船舶静水横摇倾斜试验及计算方法与流程

1.本发明涉及船舶技术领域，尤其涉及一种船舶静水横摇倾斜试验及计算方法。


背景技术：

2.船舶完工时需要进行倾斜试验，以确定船舶的重量重心，其中采用固定压铁作为重物在两舷移动和采用压载水左右调拨是较为常见的试验方法。以上两种试验方法试验时间较长，长达几个或几十个小时等，且适用于中大型船舶。对于一些船长在70m及以下的首制船、经过反复重大修改、稳性资料缺失的船舶，不宜采用重物和压载水方式进行倾斜试验，因此需要一种船舶静水横摇倾斜试验及计算方法，以确定船舶的初稳性高度gm，从而获得船舶的重量重心位置。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种船舶静水横摇倾斜试验及计算方法，用以解决现有技术中船长在70m及以下的首制船、经过反复重大改装、稳性资料缺失、初稳性高度确定耗时费力的难题。
4.本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：
5.本发明提供了一种船舶静水横摇倾斜试验及计算方法，包括：
6.确保在船舶进行静水横摇倾斜试验准备阶段已满足预设条件；
7.确保在船舶进行静水横摇倾斜试验前已完成预设工作；
8.利用跑动人员的跑动以使船舶达到预定的横摇角度，进行预设数量的静水横摇试验并记录试验数据；
9.利用所述试验数据按照预设方法计算船舶的重量及重心位置。
10.优选的，其中，所述利用跑动人员的跑动以使船舶达到预定的横摇角度，进行预设数量的静水横摇试验并记录试验数据包括：
11.根据船舶的吨位情况，安排预设重量的跑动人员以预设速度从船舶的一舷循环跑到另一舷以使船舶的横摇角度不小于预设值；
12.基于船舶的横摇角度满足预设要求，使全部所述跑动人员跑至船舶的中纵剖面处保持静止不动；
13.在船舶的横摇期间，通过在船舶甲板面的各个目标点配备的观察员测定船舶的静水自由横摇周期；
14.执行预设数量的前述试验，并记录各次试验下的试验数据。
15.优选的，其中，所述利用所述试验数据按照预设方法计算船舶的重量及重心位置包括：
16.通过记录的船舶吃水ta、tm、tf获得船舶试验时的平均吃水d；
17.根据试验时所获得的船舶摇摆周期t、横摇周期系数c、船宽b、平均吃水d、试验时水线处船舶长度l获得自由液面修正前的初稳性高gm0；
18.如船舶在倾斜试验时，存在未装满的液舱，对船舶试验状态时的初稳性高修正以获取自由液面修正的初稳性高gm1；
19.根据初稳性高gm0和初稳性高gm1求取自由液面修正后的初稳性高gm：
20.由试验时船舶的浮心lcb、试验时首尾吃水差d
af
和总排水量
△
获得船舶试验时的纵向重心位置xg；
21.由试验时的船中处左右吃水差dm、船宽b和已求取的gm，获得船舶试验时的横向重心位置yg；
22.由试验时船舶的横稳心高kmt和已求取的gm，获得船舶试验时的垂向重心位置zg；
23.根据试验时多余重量gd、试验时多余重量纵向重心位置xd、试验时多余重量横向重心位置yd、试验时多余重量垂向重心位置zd、试验时不足重量gb、试验时不足重量纵向重心位置xb、试验时不足重量横向重心位置yb、试验时不足重量垂向重心位置zb、试验时船舶总排水量
△
、纵向重心位置xg、横向重心位置yg、垂向重心位置zg求取空船重量g及重心位置x、y、z。
24.优选的，其中，空船重量及重心位置采用下式计算生成：
25.g＝
△‑
gd+gb26.x＝(
△
*x
g-gd*xd+gb*xb)/g
27.y＝(
△
*y
g-gd*yd+gb*yb)/g
28.z＝(
△
*z
g-gd*zd+gb*zb)/g。
29.优选的，其中，d＝(ta+6tm+tf)/8。
30.优选的，其中，gm0＝4(cb/t)2。
31.优选的，其中，c＝0.373+0.023b/d-0.00043l。
32.优选的，其中，gm1＝∑i*β；其中，i为液舱自由液面横向惯性矩，β为未装满液舱液体密度。
33.优选的，其中，gm＝gm0+gm1。
34.优选的，其中，xg＝lcb+(d
af
*mtc*100)/
△
35.yg＝dm*gm/b
36.zg＝kmt-gm；
37.其中，mtc为每厘米纵倾力矩。
38.本发明至少具有以下特点及优点：
39.1、本发明可应用于船长在70m及以下的首制船、经过反复重大修改、稳性资料缺失、不宜采用重物或者压载水调拨的船舶。
40.2、相比较移动重物或调拨压载水的倾斜试验方案，该试验耗时较短，整个试验时间预计在1小时内可完成，相比较前两种方案，预计耗时数小时到十几小时不等，方便快捷。
41.3、本发明对如何将静水横摇试验、自由液面修正、重量和重心计算过程进行了详细论述，为进行该类试验的计算提供了技术基础，具有广泛的应用意义。
附图说明
42.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于
本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
43.图1为本发明船舶静水横摇倾斜试验及计算方法的流程框图。
具体实施方式
44.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下文所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
45.本发明提供了一种船舶静水横摇倾斜试验及计算方法，请参见图1，包括：
46.s1、确保在船舶进行静水横摇倾斜试验准备阶段已满足预设条件；
47.s2、确保在船舶进行静水横摇倾斜试验前已完成预设工作；
48.s3、利用跑动人员的跑动以使船舶达到预定的横摇角度，进行预设数量的静水横摇试验并记录试验数据；
49.s4、利用试验数据按照预设方法计算船舶的重量及重心位置。
50.在一些实施例中，s3、利用跑动人员的跑动以使船舶达到预定的横摇角度，进行预设数量的静水横摇试验并记录试验数据包括：
51.s31、根据船舶的吨位情况，安排预设重量的跑动人员以预设速度从船舶的一舷循环跑到另一舷以使船舶的横摇角度不小于预设值；
52.s32、基于船舶的横摇角度满足预设要求，使全部跑动人员跑至船舶的中纵剖面处保持静止不动；
53.s33、在船舶的横摇期间，通过在船舶甲板面的各个目标点配备的观察员测定船舶的静水自由横摇周期；
54.s34、执行预设数量的前述试验，并记录各次试验下的试验数据。
55.在一些实施例中，s4、利用试验数据按照预设方法计算船舶的重量及重心位置包括：
56.s41、通过记录的船舶吃水ta、tm、tf获得船舶试验时的平均吃水d；
57.s42、根据试验时所获得的船舶摇摆周期t、横摇周期系数c、船宽b、平均吃水d、试验时水线处船舶长度l获得自由液面修正前的初稳性高gm0；
58.s43、如船舶在倾斜试验时，存在未装满的液舱，对船舶试验状态时的初稳性高修正以获取自由液面修正的初稳性高gm1；
59.s44、根据初稳性高gm0和初稳性高gm1求取自由液面修正后的初稳性高gm：
60.s45、由试验时船舶的浮心lcb、试验时首尾吃水差d
af
和总排水量
△
获得船舶试验时的纵向重心位置xg；
61.s46、由试验时的船中处左右吃水差dm、船宽b和已求取的gm，获得船舶试验时的横向重心位置yg；
62.s47、由试验时船舶的横稳心高kmt和已求取的gm，获得船舶试验时的垂向重心位置zg；
63.s48、根据试验时多余重量gd、试验时多余重量纵向重心位置xd、试验时多余重量横
向重心位置yd、试验时多余重量垂向重心位置zd、试验时不足重量gb、试验时不足重量纵向重心位置xb、试验时不足重量横向重心位置yb、试验时不足重量垂向重心位置zb、试验时船舶总排水量
△
、纵向重心位置xg、横向重心位置yg、垂向重心位置zg求取空船重量g及重心位置x、y、z。
64.在一些实施例中，空船重量及重心位置采用下式计算生成：
65.g＝
△‑
gd+gb66.x＝(
△
*x
g-gd*xd+gb*xb)/g
67.y＝(
△
*y
g-gd*yd+gb*yb)/g
68.z＝(
△
*z
g-gd*zd+gb*zb)/g。
69.在一些实施例中，d＝(ta+6tm+tf)/8。
70.在一些实施例中，gm0＝4(cb/t)2。
71.在一些实施例中，c＝0.373+0.023b/d-0.00043l。
72.在一些实施例中，gm1＝∑i*β；其中，i为液舱自由液面横向惯性矩，β为未装满液舱液体密度。
73.在一些实施例中，gm＝gm0+gm1。
74.在一些实施例中，xg＝lcb+(d
af
*mtc*100)/
△
75.yg＝dm*gm/b
76.zg＝kmt-gm；
77.其中，mtc为每厘米纵倾力矩。
78.下面通过一个具体实施例来对本发明做进一步的介绍与说明，请参见图1：
79.船舶在进行静水横摇试验准备阶段，需要满足以下条件：
80.(1)在倾斜试验时，船舶应处于接近完工状态。
81.(2)横摇试验应在港内或受风、流水及潮汐较小的平静水域内进行
82.(3)在倾斜试验期间，船舶应只从甲板单根系泊艏部和艉部。如果需要，也可以使用斜系缆绳。所使用的缆绳要求是松弛的，以保证船舶自然漂浮。
83.(4)船舶水下应保证有足够的水深以保证船舶在最大横倾时自由漂浮，且不受任何其他方面的影响。在试验前，水深应该被测量记录以确保船舶未触及海底。
84.(5)所有舱室应尽可能达到空或者满舱,如存在未装满舱室，应记录其舱室液位高度、体积等信息，以便计算在后续计算中考虑自由液面对初稳性高的影响。
85.(6)试验时应使船舶处于或接近设计规定的空船状态。使船上所有的主要设备、装置和试验载荷位于其正确位置，其它的所有工具和残余物均应从船上移去。甲板上不可有水积聚。
86.(7)若限于条件，难以达到设计空船状态时，多余重量和不足重量均不应超过设计空船排水量的1％，且需将其重量及重心位置详细填入多余或不足物品重量重心表内。试验所需移动重量及必要的压载和试验人员不受上述多余重量的限制。
87.(8)船上一切可摇动、滚动或悬挂的装置、设备及物件等，均应固定于其应在的位置，不应在试验过程中移动或摆动。
88.(9)关好阀门，以防水、油的流动或流失。
89.(10)参加试验人员应位于规定的位置，记明他们的重量和重心位置，不参加试验
的人员应全部离船。
90.静水横摇试验开始前，应完成以下工作：
91.(1)测量试验水域的水密度和船舶各位置的吃水，以确定船舶试验时的排水量。
92.(2)记录船舶试验时的不足重量及对应的重心位置。
93.(3)记录船舶试验时的多余重量及对应的重心位置。
94.(4)记录船舶试验时的液舱舱室装载情况，含液位深度及液体密度信息。
95.在完成以上准备工作后，准备进行静水横摇试验。步骤如下：
96.(1)根据船舶的吨位情况，安排一组人员以一定速度从左舷跑到右舷，再从右舷跑到左舷，使船舶达到横摇的目的，其横摇角度不小于4
°
。跑动人员的数量和跑动速度可通过多次试验获取，从而达到预定的横摇角度。
97.(2)船舶达到既定的横摇角度后，指挥员发出“停止”信号后，跑动人员立即回到船舶中纵剖面处静止不动。
98.(3)在船舶横摇期间，在甲板面适当位置配备3-4个配备秒表的观察员，各自选择岸上或其它远处的某个固定目标来测定船舶的静水自由横摇周期t。
99.以上人员跑动的静水横摇试验反复进行三次，并记录，本发明中涉及的参数含义如下表所示：
100.[0101][0102]
试验和数据记录完成后，即可进行船舶重量重心的计算，计算方法如下：
[0103]
根据上表所示计算所需参数，船舶重量和重心计算步骤如下：
[0104]
(1)通过记录的船舶吃水ta、tm、tf获得船舶试验时的平均吃水:
[0105]
d＝(ta+6tm+tf)/8
[0106]
同时根据试验水域的水密度ρ，根据静水力表或者通过napa软件计算试验时的船舶的总排水量
△
，如存在纵倾应考虑纵倾对排水量的影响，并进行纵倾修正。
[0107]
(2)根据试验时所获得的船舶摇摆周期t(多次测量的平均值)、横摇周期系数c、船宽b、平均吃水d、试验时水线处船舶长度l获得自由液面修正前的初稳性高gm0：
[0108]
gm0＝4(cb/t)2
[0109]
c＝0.373+0.023b/d-0.00043l
[0110]
(3)如船舶在倾斜试验时，存在未装满的液舱，需对船舶试验状态时的初稳性高修正，其自由液面修正的初稳性高gm1为：
[0111]
gm1＝∑i*β(即液舱自由液面的质量矩之和)
[0112]
(4)根据计算获得的自由液面修正前的gm0和自由液面修正的初稳性高gm1求取自由液面修正后的初稳性高gm：
[0113]
gm＝gm0+gm1[0114]
(5)由试验时船舶的浮心lcb、d
af
和总排水量
△
获得船舶试验时的纵向重心位置xg：
[0115]
xg＝lcb+(d
af
*mtc*100)/
△
[0116]
(6)由试验时的船中处左右吃水差dm、船宽b和已求取的gm，获得船舶试验时的横向重心位置yg：
[0117]
yg＝dm*gm/b
[0118]
(7)由试验时船舶的横稳心高kmt和以求取的gm，获得船舶试验时的垂向重心位置zg：
[0119]
zg＝kmt-gm
[0120]
(8)求取空船重量及重心位置
[0121]
g＝
△‑
gd+gb[0122]
x＝(
△
*x
g-gd*xd+gb*xb)/g
[0123]
y＝(
△
*y
g-gd*yd+gb*yb)/g
[0124]
z＝(
△
*z
g-gd*zd+gb*zb)/g
[0125]
其中，上式中各参数含义如下表所示：
[0126][0127]
最终通过以上公式求得了目标船的重量g及重心位置x、y、z。
[0128]
本发明至少具有以下优点：
[0129]
1、本发明可应用于船长在70m及以下的首制船、经过反复重大修改、稳性资料缺失、不宜采用重物或者压载水调拨的船舶。
[0130]
2、相比较移动重物或调拨压载水的倾斜试验方案，该试验耗时较短，整个试验时间预计在1小时内可完成，相比较前两种方案，预计耗时数小时到十几小时不等，方便快捷。
[0131]
3、本发明对如何将静水横摇试验、自由液面修正、重量和重心计算过程进行了详细论述，为进行该类试验的计算提供了技术基础，具有广泛的应用意义。
[0132]
以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

技术特征：
1.一种船舶静水横摇倾斜试验及计算方法，其特征在于，包括：确保在船舶进行静水横摇倾斜试验准备阶段已满足预设条件；确保在船舶进行静水横摇倾斜试验前已完成预设工作；利用跑动人员的跑动以使船舶达到预定的横摇角度，进行预设数量的静水横摇试验并记录试验数据；利用所述试验数据按照预设方法计算船舶的重量及重心位置。2.根据权利要求1所述的船舶静水横摇倾斜试验及计算方法，其特征在于，所述利用跑动人员的跑动以使船舶达到预定的横摇角度，进行预设数量的静水横摇试验并记录试验数据包括：根据船舶的吨位情况，安排预设重量的跑动人员以预设速度从船舶的一舷循环跑到另一舷以使船舶的横摇角度不小于预设值；基于船舶的横摇角度满足预设要求，使全部所述跑动人员跑至船舶的中纵剖面处保持静止不动；在船舶的横摇期间，通过在船舶甲板面的各个目标点配备的观察员测定船舶的静水自由横摇周期；执行预设数量的前述试验，并记录各次试验下的试验数据。3.根据权利要求2所述的船舶静水横摇倾斜试验及计算方法，其特征在于，所述利用所述试验数据按照预设方法计算船舶的重量及重心位置包括：通过记录的船舶吃水t
a
、t
m
、t
f
获得船舶试验时的平均吃水d；根据试验时所获得的船舶摇摆周期t、横摇周期系数c、船宽b、平均吃水d、试验时水线处船舶长度l获得自由液面修正前的初稳性高gm0；如船舶在倾斜试验时，存在未装满的液舱，对船舶试验状态时的初稳性高修正以获取自由液面修正的初稳性高gm1；根据初稳性高gm0和初稳性高gm1求取自由液面修正后的初稳性高gm：由试验时船舶的浮心lcb、试验时首尾吃水差d
af
和总排水量
△
获得船舶试验时的纵向重心位置x
g
；由试验时的船中处左右吃水差d
m
、船宽b和已求取的gm，获得船舶试验时的横向重心位置y
g
；由试验时船舶的横稳心高kmt和已求取的gm，获得船舶试验时的垂向重心位置z
g
；根据试验时多余重量g
d
、试验时多余重量纵向重心位置x
d
、试验时多余重量横向重心位置y
d
、试验时多余重量垂向重心位置z
d
、试验时不足重量g
b
、试验时不足重量纵向重心位置x
b
、试验时不足重量横向重心位置y
b
、试验时不足重量垂向重心位置z
b
、试验时船舶总排水量
△
、纵向重心位置x
g
、横向重心位置y
g
、垂向重心位置z
g
求取空船重量g及重心位置x、y、z。4.根据权利要求3所述的船舶静水横摇倾斜试验及计算方法，其特征在于，空船重量及重心位置采用下式计算生成：g＝
△‑
g
d
+g
b
x＝(
△
*x
g-g
d
*x
d
+g
b
*x
b
)/gy＝(
△
*y
g-g
d
*y
d
+g
b
*y
b
)/gz＝(
△
*z
g-g
d
*z
d
+g
b
*z
b
)/g。
5.根据权利要求4所述的船舶静水横摇倾斜试验及计算方法，其特征在于，d＝(t
a
+6t
m
+t
f
)/8。6.根据权利要求5所述的船舶静水横摇倾斜试验及计算方法，其特征在于，gm0＝4(cb/t)2。7.根据权利要求6所述的船舶静水横摇倾斜试验及计算方法，其特征在于，c＝0.373+0.023b/d-0.00043l。8.根据权利要求7所述的船舶静水横摇倾斜试验及计算方法，其特征在于，gm1＝∑i*β；其中，i为液舱自由液面横向惯性矩，β为未装满液舱液体密度。9.根据权利要求8所述的船舶静水横摇倾斜试验及计算方法，其特征在于，gm＝gm0+gm1。10.根据权利要求8所述的船舶静水横摇倾斜试验及计算方法，其特征在于，x
g
＝lcb+(d
af
*mtc*100)/
△
y
g
＝d
m
*gm/bz
g
＝kmt-gm；其中，mtc为每厘米纵倾力矩。

技术总结
本发明公开了一种船舶静水横摇倾斜试验及计算方法，包括：确保在船舶进行静水横摇倾斜试验准备阶段已满足预设条件；确保在船舶进行静水横摇倾斜试验前已完成预设工作；利用跑动人员的跑动以使船舶达到预定的横摇角度，进行预设数量的静水横摇试验并记录试验数据；利用所述试验数据按照预设方法计算船舶的重量及重心位置。本发明可应用于船长在70m及以下的首制船、经过反复重大修改、稳性资料缺失、不宜采用重物或者压载水调拨的船舶。宜采用重物或者压载水调拨的船舶。宜采用重物或者压载水调拨的船舶。


技术研发人员：王少华 谢勰 王耀 孙楠
受保护的技术使用者：中船黄埔文冲船舶有限公司
技术研发日：2023.05.11
技术公布日：2023/7/20