Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ 出疆ｌ 新一代半潜船装载仪的开发 谢伟明，赵成璧 （中远航运股份有限公司，广州５１０６００；华南理Ｔ大学土木与交通学院，广州５１０６４０） 摘 要：本文介绍了一种应用于半潜船的装载仪， 本装载仪具有甲板货建模、计入甲板货的稳 性与浮态计算、自由纵倾的稳性与浮态计算等功能。 经过多年的使用，本装载仪得到了使用者及 使用单位的一致好评。 关键词：装载仪；自由纵倾；稳性与浮态 Ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ａ Ｎｅｗ Ｔｙｐｅ ｏｆ Ｌｏａｄｉｎｇ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｆｏｒ Ｓｅｍｉ－Ｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅ Ｖｅｓｓｅｌ ＸＩＥ Ｗｅｉｍｉｎｇ，ＺＨＡＯ Ｃｈｅｎｇｂｉ （ｃｏｓｃｏ Ｓｈｉｐｐｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０６４０；Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０６４０） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆ ｌｏａｄｉｎｇ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｆｏｒ ｓｅｍｉ—ｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅ ｖｅｓｓｅｌ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｉｔ ｈａｓ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇ ｄｅｃｋ ｃａｒｇｏ ｍｏｄｅｌ，ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｆｌｏａｔｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｄｅｃｋ ｃａｒｇｏ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｆｌｏａｔｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｉｎ ｆｒｅｅ ｔｒｉｍ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｅｔｃ．Ａｆｔｅｒ ｓｅｖｅｒａｌ ｙｅａｒｓ ｏｆ ｐｒａｃｔｉｃｅ，ｉｔ ｏｂｔａｉｎｓ ｍｕｃｈ ｍｏｒｅ ｇｏｏｄ ｒｅｐｕｔａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｕｓｅｒｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｌｏａｄｉｎｇ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ；Ｆｒｅｅ Ｔｒｉｍ；Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ １引言 ２主要功能介绍 本配载仪主要由甲板货建模、装载、联合静力学、 浮态、完整稳性、强度、破舱稳性、实时跟踪、警告等 模块组成，其主要模块功能如下。 ２．１货物建模模块 由于全球经济的持续发展，世界各国特别是发展中 国家大量进行基础建设，诸如港口航道的建设、桥梁道 路建设等，催生了大型设备运输市场，其中的半潜驳、 调载船就成为行业运输的中坚力量。这类型船的装卸货 是采用浮上和浮下的方法，需要船舶下潜，当下潜时即 建模就是以计算机能够理解的方式，对实体进行确 切的定义，赋予一定的数学描述，再以一定的数据结构 主甲板浸没在水下时，船舶自身的水线面积很小，再加 上重心相对很高的货物，如果光靠船舶自身的浮力是不 足已托起货物的，为此我们在设计排压载计划和计算稳 性的时候必须把货物所提供的浮力贡献计算在内，因 此开发一套能够满足这项作业配载要求的系统是十分 必要的。 形式对所定义的几何实体加以描述，从而在计算机内部 构造一个实体的模型。为了满足不同货物的要求而且保 证数据运算简单，此系统采取了二维线框建模和三维表 面建模两种方式。 线框建模是利用基本线素来定义设计日标的棱线部 分而构成的立体框架图。线框建模生成的模型是由一系 列的直线、圆弧、点及自由曲线组成，描述的是产品的 本文对国内外配载系统软件进行了大量的资料收集 及调查研究工作。不仅广泛征求公司技术工程师和船舶 船长、大副意见和看法，而且还与造船厂、设计公司、 船级社的技术人员进行多次的技术交流与沟通，最后形 成了半潜船配载仪的设计需求。 轮廓外形。在计算机内部生成三维映像，还可实现视图 变换及空间尺寸的协调。 表面建模是将物体分解成组成物体的表面、边线和 作者简介：谢伟明（１９７８一），男，工程硕士，研究方向：船舶与海洋结构物设计、制造。 收稿日期：２０１０年５月９日 躅Ｉｉｊ疆Ｉ Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ 顶点，用顶点、边线和表面的有限集合来表示和建立物 际上流行的计算船舶浮态和稳性的方法。 体的计算机内部模型。表面建模是通过对实体的各个表 面或者曲面进行描述而构成实体模型的一种建模方法， 在计算船舶浮态时，采用求解船舶浮态平衡方程的 方法，即 用面来定义一个物体，并能精确确定物体表面上任意一 个点的ｘ、Ｙ、ｚ坐标值。表面模型的描述有两种：一是 基于线框模型扩充为表面模型，可以将封闭的边界定义 成一个环，或有向边界，则由此封闭边界所定义的为一 其中： ｆ ｌ 一Ｗ：０ ｛ ＋ ’辔 ＝０ 【ｍ ＋ ’留 ：０ （１） 分别为横倾角与纵倾角， ， 为船舶排 ＝ ・个面。另一表面模型是基于曲线曲面的描述方法，将物 体分解成组成物体的表面、边线和顶点，用顶点、边 水体积与重量，为水的密度 Ｖ・ＴＣＢ～Ｗ・ＴＣＧ 线和表面的有限集合来表示和建立物体的计算机内部 模型。 采用本装载仪完成的线框模型和表明模型如图１、 图２所示。 图１线框模型 图２表明模型 ２．２浮态和完整稳性计算模块 为了能适应装载不同的超重件货物，新一代半潜船 用七十五个液舱其中压载舱就多达四十五个。此外在计 算船舶稳性时往往会遇到接近极限值的情况（如ＧＭ在 ０—０．３ ｍ问），如果船舶模型不精确的话，将会造成本 该能装的货不能装，而不能装的货却误认为可以装上 船。为此我们屏弃了传统配载仪利用船厂提供的静稳性 曲线表和液舱表进行计算船舶浮态和稳性。而是采用国 ｍ ＝ ・Ｖ・ＬＣＢ—Ｗ・ＬＣＧ ｍ ＝ －Ｖ・ＶＣＢ～Ｗ－ＶＣＧ 采用迭代方法求解出满足平衡方程的平均吃水ｄ、 横倾角 与纵倾角 ，随之亦可以计算出船舶静水力参 数。 计算船舶静稳性曲线采用的方法为，在不同的横倾 角０下，求解下面方程 ｛一Ｗ＝０ １ ｍ ＋ ．留 ＝０ （２） 采用迭代方法求解出满足平衡方程的平均吃水与 纵倾角，再计算出倾斜水线面下的浮心位置等，进～ 步可以计算出静稳性曲线。 采用本装载仪完成的浮态、稳性衡准和稳性曲线如 图３、图４所示。 图３浮态、稳性衡准 图４稳性曲线 另外由于每次配载都需要算几十个状态，计算速度 龃Ｉ湖 ｉｊ Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ 进行比对，第一种是根据七十多个液体舱传感器的数据 进行计算；第二种是根据船舶吃水传感器的数据进行计 算：第三种是针对个别传感器数据误差较大而采取人工 修正数据的办法来计算；第四种是针对水尺传感器误差 较大而采取人工修正数据的办法来计算。经过实践操 作，以上比对方法能很好地为操作人员提供参考数据。 ３结论 经过多年来的货载实践及跟国际专业软件的比较， 图５装载界面 本软件的可靠性比较高，而且更贴近实际操作，为半潜 船装载超大型货载的设计和操作提供必要的参考数据。 参考文献 ［１］赵晓非，林焰．关于解船舶浮态问题的矩阵方法［Ｊ］．中国造船， １９８５（３） 的快慢将直接影响到工作效率的高低。因此本配载仪对 其整个计算模型进行了全面的数值计算优化，使其运算 速度与常规船用配载仪相似。除此以外，为了便于船员 及设计人员的操作，本配载仪具有友好的图形界面。图 ５表示的是船舶装载界面。 ２．３实时跟踪计算模块 尽管设计人员设计好排压载计划，但由于货物的实 际参数往往与申报的参数有误差，而且半潜船在装卸货 过程中会经常出现稳性较危险的情况。在实际操作中， ［２］赵成壁，邹早建．船舶稳性计算程序ＥＳＴＡＢ［Ｊ］．武汉造船，２００１ （１）． ［３］史国友，洪碧光，贾传荧．散货船装载计算软件的开发与应用［Ｊ］． 大连海事大学学报，２００１，５ 往往需要根据实际情况进行调整排压载计划。为此本配 载仪增加了实时跟踪计算模块。本模块的原理是从船舶 ［４］张文斌，姚雪球，蒋志勇．船舶稳性理论研究的方法及进展［Ｊ］． 华东船舶工业学院学报，２００２（１）． Ｅ５］马坤，张明霞，纪卓尚．基于非线性规划法的船舶浮态计算［Ｊ］． 大连理工大学学报，２００３（３）． ［６］孙承猛，刘寅东．船舶浮态计算的一种优化方法［Ｊ］．大连海事大 学学报，２００６，５ 的综合控制系统里自动读取液体舱传感器里的数据及船 首部、中部和尾部传感器的吃水数据，然后根据各个传 感器数据及时预报船舶重量的实际值，船长和大副调整 船舶重量和做出相应的应对措施，从而准确地掌握船舶 浮态和稳性状况。液体舱传感器的误差常常也是造成船 舶重量不准确的误差源，本配载仪采取了四套计算模式 ［７］肖维维，李俊华，何刚，陶伟，冯佰威．船舶破舱稳性计算方法研 究［Ｊ］，中国水运，２００６，１ｌ嗣圈 （上接第２６页）另外，从噪声抑制的概念出发，必须严 格区分电源ＥＭＩ滤波器与电源滤波器。电源ＥＭＩ滤波器的 输入端通常与噪声源相连接，而输出端则通常与电网相 连接，主要是防止由电力电子装置产生的传导型噪声进 入电网。而电源滤波器的情况则恰恰相反，其输入端接 成为船舶电气设备的主要电磁干扰源之一。对此，必须加 强附加的滤波措施，如采用专门的有源和无源滤波装置。 ４结束语 随着计算机技术的迅猛发展和电力电子技术的日益 成熟，其在船舶电气设备中的应用必将得到进一步的推 电网，输出端接电子装置，其主要是防止电网输电线中 的各种高频、超高频及瞬态噪声，通过传导耦合进入电 子装置，对其造成干扰。 对于有较强脉冲信号幅度的控制线（如开关信号 广，因此加强对船舶电气设备电磁兼容性的研究，提高 船舶电气设备抗电磁干扰能力，可为船舶安全航行提供 可靠的技术保证。 参考文献 ［ｉ］陈武燕．浅谈现代舰船电磁干扰及干扰抑制［Ｊ］，船舶（１００１—９８５５ （２００３）０４ ００３２—０３）．２００３，４０—４ １ 线、传感器信号线等），可通过加装滤波元件，以防电 磁脉冲被导入面板上而辐射出去，选用的滤波元件，应 让有用信号正常通过（一般为直流或低频），而电磁干 扰脉冲信号（一般为高频或高次谐波）被有效抑制。由 于开关电源工作在高频开关状态下，具有功耗小、效率 高、体积小、输出功率大、输出电流、电压稳定度高、 ［２］陆林生．舰船电磁兼容设计制造探讨［Ｊ］，船舶（１００１ ９８５５（２００３） ０５ ００４８—０３）．２００３，４８—５０ 纹波系数好的优点，在船舶设备中开始逐渐开始使用， 日后也必将得到广泛使用。然而由于开关电源采用的是 高频开关电路，工作时会产生大量的高次谐波，对外发 出大量的传导干扰和辐射干扰，而开关电源自身的屏蔽 和滤波往往达不到很好的电磁兼容性能要求，因此，它将 ［３］谢跃敏，徐玉汉．提高船舶设备电磁兼容性能方法探讨［Ｊ］，机电 设备（１００５—８３５４（２００５）０３—００４２ ０４）．２００５，４２ ４５ ［４］陈巨龙，王军玲．舰艇设备的电磁屏蔽技术［Ｊ］，船电技术２００４， （３）２７—２９．翻日圈
