维修母船最稳要求下的配载方法分析

周根明　吴如坤

（江苏科技大学能源与动力工程学院，江苏 镇江 212003）

维修母船最稳要求下的配载方法分析

周根明吴如坤

（江苏科技大学能源与动力工程学院，江苏 镇江 212003）

探讨优化方法在浮船坞浮态实时调节中的应用，结合工程实际问题，依据静力学力平衡原理，以实际工程需要为目标，以各调节水舱实时水位为自变量，建立浮船坞配载数学模型。针对该模型采用matlab软件进行编程计算，求出有效的配载方案，以及Simulink进行仿真计算，求出稳性最好的配载方法。计算结果表明该算法对稳性最优解的求解具有可行性，同时该方法简便可行，思路清晰，结合现在计算机强大的计算功能，适用性广，可显著提高工作效率。

船坞配载；matlab；数据库；Simulink

浮船坞的浮态调节是使用过程中经常遇到的一个实际问题。解决这个问题的一种常用方法是根据各压载水舱的液位和浮船坞左右舷首中尾等处吃水情况进行调节。由于一般浮船坞的调节水舱数量较多，调节的方案有很多种，所以选择一个合适的调节方案是很重要的。在子船进坞之后整体重心提高，导致稳性降低；其次在恶劣海况下作业时，防止翻船的危险，所以在配载过程中如果能够保持这种状态下最稳的配载方法，必然能提高母船的作业能力。船舶的最稳状态，即船舶在某特定水位的稳性最好。在船舶结构无法改变的情况下，只能通过研究加载水的布局，分析稳性的最佳状态。

1　设计方案

1.1系统设计思路

本文设计思路包括三大部分：首先由船舶的平衡条件以及实际舱容限制求得满足条件的所有配载方法；建立数据与数据库的连接；建立数学模型进行求解对比得到稳性最好状态下的加载方案。

1.2具体方案

1.2.1配载方法求解

浮动船坞在加减载荷的过程中需要满足母船的平衡，即尽量没有纵横倾，所以必须满足力的平衡和力矩的平衡，另外有舱容作为限制条件，对于实际问题我们可以设定调节水量为1t的倍数。

由此建立4个约束条件：力平衡和力矩平衡以及调节水舱水量的上限和下限。前两个属等式约束，后两个属不等式约束。力平衡就是浮力与重力大小相等，即假定水舱中水量是左右对称调节的，因此忽略力矩平衡中的横倾力矩。且假定分段上坞时不产生横倾力矩，主要考虑纵倾力矩的平衡，即。假定各水舱水量上限为满舱，空舱时都存在残留水，即0=＜p（i）=max（i）-v（i）压载水量为0.1t的倍数［1］。对于求解过程，采用matlab编程求出有效的配载方案［2］。

1.2.2数据与数据库的连接

数据采用Simulink与SQL Server 2000数据库数据传输的方式进行访问。系统运行过程中采用Real Time Windows Target输入/出模块中的标准网卡设备与外界进行通信，实时接收数据库服务器中的控制信号，传入Simulink模型，更改Simulink参数，同时，再利用标准网卡设备将计算出的数据传出，存于数据库服务器［3］。

1.2.3求解稳性最好状态下的加载方案

由于水的加载过程以及浮动船坞船型的特点。对于某个舱的加减载我们可以采用装卸小量载荷对船舶初稳性的影响公式。

由上述公式可以看出，影响船舶稳性的主要参数为各舱加载水的中心高度z。由于加载高度属于标量参数，所以每一个压载舱对稳性高的影响值可以采取叠加求和。对每一种配载方法分别进行计算，比较求得最优解。

建立等效高度的Simulink仿真计算模型如下：

图1　Simulink仿真计算模型

2　实例计算

以4 000t浮动船坞为例某浮船坞总长96.30m，型宽42.13m，型深5.70m，共有17个压载舱，其中有16个为对称布置，为简化计算对称布置舱室进行合并，即调节过程中对称的舱室阀门同时动作，舱内水量也做加权处理。调节压载水舱的水量使浮船坞吃水由2.5m变为3.6m。加载水的等效加载高度如下

图2　等效加载结果

由结果显示此浮动船坞等效加载高度最小值为0.69m，此时压载水量坐标为（00753180 29192360），比工程提供数据有所改进，具体操作1舱、中间舱、8舱不加水，2舱加7t水，3舱加53t水，4舱加180t水，5舱加291t水，6舱加92t水，7舱加36t水。

3　结语

利用matlab进行计算，建立Simulink仿真计算模型，并且建立数据库与Simulink的连接进行动态计算，能够分析计算出保持一定吃水状态下对于维修母船的稳性计算有着很重要的实际意义，能够对母舶作业提供定量的稳性参考，对稳性调节有着基础性的作用，为船舶压载水仿真与监控系统提供了数据基础。

［1］张鑫，姚寿广，肖民.船舶压载水系统仿真模型研究［J］.江苏科技大学学报，2004，18（2）：11-15．

［2］何金花，叶瑰昀，王莺.基于虚拟现实技术的船舶运动仿真［J］.舰船电子工程，2013，27（1）：114-116.

［3］Jin Laifeng，Li Houpu，Bian Shaofeng.A Study on the Method for Improving the Accuracy of Track Calculating［J］. HYDROGRAPHIC SURVEYING AND CHARTIG，2009，29（1）：18-20.

Research on the Loading Method about Mother Ship Maintenance with Stability

Zhou GenmingWu Rukun
（School of Energy and Power Engineering，Jiangsu University of Science and Technology，Zhenjiang Jiangsu 212003）

To explore the application of optimization method in the floating dock floating-state adjusting，com⁃bined with practical engineering problems，on the basis ofstatic force balance principle，aiming at practical engi⁃neering need，with real-time water levelof each water adjustingtankas independent variable，the floatingdock load⁃ing mathematical mode was established.In view of the model，using matlab software for programming calculation to find out effective stowage plan，using simulink for simulation calculation to get the best loading method.Calcu⁃lation results show that the proposed algorithm has feasibility for the optimal solution of the stability，the method is simple and feasible，with clear thought，in combination with powerful calculation function of present computers，it has wide applicability and can significantly improve the work efficiency.

The dock loading；matlab；The database；Simulink

U674

A

1003-5168（2015）05-0040-2

2015-4-20

周根明（1956-），男，教授，研究方向：节能技术，人工环境。