一種客船防傾覆氣囊分級釋放系統的製作方法

2023-07-09 15:35:01 2

本發明涉及船舶行駛安全技術領域，具體涉及一種客船防傾覆氣囊分級釋放系統。

背景技術：

客船專門用於運送旅客及其可攜帶行李和郵件。客船多為定期定線航行，固又稱為班輪或郵輪。根據SOLAS公約規定，凡載客超過12人均視為客船。客船的特點是具有多層甲板的上層建築，設有完善的餐廳、衛生和娛樂設施，客船的航速較高，一般為16～20節，大型高速客船可達24節左右。

客船速度快，其上層建築高大、載客量大，但幹舷較低、穩性偏小，沉沒速度過快，應對突發天氣能力不足，一旦發生事故會導致乘客和船員缺乏逃生時間、救援來不及全面迅速展開，從而造成大量人員傷亡。而船體一旦傾覆，很難在短時間內實現船體的扶正。

目前對於普通船舶應急防傾覆的研究方面，類比汽車氣囊安全系統，出現了在船體兩側安裝氣囊的防傾覆裝置，利用氣囊的浮力達到延緩沉沒的效果。但該方案還未投入現實使用，且在對於針對客船的設計還未提出。在防傾覆氣囊的布設和釋放系統方面，也基本採用單層布設的方式，通過相關釋放裝置控制一次釋放。但這樣的方式在船體進水、加速傾覆之時，會使氣囊迅速失效，不能較長時間的延緩傾覆，也不能充分利用氣囊的功效，還會造成氣囊的浪費，甚至有時會對延緩船舶傾覆產生阻礙作用。

技術實現要素：

本發明的目的就是要提供一種客船防傾覆氣囊分級釋放系統，其不僅可以通過氣囊多層布設延長客船傾覆的時間，增大客船的安全係數，還可以通過氣囊的分級釋放充分利用水對氣囊的浮力，多重保障客船安全，還可以達到防止氣囊浪費的目的。

為實現上述目的，本發明所涉及的一種客船防傾覆氣囊分級釋放系統，設置在船體上，包括對稱設置在船體兩側的氣囊組、姿態傳感器、水壓傳感器和可控制氣囊組自動釋放的中央處理器；所述氣囊組包括多個水平布置的氣囊，所述多個氣囊依次豎直向上排布，最下層氣囊為底層氣囊，其餘依次向上排布的氣囊為上層氣囊，所述底層氣囊設置在船體兩側的上層甲板處，所述上層氣囊設置在船體的上層建築上，所述姿態傳感器設置在船體的中線面上，所述水壓傳感器設置在船體的甲板下部和各上層氣囊安裝處，所述姿態傳感器、水壓傳感器與中央處理器連通。

進一步地，所述氣囊釋放模塊包括氣體發生器和氣囊，所述氣囊摺疊覆蓋在氣體發生器上。

進一步地，所述船體對應位置設有喇叭形安裝孔，所述氣體發生器設置在對應的喇叭形安裝孔內。

更進一步地，所述喇叭形安裝孔開口出設有氣囊飾蓋。

進一步地，所述姿態傳感器有三個，分別設置在船體艏、舯、艉的中線面上。

進一步地，所述水壓傳感器在各安裝位置的同一水平面上設有兩個。

更進一步地，所述中央處理器為51單片機。

作為優選項，所述姿態傳感器包含三軸陀螺儀、三軸加速度計、三軸電子羅盤等運動傳感器，所述姿態傳感器通過A/D轉換器將電信號轉換為數位訊號傳輸給中央處理器。

作為優選項，所述水壓傳感器為MIK-DP10水壓傳感器。

作為優選項，所述船體上還設有手動控制各個氣囊釋放的手動控制器。本發明的優點在於：

本發明具有釋放速度快、手動與自動相結合的特點，充分利用水對氣囊的浮力，還可有效防止信息誤讀取導致的上層氣囊誤釋放，同時提供多重保險，使前一層氣囊失效之時，後一層氣囊能在極短時間內迅速打開，達到增長延緩客船傾覆時間的效果，進一步提高內河客船的應急能力與安全係數。

附圖說明

圖1為本發明的使用狀態示意圖；

圖2為水壓傳感器的安裝示意圖；

圖3為氣囊組的使用狀態示意圖；

圖4為收起狀態下氣囊的結構示意圖；

圖5為充氣狀態下氣囊的結構示意圖；

圖6為底層氣囊的使用狀態示意圖；

圖7為打開一層上層氣囊的使用狀態示意圖；

圖8為打開二層上層氣囊的使用狀態示意圖；

圖9為打開三層上層氣囊的使用狀態示意圖；

圖10為打開四層上層氣囊的使用狀態示意圖；

圖11為本發明的流程示意圖；

圖中：船體1(其中：喇叭形安裝孔1.1、氣囊飾蓋1.2)、氣囊組2(其中：氣囊釋放模塊2.1、發生器2.1.1、底層氣囊2.1a、上層氣囊2.1b、氣囊2.1.2)、姿態傳感器3、水壓傳感器4。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細描述：

如圖1～5所示的一種客船防傾覆氣囊分級釋放系統，設置在船體1上，包括對稱設置在船體1兩側的氣囊組2、姿態傳感器3、水壓傳感器4和可控制氣囊組2自動釋放的中央處理器，

所述氣囊組2包括多個水平布置的氣囊2.1，所述氣囊釋放模塊2.1包括氣體發生器2.1.1和氣囊2.1.2，所述氣囊2.1.2摺疊覆蓋在氣體發生器2.1.1上。所述多個氣囊2.1依次豎直向上排布，最下層氣囊2.1為底層氣囊2.1a，其餘依次向上排布的氣囊2.1為上層氣囊2.1b，所述底層氣囊2.1a設置在船體1兩側的上層甲板處，所述上層氣囊2.1b設置在船體1的上層建築上，所述船體1對應位置設有喇叭形安裝孔1.1，所述氣體發生器2.1.1設置在對應的喇叭形安裝孔1.1內。所述喇叭形安裝孔1.1開口出設有氣囊飾蓋1.2。

所述姿態傳感器3設置在船體1的中線面上，所述姿態傳感器3有三個，分別設置在船體1艏、舯、艉的中線面上。所述姿態傳感器3包含三軸陀螺儀、三軸加速度計、三軸電子羅盤等運動傳感器，所述姿態傳感器3通過A/D轉換器將電信號轉換為數位訊號傳輸給中央處理器。

所述水壓傳感器4設置在船體1的甲板下部和各上層氣囊2.1b安裝處，所述水壓傳感器4在各安裝位置的同一水平面上設有兩個。所述水壓傳感器4為MIK-DP10水壓傳感器。

所述姿態傳感器3、水壓傳感器4與中央處理器連通。所述中央處理器為51單片機。

所述船體1上還設有手動控制各個氣囊2.1釋放的手動控制器。

實施例：

如圖11，本系統在正常工作下由船用交流電供電，在應急狀況下使用交流電池供電。

當船體1橫傾時，本系統首先利用姿態傳感器3收集船體1相關運動姿態參數，通過A/D轉換器將姿態傳感器3傳來的電信號轉換為數位訊號，中央處理器的51單片機根據基於四元數法的姿態解算和基於串聯超前校正的氣囊釋放預判斷來編寫程序，判斷船體是否橫傾至極限動傾角且船體角速度與橫傾方向是否一致，自動控制主甲板的底層氣囊2.1a在傾覆一側釋放。

當主甲板的底層氣囊2.1a釋放後，通過上層氣囊2.1b安裝處對稱設置、具有波浪抑制設計的兩個水壓傳感器4判斷船體1空間運動姿態，中央處理器通過讀取A/D轉換器所轉換的關於水壓的信號，計算得到船體1橫傾一側舷牆水壓信息，判斷船體1橫傾入水程度，並結合船體1橫傾角度、角速度和角加速度進而控制上層氣囊2.1b(除底層氣囊2.1a外)在傾覆一側逐級釋放。

如圖6～10，顯示了氣囊分層布設的設計，即船體1表面根據需要設計長度為L(即氣囊2.1長度)，深度為20～30公分的內嵌結構，即喇叭形安裝孔1.1。氣囊2.1用氣囊飾蓋1.2覆蓋，氣囊飾蓋1.2表面膜壓有淺印，以便氣囊2.1充氣爆開時撕裂氣囊飾蓋1.2，並減小衝出時受到氣囊飾蓋1.2的阻力。

喇叭形安裝孔1.1處運用聚醯亞胺泡沫材料作為氣囊2.1與喇叭形安裝孔1.1的喇叭口之間的緩衝材料。聚醯亞胺泡沫材料是一種的新型的泡沫緩衝材料，已廣泛運用於航天、航空、船舶等領域，質量輕、費用低，具有優良的力學性能、良好的回彈性以及尺寸穩定性，還可以阻燃、耐溫、耐溶劑。性能在潮溼的情況下經過長時間儲存及重複壓縮後相比常態變化不大，可為氣囊2.1與船體1之間提供優良的保護。

當氣囊2.1工作時，氣體發生器2.1.1收到指令後發出氣體，使氣囊2.1在極短時間內衝破氣囊飾蓋1.2並成型，緩衝材料由於氣囊2.1的膨脹而壓縮，減少氣囊2.1因膨脹對喇叭形安裝孔1.1前端產生的巨大衝擊力，減少損失。而氣體發生器2.1.1產生的多餘氣體則由排氣孔派出，使得氣囊2.1不會因氣體充氣速度過快、氣體體積過大而爆炸。

當船體1的上層建築遭遇惡劣天氣發生橫傾時，在船體1艏、舯、艉的中線面上安裝的姿態傳感器3測量船體1上層建築的橫傾角、角速度和角加速度，這些數據通過中央處理器的51單片機分析和提取之後可判斷客船船體1在橫傾至一定角度時自身的角速度及角加速度是否能夠使船體1繼續達到進水角。當判斷到客船船體1的橫傾角達到(或即將達到)進水角，且船體1角速度與橫傾方向一致時，中央處理器控制安裝在上層甲板上的底層氣囊2.1a在傾覆一側釋放。

當底層氣囊2.1a釋放之後，若中央處理器分析姿態傳感器3傳來的數據，判斷船體1上層建築進一步橫傾，則準備分級釋放上層氣囊2.1b；若判斷船體1上層建築不再進一步橫傾時，則不釋放上層氣囊2.1b。

準備釋放上層氣囊2.1b時，在每層舷牆(上層氣囊2.1b放置處)中部和甲板下部相隔一定距離放置水壓傳感器4。當船體1上層建築繼續橫傾時，水壓傳感器4獲取船舷處多組水壓力值，經過A/D轉換器轉化為電子參數，並將信息傳輸至中央處理器。中央處理器根據獲得的水壓信號計算出船體1左右兩側水壓差，從而得到船體1上層建築的橫傾角度。當判斷到客船船體1的橫傾角達到一定的角度，且船體1角速度與橫傾方向一致時，中央處理器控制上層氣囊2.1b在傾覆一側逐級釋放。若上層氣囊2.1b釋放到某一層時船體1上層建築不再進一步橫傾時，則停止釋放上層氣囊2.1b剩餘層氣囊。

底層氣囊2.1a和上層氣囊2.1b的釋放同樣可以根據船員對於船體1的橫傾趨勢在駕駛臺操作，手動分級釋放。

最後，應當指出，以上實施例僅是本發明較有代表性的例子。顯然，本發明不限於上述實施例，還可以有許多變形。凡依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均應認為屬於本發明的保護範圍。