一种超大型船舶安全富裕水深的确定方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种超大型船舶安全富裕水深的确定方法及系统。该方法包括：获取超大型船舶运行参数值；根据参数值，得到流体压力；根据流体压力，得到超大型船舶受到的下沉力和纵倾力矩；根据速度势建立镜像模型，建立超大型船舶下沉量计算模型；根据上述算模型，确定半波升高度；根据下沉力和纵倾力矩，得到吃水变化和纵倾变化；根据吃水变化和纵倾变化，确定船体最大下沉量；根据咸淡水差、横倾增加吃水、油水消耗减少吃水量、半波升高度和船体最大下沉量，确定船舶安全富裕水深；根据船舶安全富裕水深，控制超大型船舶的下沉量。本发明专利技术不仅能够通过控制船舶下沉量避免船舶在航行中出现危险，而且能够提高超大型船舶的装载率。

A method and system to determine the safe clearance depth of super large ships

【技术实现步骤摘要】
一种超大型船舶安全富裕水深的确定方法及系统
本专利技术涉及船舶富裕水深计算领域，特别是涉及一种超大型船舶安全富裕水深的确定方法及系统。
技术介绍
随着国际贸易的迅猛发展，水路运输的日趋繁荣，水路运输交通流量的也在快速增长，水路运输交通组织的难度在逐步增加，水路的事故总量逐年增加，事故类型包括很多种，其中最主要的是碰撞事故，这给航运企业、交通海事部门以及相关航运辅助企业带来巨大损失。富裕水深(UnderKeelClearance，UKC)是船舶在通过浅滩或在浅水水域航行时船底必须保留的水深余量，是防止船舶拖底、触底、搁浅和失控的基本要素。当船舶航行在浅水水域时，因其周围流场的变化，使船体下沉、纵倾变化和操纵性能变差，为了避免船舶拖底、触底、搁浅和失控等险情的发生，必须充分地考虑到船底与水底间的安全距离，即富裕水深值。目前研究超大型船舶安全富裕水深的方法主要是基于经验取值，这种方法并未考虑船舶在航行中，尤其在浅水水域的动态吃水部分。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种超大型船舶安全富裕水深的确定方法及系统，不仅能够通过控制船舶下沉量避免船舶在航行中出现危险，而且能够提高超大型船舶的装载率。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种超大型船舶安全富裕水深的确定方法，包括：获取超大型船舶运行参数值；根据所述超大型船舶运行参数值，得到流体压力；根据所述流体压力，得到超大型船舶受到的下沉力和纵倾力矩；通过速度势建立镜像模型；根据所述速度势建立镜像模型，建立超大型船舶下沉量计算模型；根据所述超大型船舶下沉量计算模型，确定半波升高度；根据所述下沉力和所述纵倾力矩，得到吃水变化和纵倾变化；根据所述吃水变化和所述纵倾变化，确定船体最大下沉量；获取咸淡水差、横倾增加吃水和油水消耗减少吃水量；根据所述咸淡水差、所述横倾增加吃水、所述油水消耗减少吃水量、所述半波升高度和所述船体最大下沉量，确定船舶安全富裕水深；根据所述船舶安全富裕水深，控制超大型船舶的下沉量。可选的，所述根据所述超大型船舶运行参数值，得到流体压力，具体包括：根据所述超大型船舶运行参数值采用公式得到流体压力；其中，p为流体压力，ρ为流体密度，g为重力加速度，U为船舶航速，φx为任意一点扰动速度势，为扰动速度势梯度。可选的，所述根据所述流体压力，得到超大型船舶受到的下沉力和纵倾力矩，具体包括：根据所述流体压力采用公式得到超大型船舶受到的下沉力；根据所述流体压力采用公式得到超大型船舶受到的纵倾力矩；其中，为坐标原点至船体湿表面SB上任意一点的向量，为船体受到的沿三个坐标轴方向的力，为船体受到的绕三个坐标轴旋转的力矩，为船体湿表面单位内法向矢量。可选的，所述根据所述超大型船舶下沉量计算模型，确定半波升高度，具体包括：根据所述超大型船舶下沉量计算模型，计算波面升高度；根据所述波面升高度，确定半波升高度。可选的，所述根据所述下沉力和所述纵倾力矩，得到吃水变化和纵倾变化，具体包括：根据所述下沉力和所述纵倾力矩采用公式得到吃水变化和纵倾变化；其中，F30为船体静浮状态时的下沉力，M20为船体静浮状态时的纵倾力矩，F为第k次迭代的船体下沉力，M为第k次迭代的船体纵倾力矩，△T为吃水变化量，△t为纵倾变化量。可选的，所述根据所述吃水变化和所述纵倾变化，确定船体最大下沉量，具体包括：根据所述吃水变化和所述纵倾变化，确定船体平均下沉量；根据所述船体平均下沉量采用Smax＝Lpp·(SM+0.5|t|)，得到船体最大下沉量；其中，LPP为船长，t为纵倾，Smax为船体最大下沉量，SM为船体平均下沉量。可选的，所述根据所述咸淡水差、所述横倾增加吃水、所述油水消耗减少吃水量、所述半波升高度和所述船体最大下沉量，确定船舶安全富裕水深，具体包括：根据所述咸淡水差、所述横倾增加吃水、所述油水消耗减少吃水量、所述半波升高度和所述船体最大下沉量采用公式确定船舶安全富裕水深；其中，HUKC为船舶安全富裕水深，δρ为咸淡水差，ΔB为横倾增加吃水，为半波升高度，δd为油水消耗减少吃水量，Squat为船舶最大下沉量。一种超大型船舶安全富裕水深的确定系统，包括：第一获取模块，用于获取超大型船舶运行参数值；流体压力确定模块，用于根据所述超大型船舶运行参数值，得到流体压力；下沉力/纵倾力矩确定模块，用于根据所述流体压力，得到超大型船舶受到的下沉力和纵倾力矩；镜像模型建立模块，用于通过速度势建立镜像模型；下沉量计算模型建立模块，用于根据所述速度势建立镜像模型，建立超大型船舶下沉量计算模型；半波升高度确定模块，用于根据所述超大型船舶下沉量计算模型，确定半波升高度；吃水变化/纵倾变化确定模块，用于根据所述下沉力和所述纵倾力矩，得到吃水变化和纵倾变化；船体最大下沉量确定模块，用于根据所述吃水变化和所述纵倾变化，确定船体最大下沉量；第二获取模块，用于获取咸淡水差、横倾增加吃水和油水消耗减少吃水量；船舶安全富裕水深确定模块，用于根据所述咸淡水差、所述横倾增加吃水、所述油水消耗减少吃水量、所述半波升高度和所述船体最大下沉量，确定船舶安全富裕水深；装载率确定模块，用于根据所述船舶安全富裕水深，控制超大型船舶的下沉量。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术一种超大型船舶安全富裕水深的确定方法及系统。通过获取超大型船舶运行参数值；根据参数值，得到流体压力；根据流体压力，得到超大型船舶受到的下沉力和纵倾力矩；根据速度势建立镜像模型，建立超大型船舶下沉量计算模型；根据上述算模型，确定半波升高度；根据下沉力和纵倾力矩，得到吃水变化和纵倾变化；根据吃水变化和纵倾变化，确定船体最大下沉量；根据咸淡水差、横倾增加吃水、油水消耗减少吃水量、半波升高度和船体最大下沉量，确定船舶安全富裕水深；根据船舶安全富裕水深，确定超大型船舶的装载率。通过船舶安全富裕水深不仅能够通过控制船舶下沉量避免船舶在航行中出现危险，而且能够提高超大型船舶的装载率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术超大型船舶安全富裕水深的确定方法流程图；图2为本专利技术富裕水深示意图；图3为本专利技术船舶在浅水中航行示意图；图4为本专利技术自由面、船体表面和岸壁表面关于水底的镜像示意图；图5为本专利技术船体表面的网格划分示意图；图6为本专利技术设计航速下船舶的自由面网格划分图；图7为本专利技术超大型船舶安全富裕水深的确定系统结构图。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超大型船舶安全富裕水深的确定方法，其特征在于，包括：/n获取超大型船舶运行参数值；/n根据所述超大型船舶运行参数值，得到流体压力；/n根据所述流体压力，得到超大型船舶受到的下沉力和纵倾力矩；/n通过速度势建立镜像模型；/n根据所述速度势建立镜像模型，建立超大型船舶下沉量计算模型；/n根据所述超大型船舶下沉量计算模型，确定半波升高度；/n根据所述下沉力和所述纵倾力矩，得到吃水变化和纵倾变化；/n根据所述吃水变化和所述纵倾变化，确定船体最大下沉量；/n获取咸淡水差、横倾增加吃水和油水消耗减少吃水量；/n根据所述咸淡水差、所述横倾增加吃水、所述油水消耗减少吃水量、所述半波升高度和所述船体最大下沉量，确定船舶安全富裕水深；/n根据所述船舶安全富裕水深，控制超大型船舶的下沉量。/n

【技术特征摘要】
1.一种超大型船舶安全富裕水深的确定方法，其特征在于，包括：
获取超大型船舶运行参数值；
根据所述超大型船舶运行参数值，得到流体压力；
根据所述流体压力，得到超大型船舶受到的下沉力和纵倾力矩；
通过速度势建立镜像模型；
根据所述速度势建立镜像模型，建立超大型船舶下沉量计算模型；
根据所述超大型船舶下沉量计算模型，确定半波升高度；
根据所述下沉力和所述纵倾力矩，得到吃水变化和纵倾变化；
根据所述吃水变化和所述纵倾变化，确定船体最大下沉量；
获取咸淡水差、横倾增加吃水和油水消耗减少吃水量；
根据所述咸淡水差、所述横倾增加吃水、所述油水消耗减少吃水量、所述半波升高度和所述船体最大下沉量，确定船舶安全富裕水深；
根据所述船舶安全富裕水深，控制超大型船舶的下沉量。


2.根据权利要求1所述的超大型船舶安全富裕水深的确定方法，其特征在于，所述根据所述超大型船舶运行参数值，得到流体压力，具体包括：
根据所述超大型船舶运行参数值采用公式得到流体压力；
其中，p为流体压力，ρ为流体密度，g为重力加速度，U为船舶航速，φx为任意一点扰动速度势，▽φ为扰动速度势梯度。


3.根据权利要求1所述的超大型船舶安全富裕水深的确定方法，其特征在于，所述根据所述流体压力，得到超大型船舶受到的下沉力和纵倾力矩，具体包括：
根据所述流体压力采用公式得到超大型船舶受到的下沉力；
根据所述流体压力采用公式得到超大型船舶受到的纵倾力矩；
其中，为坐标原点至船体湿表面SB上任意一点的向量，为船体受到的沿三个坐标轴方向的力，为船体受到的绕三个坐标轴旋转的力矩，为船体湿表面单位内法向矢量。


4.根据权利要求1所述的超大型船舶安全富裕水深的确定方法，其特征在于，所述根据所述超大型船舶下沉量计算模型，确定半波升高度，具体包括：
根据所述超大型船舶下沉量计算模型，计算波面升高度；
根据所述波面升高度，确定半波升高度。


5.根据权利要求1所述的超大型船舶安全富裕水深的确定方法，其特征在于，所述根据所述下沉力和所述纵倾力矩，得到吃水变化和纵倾变化，具体包括：
根据所述下沉力和所述纵倾力矩采用公式得到吃水变化和纵倾变化；
其中，F30为船体静浮状态时的下沉力，M20为船...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘敬贤，马勇，刘钊，佟海森，徐言民，李欢欢，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42