/22船舶,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,4,2024/11/12,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。,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,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。,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,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。,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,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。,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,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。,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,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。,舱鳍联合减摇。由于减摇鳍在低航速时减摇效果较差，,而减摇水 舱虽然减摇效果没有减摇鳍高，但减摇水舱的,减摇效 果跟航速大小没关系，如果能够将二者组合起来，,按 一定规则协调一起工作，则,二者能够优劣互补,，在全,航速范围内实现完美的减摇效果。,减摇水舱发展趋势,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,3 减摇鳍,是减摇效果最好的主动式减摇装置，设计得好的减摇鳍在任何情况下可以使横摇幅值保持在,3,以内，在减小横摇的同时，在航速方面也可以得到好处。世界上第一套减摇 鳍装置于1923 年由日本三菱重工的元良信太郎博士设计。减摇鳍结构复杂，成本较高，需要动力和控制系统，,在低速情况下减摇效果很差，零航速时没有减摇效果,。目前多用于客船和军舰上。,3 减摇鳍 是减摇效果最好的主动式减摇装置，设计得好的减摇,减摇鳍是通过船体中部两舭伸出展弦比为,1-2,的机翼型翼片。当船在风浪中横摇时，在自动控制系统的控制下，根据横摇情况，不断改变鳍角，使鳍上产生的胜利在左右两舷方向始终相反，达到减小横摇的目的。减摇鳍可以分为收放在船体内的收放式和固定在舷外的非收放式，也可以分为分为开襟式（或称带襟翼的）鳍和非开襟式（整体式）鳍。,减摇鳍是通过船体中部两舭伸出展弦比为1-2的机翼型翼片。当船,鳍在船上最理想的位置是船舯的舭部。原因是鳍和横摇中心之间的距离最大；舭部是唯一可提供安装不可收放鳍的地方，使鳍限制在船外框线以内，避免鳍遭遇碰撞。一般对不可收放式鳍的安装有一要求，保证避碰角f不大于5度,。,鳍在船舯位置，避免船舶操舵运动的相互影响。,为了避免鳍上发生空泡，鳍应位于水下尽可能深的位置。,鳍因其他原因不能位于船舯时，鳍的位置向前比向后好，因为船体前半部分的周围流场受扰动较小，边界层较薄，因此对有效鳍面积影响较小。,鳍在船上最理想的位置是船舯的舭部。原因是鳍和横摇中心之间的距,减摇鳍在众多减摇装置中，减摇效果好，近年 来应用也为广泛。但历经多年的发展，减摇鳍已经 发生了较大的变化，具体表现在：,先进鳍翼的应用提升减摇鳍性能,人机接口现代化,升力反馈技术进一步提高减摇效果,小型减摇鳍由电动转鳍替代液压转鳍,非收放式减摇鳍紧凑化模块化，减少体积重量，简化船上安装,减摇的同时控制船舶倾角,在绿色造船背景下的节能环保型减摇鳍,减摇鳍发展趋势,减摇鳍在众多减摇装置中，减摇效果好，近年 来应用也为广泛。但,4 减摇陀螺,利用陀螺转子产生阻摇的稳定力矩使舰艇减小摇摆。陀螺的旋转力（旋转力矩）与船舶的横向摇摆呈相反方向，从而起到抑制摇摆的效果。减摇陀螺的减摇效果一般为 33%47%，因安装方便，噪音低，且无舷外部件而在小型游艇上应用较多见。世界上减摇陀螺主要厂商有美国 Seakeeper公司，澳大利亚 Halcyon 公司，日本的三菱重工，另一家澳大利亚公司SEA GYRO公司。,4 减摇陀螺 利用陀螺转子产生阻摇的稳定力矩使舰艇减小摇摆,近几年在减摇陀螺上进行了大量的研发投入，,使得减摇陀螺技术取得了可喜的进 步，单台设备能够提供的稳定力矩越来越大。,Seakeeper 近研制成功并投入市场的 M26000 型减 摇陀螺（图 20），提供的稳定力矩比老款足足提高了 25%，虽然消耗功率只有 3kW，单台设备已足可满足 排水量达 110t 的船的减摇需求，而通过多台减摇陀螺 联合作用，其装船对象的吨位足以令人吃惊。该公司 的减摇陀螺减摇效果高达 80%，几乎可以与减摇鳍媲美，但其消耗功率却比减摇鳍小，安装远比减摇鳍 方便，且其减摇能力跟航速无关，,在豪华游艇、巡逻 艇等小型船市场上发展前景广阔,。世界上致力于减摇 陀螺设计的公司有增多的趋势。图 21 为澳大利亚 Sea Gyro公司的减摇陀螺。,减摇陀螺,发展趋势,近几年在减摇陀螺上进行了大量的研发投入，使得减摇陀螺技术取得,5 舵减摇,舵减摇的原理正是基于转舵产生横摇力矩以及横摇的自摇周期比 艏摇周期，在航向控 制舵（低频）上叠加横摇减摇操舵（高频），正确控制舵的动作（包括幅度、方向、相位），,有效地利用舵产 生的横摇力矩部分抵消波浪产生的横摇扰动力矩，实现在控制航向的同时减小横摇。,舵减摇于 1972 年被首次提出来，并在一艘商船上取得成功，至 20 世纪 90 年代初国外已有定型产品出售。舵减摇对某些特殊船舶减摇效果可达 50%70%。与鳍减摇装置相比，舵减摇具有造价低，所占空间小，使用和维修方便，以及便于对原来没有配备减摇装置的现役船舶进行加装改造等优点。舵减摇缺点是需要,很大的功率和舵速,，民用船舶的舵机必须进行改造方可安装。另外，舵减摇控制器对,船舶参数高度敏感,，船体结构的微小变化、船舶装载的改变、船舶航速的变化及舵机参数的改变等所引起的船舶参数的变化都会使减摇效果下降，甚至使减摇控制失败。,5 舵减摇 舵减摇的原理正是基于转舵产生横摇力矩以及横摇的,6 减摇重块,通过移动重物来改变船体重心的位置，从而保证船舶的平稳性。这种减摇装置在船上布置难度很大，且功率太大，现在很少有船愿意选装，,利用重块作船舶横剖面内沿曲线轨道滑动所产生的力矩以减摇，因其有撞击船舶的危险和产生噪声而影响实际使用,。资料表明，日本有技术人员在研究对该技术进行改进，以便更适合在船上应用。,6 减摇重块 通过移动重物来改变船体重心的位置，从而保证,7 新型减摇装置,全航速都能够减摇的设备（零航速减摇鳍,具备减纵摇功能的减摇设备,新船型的姿态稳定与控制,是美国一公司为航速达60kn游艇和商船供货 的姿态控制设备，安装在高速船的尾部，可用来控制 航行时船舶的纵倾和纵摇。,7 新型减摇装置 全航速都能够减摇的设备（零航速减摇鳍,近年来，世界船舶技术在大型化、高速化、高性能化三个方面的进步非常明显，这对船舶减摇技术提出了新的要求和挑战。又随着人们对舒适度的要求更 加苛刻，加上现代工业与信息技术的进步提供了条件，与八九十年代相比，船舶减