維修母船最穩要求下的配載方法分析

周根明　吳如坤

（江蘇科技大學能源與動力工程學院，江蘇 鎮江 212003）

維修母船最穩要求下的配載方法分析

周根明吳如坤

（江蘇科技大學能源與動力工程學院，江蘇 鎮江 212003）

探討優化方法在浮船塢浮態實時調節中的應用，結合工程實際問題，依據靜力學力平衡原理，以實際工程需要為目標，以各調節水艙實時水位為自變量，建立浮船塢配載數學模型。針對該模型采用matlab軟件進行編程計算，求出有效的配載方案，以及Simulink進行仿真計算，求出穩性最好的配載方法。計算結果表明該算法對穩性最優解的求解具有可行性，同時該方法簡便可行，思路清晰，結合現在計算機強大的計算功能，適用性廣，可顯著提高工作效率。

船塢配載；matlab；數據庫；Simulink

浮船塢的浮態調節是使用過程中經常遇到的一個實際問題。解決這個問題的一種常用方法是根據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行調節。由于一般浮船塢的調節水艙數量較多，調節的方案有很多種，所以選擇一個合適的調節方案是很重要的。在子船進塢之后整體重心提高，導致穩性降低；其次在惡劣海況下作業時，防止翻船的危險，所以在配載過程中如果能夠保持這種狀態下最穩的配載方法，必然能提高母船的作業能力。船舶的最穩狀態，即船舶在某特定水位的穩性最好。在船舶結構無法改變的情況下，只能通過研究加載水的布局，分析穩性的最佳狀態。

1　設計方案

1.1系統設計思路

本文設計思路包括三大部分：首先由船舶的平衡條件以及實際艙容限制求得滿足條件的所有配載方法；建立數據與數據庫的連接；建立數學模型進行求解對比得到穩性最好狀態下的加載方案。

1.2具體方案

1.2.1配載方法求解

浮動船塢在加減載荷的過程中需要滿足母船的平衡，即盡量沒有縱橫傾，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，對于實際問題我們可以設定調節水量為1t的倍數。

由此建立4個約束條件：力平衡和力矩平衡以及調節水艙水量的上限和下限。前兩個屬等式約束，后兩個屬不等式約束。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稱調節的，因此忽略力矩平衡中的橫傾力矩。且假定分段上塢時不產生橫傾力矩，主要考慮縱傾力矩的平衡，即。假定各水艙水量上限為滿艙，空艙時都存在殘留水，即0=＜p（i）=max（i）-v（i）壓載水量為0.1t的倍數［1］。對于求解過程，采用matlab編程求出有效的配載方案［2］。

1.2.2數據與數據庫的連接

數據采用Simulink與SQL Server 2000數據庫數據傳輸的方式進行訪問。系統運行過程中采用Real Time Windows Target輸入/出模塊中的標準網卡設備與外界進行通信，實時接收數據庫服務器中的控制信號，傳入Simulink模型，更改Simulink參數，同時，再利用標準網卡設備將計算出的數據傳出，存于數據庫服務器［3］。

1.2.3求解穩性最好狀態下的加載方案

由于水的加載過程以及浮動船塢船型的特點。對于某個艙的加減載我們可以采用裝卸小量載荷對船舶初穩性的影響公式。

由上述公式可以看出，影響船舶穩性的主要參數為各艙加載水的中心高度z。由于加載高度屬于標量參數，所以每一個壓載艙對穩性高的影響值可以采取疊加求和。對每一種配載方法分別進行計算，比較求得最優解。

建立等效高度的Simulink仿真計算模型如下：

圖1　Simulink仿真計算模型

2　實例計算

以4 000t浮動船塢為例某浮船塢總長96.30m，型寬42.13m，型深5.70m，共有17個壓載艙，其中有16個為對稱布置，為簡化計算對稱布置艙室進行合并，即調節過程中對稱的艙室閥門同時動作，艙內水量也做加權處理。調節壓載水艙的水量使浮船塢吃水由2.5m變為3.6m。加載水的等效加載高度如下

圖2　等效加載結果

由結果顯示此浮動船塢等效加載高度最小值為0.69m，此時壓載水量坐標為（00753180 29192360），比工程提供數據有所改進，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　結語

利用matlab進行計算，建立Simulink仿真計算模型，并且建立數據庫與Simulink的連接進行動態計算，能夠分析計算出保持一定吃水狀態下對于維修母船的穩性計算有著很重要的實際意義，能夠對母舶作業提供定量的穩性參考，對穩性調節有著基礎性的作用，為船舶壓載水仿真與監控系統提供了數據基礎。

［1］張鑫，姚壽廣，肖民.船舶壓載水系統仿真模型研究［J］.江蘇科技大學學報，2004，18（2）：11-15．

［2］何金花，葉瑰昀，王鶯.基于虛擬現實技術的船舶運動仿真［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：節能技術，人工環境。