內河船舶航行下沉量的實船測量方法
2023-06-11 18:01:51
內河船舶航行下沉量的實船測量方法
【專利摘要】本發明涉及一種測量內河船舶航行時下沉量的方法，屬於船舶優化設計及其航行安全【技術領域】，通過在船艏和船艉各布置一個水位計，船舯甲板上布置一個慣導系統，採用水位計同步測量船舶靜止與航行時的船艏、船艉處水位值，採用慣導系統測量船舶縱傾角，根據測點水位差、水位計間幾何關係、船舶縱傾角，計算出船舶艏、艉測點處及縱向任意位置的下沉量，測量出的下沉量精度高且穩定，並可得到船舶縱向任意位置的下沉量值。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種測量內河船舶航行時下沉量的方法，屬於船舶優化設計及其航行 安全【技術領域】。 內河船舶航行下沉量的實船測量方法
【背景技術】
[0002] 船舶航行下沉量是船舶航行時因水流繞船運動形成的相對於靜止狀態的船體下 沉值，它是確定船舶富裕水深、保證航行安全的重要參數。船舶航行下沉量常採用經驗公式 估算，但由於影響因素眾多，船型、航道條件的多樣複雜導致計算結果誤差較大，因此實船 測量船舶下沉量意義重大。
[0003] 目前實船測量航行下沉量主要是利用GPS和雷達式液位傳感器測量，均為單點測 量，無法獲取船體縱向下沉量及平均下沉量等參數。前者通過GPS分別獲取船舶靜止與航 行時的垂直高程，通過相減得到船舶航行下沉量，但GPS的垂直定位精度很低，目前高精度 GPS雙頻定位差分解析的垂向精度也僅達0. 05m量級，誤差與船舶下沉量同量級；後者則通 過測量船舶靜止與航行時液位傳感器至水面的垂直距離差確定下沉量，受水面下降、表面 漂浮物及風浪的影響較大，讀數不穩定。
【發明內容】
[0004] 針對以上缺陷，本發明提供一種高精度的船舶航行下沉量的實船測量方法。
[0005] 所述的方法包括：航行下沉量測量裝置及安裝方法、下沉量測量方法、下沉量計算 方法。
[0006] 所述航行下沉量的測量裝置包括：艏水位計、艉水位計、艏水位計支架、艉水位計 支架、慣導系統；
[0007] 所述下沉量測量裝置的安裝方法為：艏水位計通過艏水位計支架固定在待測船舶 船艏一側舷側，艏水位計與船舷的橫向距離d f應滿足下式：4>-0.0052tv/v: +(X25pv, 其中為cb為船舶方形係數，d為船舶吃水，v為船舶航速；艉水位計通過艉水位計支架固 定在待測船舶船艉，與艏水位計同一側舷側，艉水位計與船舷的橫向距離0. 5?1. 0m，縱 向距螺旋槳前方縱向距離xb應滿足xb > 〇. 35vR，其中R為螺旋槳直徑；艏水位計支架和 艉水位計支架平行並垂直於船舶縱軸線，艏水位計和艉水位計深入水平面的深度h需滿足 h > 0. lv，但不能低於船底；慣導系統固定在待測船舶船舯，與計算機相連。
[0008] 所述的下沉量測量方法為：測量時先使船舶在水中靜止，讀取艏水位計、艉水位計 初始值，以及待測船舶初始縱傾角；待測船舶勻速航行時，同步測量艏水位計、艉水位計航 行時水深；通過慣導系統測量縱傾角。
[0009] 所述的下沉量計算方法為：δ χ為距艏水位計距離X處的下沉量，計算公式如下：
[0010] δ f = Pf-pf0
[0011] sb = Pf+ Δ xsin ( α - α 〇) + Δ ycos ( α - α 〇) -Pb〇
[0012] Sx = Sf + f Sx
[0013] 其中，δ f為艏水位計處下沉量；
[0014] δ b為艉水位計處下沉量；
[0015] Pf(l為靜止時艏水位計初始水深；
[0016] PM為靜止時艉水位計的初始水深；
[0017] Pf為航行時艏水位計水深值；
[0018] α。為靜止時船舶縱傾角；
[0019] α為航行時船舶縱傾角；
[0020] Λ X為艏水位計支架和艉水位計支架在甲板平面上投影的中心線距離；
[0021] λ y為船舶靜止時艏水位計和艉水位計固定高差。
[0022] 本發明與現有技術相比有如下優點：
[0023] (1)精度高且穩定。水位計及慣導系統均為成熟的高精度測量設備，可保證下沉量 測量精度；
[0024] (2)可得到船舶縱向任意位置的下沉量值。通過需知位置至船艏水位計的水平距 離，即可計算出其下沉量，也可方便計算船舯的平均下沉量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025] 附圖1是本發明傳感器安裝的側視圖示意圖；
[0026] 附圖2是本發明傳感器安裝的後視圖示意圖；
[0027] 附圖3是本發明傳感器安裝的俯視圖示意圖；
[0028] 附圖4是本發明船舶下沉量計算示意圖。
[0029] 1待測船舶；2艏水位計；3艉水位計；4艏水位計支架；5艉水位計支架；6慣導系 統；7船舶靜止水面；8船舶航行水面。
【具體實施方式】
[0030] 實施例1
[0031] 船舶航行下沉量的實船測量方法，其傳感器安裝正視圖見圖1，側視圖見圖2,俯 視圖見圖3,其中1為船舶，2、3分別為船艏水位計和船艉水位計，4、5分別為船艏水位計和 船艉水位計的固定測架，6為慣導系統，7為航道水面。將水位計2、水位計3分別與測架4、 測架5固定，測架4和測架5均固定在船舶1甲板上，固定要求為：2個測架平行並垂直於 船舶縱軸線，測架4距船頭水平距離在4. 0m以內，橫向使水位計2伸出船舷1. 5m以上，垂 向使水位計2伸入水面7約0. 4?1. Om ;測架5水平向需拉開與螺旋槳、船舵的距離，橫向 使水位計3伸出船舷1. Om，垂向使水位計3需伸入水面7中0· 4?1. Om。測架固定好後， 根據水位計與測架的相對位置關係及測架與船舶的相對位置關係，算出船艏水位計2、船艉 水位計3沿甲板面的水平距離Δ X = 40m、垂直甲板面的高差Δ y = 0. lm。慣導系統6固 定在船舶1較平整的甲板面上，將傳感器連接電腦準備測量。
[0032] 測量時先使船舶在水中靜止，測出船艏水位計2、船艉水位計3的初始水深為Pf(l = 0. 5m、Pb(l = 0. 4m，以及船舶初始縱傾角c^ = 〇°。船舶勻速航行時，同步測量水位計2、水 位計3航行時水深Pf = 0. 7m、Pb及航行時縱傾角α =-〇. 5°。下沉量計算公式原理示意 圖見圖3,其中7為原靜止水面，8為航行時水面。因船艏水位計2可忽略船行波及水面下 降的影響，則水位計2處的下沉量可直接按船舶航行與靜止時水位計2的水位差計算，計算 公式如下：
[0033] δ f = Pf-Pf〇 = 〇. 7-0. 5 = 0.2 (m) (公式 1)
[0034] 水位計3處不可避免受到地受船行波及水面下降的影響，該處下沉量需利用與水 位計2的相對位置關係及其水深值計算，計算原理示意見圖4,計算公式如下：
[0035] δ b = Pf+ Δ Δ xsin ( α - α 〇) + Δ ycos ( α - α 〇) -Pb〇
[0036] =0· 7+40 X sin (-0· 5。）+0.1*cos (-0.5。）-0.4 = 0.05 (m) (公式 2)
[0037] 在求得水位計2、水位計3兩處的下沉量後，可根據插值計算船舶任一點處的下 沉量，例如欲求船舯處平均下沉量，量出船舯剖面距船艏水位計沿甲板面的水平距離X = 20m，則其下沉量δ χ計算公式為：
[0038] Sx=Sf + ^~δ^Χ = 0.2 + (0.05- 0.2)χ 20 / 40 = 0.125(m) (公式 3)。 Δχ
【權利要求】
1. 一種內河船舶航行下沉量的測量方法，其特徵在於：包括：測量裝置及安裝方法、下 沉量測量方法、下沉量計算方法； 所述的下沉量測量方法是指：利用測量裝置測量船舶靜止與航行時的水位值與船舶縱 傾角，測量時先使船舶在水中靜止，讀取艏水位計、艉水位計初始值，以及待測船舶初始縱 傾角；待測船舶勻速航行時，同步測量艏水位計、艉水位計航行時水深，並通過慣導系統測 量縱傾角； 所述的下沉量計算方法是指：由如下公式計算兩個水位計及船舶縱向任意位置處的下 沉量： δ f = Pf-Pf〇 δ b = Pf+ Δ xsin ( α - α 〇) + Δ ycos ( α - α 〇) -Pb〇 (^)χ χ f Δχ 其中，δ f、δ b、δ χ分別為船艏水位計、船艉水位計及距船艏水位計距離Χ處的下沉量， Pf(i、Pb(i為靜止時船艏、船艉水位計的初始水深，Pf為航行時船艏水位計水深，α(!、α分別為 靜止和航行時船舶縱傾角，Λχ、Ay分別為船艏水位計、船艉水位計沿甲板面的水平距離、 垂直甲板面的高差。
2. 根據權利要求1所述的內河船舶航行下沉量的測量方法，其特徵在於：所述的測量 裝置包括：艏水位計、艉水位計、艏水位計支架、艉水位計支架、慣導系統。
3. 根據權利要求1所述的內河船舶航行下沉量的測量方法，其特徵在於：所述的測量 裝置安裝方法為：艏水位計通過艏水位計支架固定在待測船舶船艏一側舷側，艏水位計與 船舷的橫向距離4滿足下式：七彡-0.0052^^+0.25^/^,其中為Cb為船舶方形係數，d 為船舶吃水，v為船舶航速。
4. 根據權利要求1所述的內河船舶航行下沉量的測量方法，其特徵在於：所述的測量 裝置安裝方法為：所述的艉水位計通過艉水位計支架固定在待測船舶船艉，艉水位計與船 舷的橫向距離〇. 5?1. 0m，縱向距螺旋槳前方縱向距離xb滿足xb彡0. 35vR，其中R為螺旋 槳直徑。
5. 根據權利要求1所述的內河船舶航行下沉量的測量方法，其特徵在於，所述的測量 裝置及安裝方法還包括：艏水位計支架和艉水位計支架平行並垂直於船舶縱軸線，使艏水 位計和艉水位計深入水平面的深度h滿足h > 0. lv，但不能低於船底。
6. 根據權利要求1所述的內河船舶航行下沉量的測量方法，其特徵在於，所述的慣導 系統固定在待測船舶船舯，與計算機相連。
【文檔編號】B63B39/12GK104118540SQ201410362904
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月25日 優先權日:2014年7月25日
【發明者】駱少澤, 張陸陳, 胡亞安, 王新 申請人:水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學研究院