舰船航态监测及预报系统研究

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1、舰船航态监测及预报系统研究蒋志勇副教授华东船舶工业学院［!%!""&］姚震球硕士／副教授华东船舶工业学院［!%!""&］王志东硕士／副教授华东船舶工业学院［!%!""&］张文斌硕士华东船舶工业学院［!%!""&］摘要基于随机理论基础的研究方法，应用矩函数法求解随机风浪中舰船的非线性横摇响应，提出了风浪中舰船安全航行的动稳性简化指标，研究建立将理论研究成果与测量技术、数据处理、计算机应用相结合的舰船浮态、稳性监测系统数学模型，给出舰船航态监测及预报系统设计方案。关键词船舶航态稳性监测系统中图分类号’()#*)+%*!系统软件!引言系统软

2、件按功能分为两个基本模块：控制程序舰船在风浪中的航行是一种复杂的随机运动过模块进行系统设置、监测控制和接口控制；应用程序程，由于理论分析计算条件的简化和修正，对航态变模块完成系统的传感器查询、数据收集、数据标准处化随机特性的研究成果的适用范围非常有限，需要理和计算以及结果和控制信号的产生，主要功能有：模型试验及实船进行验证，而达到实用更需要一段舰船实时浮态参数计算，自动倾斜试验、重心高度自相当的发展过程。舰船航态监测及预报研究由此成动测量以及自动配载计算，静水稳性曲线参数数据为舰船理论与实用技术研究的重要课题。我们基于库维护，结合气象

3、条件和环境参数的稳性衡准计算，航海仪器实时测量系统的安全监测技术研究，应用波浪中复原力矩、附加回复力矩计算，等效扰动力及随机理论基础的研究方法，建立和提出了舰船浮态、系统参数识别，舰船横摇幅值及稳性安全区域预报，稳性监测的数学模型以及航态监测及预报系统方舰船浮态和稳性状态实时显示。案，开展了舰船在风浪中航态的实时监测、计算及预#舰船航态监测及预报数学模型报研究。舰船航态包括舰船航行时的浮态和稳性状态。"系统方案设计考虑随机风浪条件下，舰船横摇运动的幅值较大，所应用高精度测量仪器进行随机数据的处理技受的复原力、阻尼力和波浪力等均不能再作

4、为运动术，通过实时数值分析和自适应识别技术求解舰船参数的线性函数，而应该考虑复原力和阻尼力等的横摇运动水动力系数，运用矩函数法求解随机风浪非线性特点。因此，在研究随机风浪中舰船稳性时，中舰船的非线性横摇响应，设计了舰船航态监测及必须综合考虑舰船横摇运动的随机性和非线性的特预报系统方案。图%是系统流程框图［%］。征，通过对随机非线性横摇运动方程的求解，建立舰船动稳性衡准。%*%系统硬件系统的主要硬件为：脉冲反射液位测量子系统、!*%舰船随机非线性横摇运动方程动态参数测量子系统、波浪和风向风速测量仪、计算在不规则波浪的作用下，舰船的非线性

5、横摇运机控制及接口装置。系统运行时，动态参数测量仪动方程可用下列一般形式表示：安装在舰船重心轴线位置附近，提供(个自由度的（!""#$""）%!#&（’!）#(（!）)*（+）（%）角速度、角加速度动态参数的自动实时监测。舰船式中：!""———船体惯性矩；首尾两舷及各液舱内安装液位传感器，实时测量舰$""———附加惯性矩；船的吃水深度、各液舱自由液面深度和晃荡情况，还&（’!）———阻尼力矩；可用于各种液货的温度、压力等参数自动实时监测。%!———横摇角加速度；万方数据!""!年第#期·$%·图!舰船航态监测及预报系统流程图!!———

6、横摇角速度；非线性特征，阻尼力矩和恢复力矩均采用“线性项#!———为横摇角；立方项”的形式，则由（$）式很容易推导出非线性横"（!）———恢复力矩；摇运动方程的展开形式：（’)）*!"!!"!!&#（$）———扰动力矩；((&(($&$$&%$&（+,%）!&+,!!%#（$）!#"##$（$）##%（$）$&&+,%!"$&%"$#"———平均风倾力矩；&+,%!&（$）&#（$）（%）$%#$%#$（$）———脉动风倾力矩；式中："$———线性阻尼系数；#%（$）———波浪扰动力矩。"%———非线性阻尼系数；由于风倾力矩中的定常部

7、分使船舶产生平均倾+———舰船的排水量；角!（!"），因此对于稳定的横摇过程，船舶倾斜的,$———线性恢复力矩系数；"计算与静水中的平衡状态（!!"）无关，而与倾角!,%———非线性恢复力矩系数。"根据随机非线性运动的矩函数理论［%］进行方时的状态相关。为此引入变量程的求解得：!（$）%!"&!$（$）同时考虑到（$）式中的阻尼力矩和恢复力矩项中的万方数据·’%·%""%年第(期##"$!!!!!"!""!#!!#!!!#!#!!"!!""!"!""""（$）!##$$##$$#$!!!!"#!#!$"""!"!"%"%$"##$$#

8、#$##$"!""其中：!!%&!———倾角"!的均值；!!———倾角"的方差；!"!!———’"的方差；!"!"()!%$()""&，#$()""&，#!!""!"!*++%,++!*++%,++图!非线性随机横摇运动