舰船损管技术综述

李 明，谢江辉，张德满，汪正清

(1.海军驻431 厂军事代表室，辽宁 葫芦岛125004;2.武汉第二船舶设计研究所，湖北 武汉430064)

0 引 言

舰船上为保持和恢复自身生命力和战斗力所采取的预防、限制和消除损害的一切措施和行动统称为损害管制，简称损管。损管系统在舰船上是一个极其重要的生命力和战斗力的保障系统［1-2］。随着军队使用需求的不断发展，传统的简单、分散的损管系统的缺点越来越明显。例如:大量报警信号的分散布置，容易使决策者无法及时完全掌握全艇的损害情况;事故发生后，由于原损管中不具备损管状态显示和辅助决策功能，只凭艇员的即时汇报损害情况，容易出现损害信息的不准确性和非实时性，这种情况下要求决策者在短时间内作出正确的决策也是不现实的，难以及时、有效地控制破损进水和火灾等损害的扩展，也不能保障舰船的生命力。因此，针对舰船损管技术的深入、系统的研究，对于提高舰船生命力和战斗力，具有非常重要的意义。本文将介绍近年来国内外舰船损管技术研究的进展，并对国内舰船损管技术的发展趋势进行讨论。

1 国外舰船损管技术发展现状

海军强国都十分重视舰船损管控制技术的发展和研究。随着探测报警技术、信号采集处理技术、信息集成显示技术以及专家系统的不断发展，以计算机技术为基础，建立具有信息采集齐全、反应迅速、高度智能化等优点的现代化综合损管已变可行，并已成为舰船损管技术的发展趋势。

1.1 美国

美国海军最早于20世纪80年代开始提出以计算机技术为基础的现代损管概念，并成功运用到了舰船的抗沉系统中［3］。随后，美国海军舰船损管技术不断发展。首先，建成了Ballast 损管系统，以FFG-30 舰为试验船，进行了损管模拟试验。之后建成了SNIPE 损管系统，并在DD969 舰上进行了实船安装运用。SNIPE 损管系统已经具备初始的辅助决策功能，它能在较短的时间内准确探测到舰船的破损信号，进行分析处理，并计算舰船的损害程度和稳性状态，最后向艇员推荐最佳的对策。

90年代初，多媒体技术飞速发展，美国海军迅速将其运用到了损管辅助系统中［4-5］。此后，舰船损管的显著特点是艇员可以通过多媒体数据界面较直观地了解舰船的破损状态。多媒体技术在舰船损管系统上成功运用的案例是，美国海军于1993年在Shedewell 舰上安装的损管信息显示系统［6］。

1994年开始，舰船损管系统逐渐向集成化和自动化方向发展。首先在DDG-51 级驱逐舰上装配了“保障全舰生命力的舰船控制集成系统”。该损管系统能将采集到的舰船损害信息进行集中处理，并在必要时通过自动控制系统采取即时的补救措施［7-10］。此后，又在“阿利·伯克”级IIA 型驱逐舰上安装了更符合作战使用要求的综合生命力管理系统(ISMS)。

目前，美国的损管技术在电脑中心控制下已经高度自动化，系统能在事故发生之际，根据传感器传来的损害部位的位置、性质、程度等信号进行分析，并提出对应的事故应急处理措施，还可在指挥部位通过集中控制系统采取损管措施。

1.2 俄罗斯

俄罗斯在舰船损管技术研究方面也取得了不少成果。俄罗斯舰船上有损管控制系统、疏水集中控制系统等，大大提高了舰船的生命力，增强了其抵御事故的能力［11］。例如，210 级核潜艇上安装了全艇信息支持保障系统。该系统能通过先进的传感器技术，全面、准确地采集到潜艇的进水、火灾、放射性恶化状态以及大气环境状态等多种损害信号，并通过网络传输到计算机控制中心，计算机中心对信号进行计算、分析和对比，最后给出损管建议。

1.3 英国

英国海军舰船损管系统的发展较多地注重于以下3 个方面:一是舰船损害信息采集和处理的实时性，如GRC 公司开发的Seagoing paramarine 系统;二是舰船损害事故的数据库建设，英国学者A.I.Olcer［12］和他的团队在这方面做了大量的工作;三是舰船损管系统智能化研究，R.M.CripPs 等人对此进行了深入的研究［13］。

1.4 法国

法国的“拉斐特”级护卫舰上设有自动化的损管中心，能够调动设在全舰的各种能力进行损管作业，在事故状态下具有较高的反应处理能力。全舰分为3 个损管区域，每个损管区有一独立的损管站进行区内的损害管制管理，并由舰上损管中心对3 个损管站进行统一控制。损管中心设有集中控制的电脑损管系统，可统管舰上损管资讯并指挥调度损管作业，可大幅增加舰船遭受战损时的存活率。

总之，在传感器技术、数据传输技术、信号处理技术、集成控制技术、辅助决策技术以及损害补救技术等技术手段的支撑下，海军强国的舰船损管系统发展到了比较高的水平。

2 国内舰船损管技术发展现状

我国20世纪80年代开始研发舰船损管技术，已先后推出多套损管系统。这些系统的共同特点是具有较强的安全监测报警功能和损害补救能力，但在数据分析、计算机辅助决策、系统自能化、系统可靠性以及损管训练方面存在不足。

近10年来，国内一些高校和研究单位针对舰船损管技术也做了大量有意义的工作。在舰船进水损害管制方面，大连理工大学的马坤及其团队经过计算和试验，得到舰船上层空间大量进水无法排出的原因是舰船出现负初稳性所致的结论。并总结出舰船进水后采取管制措施的步骤，即先排出上层空间的积水，再调整船的稳性，最后对船体进行平衡［14］。海军工程大学的刘辉和浦金云［15］等人对潜艇水下进水损害后的抗沉技术进行了对比分析。潜艇水下抗沉技术主要包括高压吹除技术和肼吹除技术2 种，高压吹除技术相对平稳可靠，可以作为破损堵漏后进行浮力调整和艇体姿势调整的手段。而肼吹除技术具有瞬时吹除速率高的特点，可以作为紧急情况下潜艇生命挽回的最后手段。

舰船火灾损害管制能成熟使用的系统主要包括卤代烷灭火系统、二氧化碳灭火系统、泡沫灭火系统和水喷淋灭火系统等。近10年来，细水雾灭火系统逐渐成为研究的重点和热点，并有取代其他船用灭火系统的趋势。大连海事大学的陈海泉、郭阳和兰红安等人［16-17］对船用细水雾灭火系统，特别是细水雾喷头进行了设计、仿真和试验研究，测试了细水雾喷头在不同水压、不同安装高度时对多种功率油池火的灭火效果，试验数据具有很好的工程参考价值;浙江大学的邓东和周华［18］以及华中科技大学的廖义德和李壮云等人［19］对细水雾产生的机理、细水雾的运动方程、细水雾喷头设计方法等方面作了深入研究。

在舰船损害信息分析和损管决策方面，国内研究工作还较少，很多技术还不是很成熟。浦金云、刘俊和何正宏等人［20-21］编制了初步的损管集控智能决策系统，并搭建了试验平台，为损管训练、各项损管技术的试验以及损管决策系统的不断完善提供了基础。

3 舰船损管技术展望

参考国外先进舰船损管系统的技术状态，结合我国目前舰船损管技术的研究现状，国内舰船损管技术可在以下几个方面进行更深入研究:

1)各类传感器是舰船损管系统的重要组成部分，传感器需要长期工作于存有较大振动冲击和腐蚀的环境中，传感器需具有长期稳定工作的性能。因此，针对各类传感器的性能以及探测方法的研究具有重大意义。

2)舰船损管辅助决策系统是实现舰船损管决策智能化和控制自动化的关键技术，也是国内舰船损管技术较薄弱的环节。该技术的目的是使受损舰船在最短时间内成功恢复到正常状态。该技术的发展需要大量的事故数据储备并进行不断的优化训练，国内针对这方面的工作积累还不够，有待进一步全面深入研究。

3)近年来计算机仿真技术飞速发展，大尺度、复杂空间中的火灾场景和舱室进水等损害场景已经可以进行初步的仿真分析与计算，但还需要进一步深入研究。同时，利用仿真手段进行舰船损管方案模拟训练是一个值得研究的方向。

4)损管系统是舰船上重要的保障生命力系统，其可靠性应高于其他分系统。因此，除对系统元器件提高选型要求外，还需要通过采取总线冗余、双路探测设备以及控制部件热备份等手段以保证系统的使用安全。

5)国内海军相关机构或学校开展了陆上损管培训技术的研究，但损管训练的场所和规模非常有限，不利于损管人员提高损管技能和操控损管设施的熟练程度，制约了舰船损管能力的提高。因此，应进一步开展舰载损管训练技术的研究。

4 结 语

可以预见，未来的舰船损管是全方位的损管，必将在严密的损管条令指导下，以较少的训练有素的指挥官和损管艇员，在智能化损管监控系统的引导下，以最有效的方式完成信息收集、损管评估、辅助决策等过程，建立起快速的损管反应能力，将损管所带来的损害降低到最低程度。

［1］邱金水，浦金云，陈兆良.舰船损管监控系统与损管训练［M］.武汉:海军工程大学，2001.

［2］方万水，李炜，吴先高.舰船损管监控系统发展概述［J］.舰船科学技术，2002，24(6):37-39.

FANG Wan-shui，LI Wei，WU Xian-gao.The generalization of damage control system′s development for naval ships［J］.Ship Science and Technology，2002，24(6):37-39.

［3］MEYER E T.Proceedings of the twenty-fifth annual conference and exposition，1974［C］.Maryland:NationalComputer Graphies Association，1976.

［4］GEER D.Advaneed damage control system［J］.Naval Engineers Journal，1988，100(3):143-153.

［5］CARNEY W T.Development of the damage control systems assist tool［D］.Naval Postgraduate Sehool of the United States，1991.

［6］TATE DL.Interface protocol reguirements for shipboard damage control systems.［R］.Washington DC:Naval Research Laboratory，Human Computer Interaction Laboratory Information Technology Division，1992.

［7］FAMME J B，TAYLOR B，et al.Integration of ship control systems for total ship survivability［J］.Naval Engineerings Journal，1992，104(3):210-218.

［8］Naval Research Laboratory.The damage control information display system fo the Ex-USS shadwell［R］.Washington DC:David L.Tate，1993.

［9］FULLER J V.Measuring damage control assistant decision making profeeieney in integrated damage control training technology training seenarios［M］.Naval Postgraduate Sehool of the United States，1993.

［10］张树吉，凌如铺，蔡秀生.舰船生命力技术的若干新概念［J］.舰船科学技术，1996，18(5):1-7.

［11］王凌，译.舰船不沉性计算程序开发［J］.国外舰船工程，2001，2.

［12］OLCER A I，MAJUMDER J.A case-based decision support system for flooding crises onboard ships［J］.Quality and Reliability.Engineering Internation，2006，22(1):59-78.

［13］CRIPPS R M，DULIEU-BARTON J M，JEONG H K.A genetic methodology for postdamage deeision［J］.Journal of Ship Produetion，2007，22(1):21-32.

［14］马坤，刘铁军，李炜.舰船破损后出现负初稳性时扶正方法研究［J］.大连理工大学学报，2006，46(4):523-526.

MA Kun，LIU Tie-jun，LI Wei.Research on methods of righting damaged warship for negative metacentric height［J］.Journal of Dalian University of Technology，2006，46(4):523-526.

［15］刘辉，浦金云.潜艇水下动力抗沉技术研究［J］.舰船科学技术，2008，30(6):66-69.

LIU Hui，PU Jin-yun.The research on underwater dynamic anti-sinking capability of submarine［J］.Ship Science and Technology，2008，30(6):66-69.

［16］郭阳.新型船舶细水雾喷头的设计与研究［D］.大连:大连海事大学，2010.

GUO Yang.Design and research on new marine water mist nozzle［D］.Dalian:Dalian Maritime University，2010.

［17］兰红安.船舶细水雾喷头设计及灭油池火试验研究［D］.大连:大连海事大学，2010.

LAN Hong-an.Design on marine water mist nozzle and experimental study of pool fire extinguishing［D］.Dalian:Dalian Maritime University，2010.

［18］邓东，周华，杨华勇.新型细水雾灭火喷嘴的仿真及试验［J］.机械工程学报，2006，42(12):122-127.

DENG Dong，ZHOU Huan，YANG Huan-yong.Emulational and experimental study of new water mist spray nozzle for fire suppression［J］.Chinese Journal of Mechanical Engineering，2006，42(12):122-127.

［19］廖义德.高压细水雾灭火系统关键技术及其灭火性能研究［D］.武汉:华中科技大学，2008.

LIAO Yi-de.Research on high pressure fine water mist fire suppression system key problems and its performance［D］.Hauzhong University of Science and Technology，2008.

［20］刘俊，浦金云.舰艇损管决策及自动化控制［J］.船海工程，2001，142(S2):1-2.

［21］何正宏，浦金云.实时潜艇损管专家系统的设计与实现［J］.海军工程大学学报，2002，14(5):72-75.

HE Zheng-hong，PU Jin-yun.Design and implementation of a submarine damage control expert system［J］.Journal of Naval University of Engineering，2002，14(5):72-75.