船舶破損進水流量的解析解算法研究

鄢凱　陳睿　安江波

摘 要：目前，在研究船舶破損進水流量計算時，通常使用流量差值迭代算法。然而，該算法的使用有一定的局限性，當多艙破損進水時，計算速度相對較慢，無法及時對船舶破損進水量以及破損進水后的姿態進行判斷。為此，文章結合矩形艙室的結構特點，建立了快速求解的解析解算法，并對該算法進行了仿真計算，計算結果表明該算法具有較高的快速性和準確性。

關鍵詞：船舶；破損流量；解析解；迭代

中圖分類號：U661 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）32-0114-02

Abstract： At present， the flow difference iteration algorithm is usually used in the study of ship damage inflow calculation. However， the use of this algorithm has some limitations， when the damaged multi-cabin water， the calculation speed is relatively slow， and it is unable to judge the water quantity of damaged ship and the posture of damaged water in time. Based on the characteristics of rectangular compartments， a fast analytical solution algorithm is established， and the simulation results show that the algorithm is fast and accurate.

Keywords： ship； damaged flow rate； analytical solution； iteration

1 概述

目前，在研究船舶破損進水流量計算時，通常使用流量差值迭代算法。該算法的優點在于可計算不規則形狀艙室的破損進水流量，然而其缺點是，當多艙破損進水時，計算速度相對較慢，無法及時對船舶破損進水量以及船舶破損進水后的姿態進行判斷，從而不能及時地為船舶破損之后的抗沉工作提供理論依據[1-2]。為此，有必要建立快速的求解算法。本文結合船舶上特別是大型船舶上矩形艙室相對較多的結構特點，建立快速求解的解析解算法，并對該算法進行了仿真計算驗證。

2 解析解算法

進水量差值迭代算法的優點在于對艙室的形狀沒有要求，具有普遍適應性，但當進水艙室較多時計算量將非常大，勢必耗費較長時間。船舶上有較多規則的矩形艙室，不需迭代算法，精確度高的解析算法便能快速求解[3-4]。

當艙內進水與艙室前后橫向艙壁相交均為梯形截面的情況，可進行解析求解。

某矩形艙室如圖1所示，艙內的進水體積為Vc，艙內進水體積與前后橫向艙壁相交于BEFC和B0E0F0C0，二者均為梯形。于是艙內水線面與矩形艙室交點的問題轉換為求線段BE、B0E0、C0F0以及CF長度的問題。

當艙室進水體積Vc確定時，上述線段長度均是可快速解析求解的。

3 案例計算

某魚雷在某船近距離非接觸爆炸，破損的艙室為m1、m2和m3，如圖2所示。共有3個破口：破口1在m1的右舷艙壁上，破口2在平臺上，破口3在水密艙壁上，艙室m2和m3是規則的矩形艙室。

本節分別使用流量差值迭代算法和解析解算法，對某船進水過程中的破口流量進行了計算，計算結果如圖3-4所示，其中橫坐標為計算機仿真計算所用的時間，單位為秒，縱坐標為進水艙室的滲透率，即進水體積與艙室體積的百分比。

艙室m2和m3是矩形艙室，由圖3和圖4知，對比使用迭代算法與解析解算法，在保證計算準確性的基礎上，使用本文的解析解算法的仿真計算時間減少較多。

4 結束語

在計算艙室破口流量時，差值迭代算法是一個非常有效的方法。然而，當多艙進水時，使用該算法的計算時間較長，無法及時對船舶破損進水量以及破損進水后的姿態進行判斷，從而不能為船舶破損之后的抗沉工作提供及時的理論依據。

為此本文在迭代算法的基礎上，結合船舶上特別是大型船舶上，較多矩形艙室的特點，建立了快速求解的解析解算法，并對某船進水過程進行了仿真計算，計算結果表明本文建立的算法具有較好的精度，與迭代算法相比，計算速度提高較多。

參考文獻：

[1]浦金云，金濤，邱金水.船舶生命力[M].北京：國防工業出版社，2008.

[2]Lee D，Hong S Y.Theoretical and Experimental Study on Dynamic Behaviour of a Damaged Ship in Waves[J].Ocean Engineering，2007（34）：21-31.

[3]楊威.破損進水對船舶運動的影響研究[D].武漢：武漢理工大學，2009.

[4]徐邦禎，杜嘉立，田佰軍.船舶破艙進水及其影響因素[J].大連海事大學學報，2004，30（1）：52-54.