可控式U型被动减摇水舱的减摇效果.doc

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1、可控式U型被动减摇水舱的减摇效果贾正余，黄宇摘要：建立了船舶-水舱系统的运动方程，分析了U型减摇水舱对船舶的作用，导出了反映可控式U型被动减摇水舱设计减摇能力容量的理想减摇效果的计算公式.定义了反映水舱安装高度对理想减摇效果影响的横向特征面积，定义了影响水舱固有振荡周期和理想减摇效果的水柱特征长度.指出了设计使横向特征面积越小或者使水柱特征长度越大或者使振荡阻尼系数越小皆有利于提高理想减摇效果.关键词：船舶；船舶减摇；减摇水舱；U型水舱；被动减摇；减摇效果中图分类号：U661.32+1文献标识码：A文章编号：Effi

2、ciencyofpassivecontrolledU-typeanti-rollingtanksJIAZheng-yu,HUANGYu(No.704ResearchInstitute,CSIC)Abstract:Themotionequationofship-tanksystemsisdevelopedatfirst.Basedontheequation,theformulatoestimateidealefficiencywhichexpressesthecapabilityofadesignedpassiveco

3、ntrolledU-typeanti-rollingtankisdeduced.Bydefiningspecifictransversalareaandspecificlengthofwatercolumnfortanks,theeffectoftheheightofatankequippedinaship,theeffectofthewaterdamping,theeffectofwaterstorageetc.arediscussed.Thepaperdrawsconclusionsthatitiseffecti

4、vetoupratetheefficiencyofananti-rollingtankbyreducingthewaterdampinginthetank,byincreasingtheheightofthetankorthewaterstorage.Keywords:ship;rollingofships;anti-rollingtank;U-typetank;passivecontrolled;efficiencyofanti-rollingtanks0引言减摇水舱是减小船舶横摇的有效装置之一，已有120多年的应

5、用与发展历史，目前仍然被广泛采用.被动减摇水舱的优势是造价低廉，而且其减摇效能不受航速的制约.但是，对于不加控制的被动减摇水舱，由于其有效区域很窄，在非谐摇区可能会出现增摇情况，所以对其减摇效果的评价尚存争议.上个世纪六十年代出现了可控式被动减摇水舱，它是通过控制舱内水的自摇周期来适应使用环境的变化，避免了在非谐摇区出现较大的横摇幅值.随着研究的深入和控制技术的发展，可控式被动减摇水舱在适用范围、减摇效果以及应用推广方面都有了很大的进步.本文基于最基础的力学原理建立了船舶-水舱系统的运动方程，分析了被动减摇水舱对船舶

6、的作用，导出了估算可控式被动减摇水舱在控制得当情况下的理想减摇效果，并从理论上分析了水舱安装高度、储水量以及舱内水的阻尼等主要设计参数对理想减摇效果的影响.1船舶-水舱系统的运动方程1.1系统的物理模型船舶-水舱系统的物理模型如图1所示.图中L为水舱中纵剖面至边舱中纵剖面之间的距离.设船舶绕过M点（稳心）的纵轴横摇，j为水舱随船舶的横摇角，左右边舱内平均水位线的中点的连线绕过O点的纵轴横摇，当船舶的横摇角为j时，O点的位置移动至，舱内水自由表面附近的边舱壁是直的并且边舱是等截面的（面积为S）.显然，在储水量不变的情况

7、下，过O（）点的纵轴在船舶上的相对位置是不变的.如果假设船舶的横摇幅度较小并忽略因横荡引起的船的轨圆运动，那么可以近似认为过M点的纵轴在船舶上的相对位置也是不变的.图1U型被动减摇水舱物理模型设h0为船舶和舱内水都处于静止状态时舱内水的水位高度，h为水位传感器实测获得的右边舱内水位的平均高度，z为不考虑船舶升沉运动时右边舱内水位的绝对（相对于海平面）位移，那么，运动参数h、z、j之间存在如下几何约束关系：（1）式中，d为舱内水的相对水位高度，d=h－h0。并且，假设j较小，高阶较小项可以忽略.1.2系统的运动方程采用

8、能量法建立系统的运动微分方程[1]，所有物理量的单位均为SI制.系统的各能量项分别如下：1）船舶的横摇动能：（2）式中，I1表示不计舱内水质量时船舶质量和附连质量对过M点轴的惯性矩.2）船舶的横摇势能：（3）式中，D为船舶的排水量；为船舶的初稳性高度；g为重力加速度.3）船舶的耗散能：（4）式中，Nj为船舶的横摇阻尼力矩比例系数.4）舱内水的动