流体力学在船舶中的应用范文

流体力学在船舶中的应用篇1

关键词：流体 漂航 漂滞 事故

0 引 言

船舶漂航分为主动漂航和被动漂航。有的地方也把漂航称为漂滞。主动漂航是指不使用车、舵，让船体随风浪、海流或潮流漂流，是主动停车、停舵的一种操纵方法。被动漂航是由于动力装置或操舵系统故障需要停车停舵检修的一种操纵方法。当漂航中不能顶浪、顺航中保向性差以及船体衰老的船，可采取主动漂航；当船舶主机或者舵机发生故障时，将被动漂航。被动漂航相对于主动漂航危险性更高，由于船舶动力受到影响，不能依靠推进或改向装置使船舶改变其处于不利局面。总的来说，漂航中的船舶由于受外界环境影响极高，容易造成船舶的毁坏和人员的伤亡。

本文“基于流体动力学的防止船舶处于漂航状态及受环境影响而引发事故的研究”在于如何在漂航中对船舶进行操作，以达到保证船舶安全，减少船舶由于受外界环境因素影响而引起的事故，为解决船舶漂航中遇到的相关事故的研究提供了一种新的思路。

1 相关概念简介

航海上经常遇到的水流有：海流、潮流和风海流。漂航中的船舶运动受到风和流的共同作用。

本研究所受外界环境因素中仅考虑海上表层水流对船舶的影响和利用水流的对船舶的影响研究解决漂航中出现问题的方法。出发点主要是考虑到：一、一般情况下，在外界环境影响因素中，由于水流周期性的作用于船体，船舶摇摆受水流的影响大于风；二、表层水流在一定时间内受定向风作用下，风和流的方向相差不多；三、在受恶劣天气影响和船舶处在漂航时，为了提高船舶的稳性，船舶有一定量的压载，水下面积比较大，受流影响大；四、基于解决漂航时出现的问题，考虑到此时船舶已经没有内在动力源，只能利用外在动力――风和流，对于考虑利用风，风可变性相对于流更大，使用风帆等解决此种问题面临着操作困难，普及性差，风的变化容易使船舶出现侧翻等问题。

出于上述考虑，本研究主要考虑利用水流流体的作用，防止船舶处于漂航状态及受环境影响而引发事故。

2 研究细节介绍

如上图1所示：船舶停止主机随风浪漂流，在水流的作用下，船舶逐渐偏转并且形成水流方向与船首向呈直角，并保持这个状态，向下风漂移。这是船舶漂航中极易形成的局面，当波浪周期性的作用力作用于船体时，船舶加剧横摇，货物横移，尤其是船舶的横摇固有周期与波浪的作用周期一致或接近相同时，产生共振，使船舶丧失稳性，导致最终沉没。出现漂航这种局面时，应采取措施避免横浪，并尽可能保持船首迎浪。一般这种情况，现有的解决措施主要是在船首送出单锚或双锚，

出链长度应考虑到锚机的负荷能力，不宜太长；若当时环境下松锚有困难，可将船首大缆送出，以产生水阻力，稳住船首，将对防止横向受浪起到一定的作用。横摇涉及船舶的稳性，大幅度的横摇会造成货物的移动和船舶舱内进水，致使船舶发生倾覆。船舶在大风浪中航行，应谨慎驾驶，运用良好的船艺，尽可能避免船舶横浪航行。

3 本研究设计目的

根据流体动力学原理，设计此功能装置，用于防止船舶漂航中受水流影响而处于横浪状态下引发船舶失去稳性而造成事故。

本研究所涉及的装置用于使船首向与水流作用方向免于垂直状态，从而达到设计目的作用。

如图2所示：在船头释放了此装置之后，装置一端连接在船头（左图）或船尾（右图），一端在水流的作用下向下游飘去，产生一个在船头或船尾对船舶的作用力，形成转船力矩从而使船舶偏转直到转船力矩为零。左图中的装置安放在船首，作用力致使船首向转向180度与流向相同；右图中的装置安放在船尾，船首向将保持船舶首向与流向相反。力对该装置的作用力传递给船舶，致使船舶保持与水流成相同或相反方向向下流漂航。通过这种方法设计的装置，防止了船舶在没有任何内部动力的情况下，有效利用了外部的水流，从而避免了船舶处于与水流正横时可能发生的危险。

4 受力分析

如图3受力分析所示：

当船舶与其周围的水有相对运动时，船舶在本研究设计的装置的作用下，水动转船力矩MFw=MF2=Fw・sin γ・（LG-aw） =F2・sin γ・（LG-aw）=1/2・ρ W・CWy・sin γ・（LG-aw）・Vw?・L・d

ρ W：水的密度

CWy：水动横向分力系数

Vw：船舶与水的相对速度

L： 船舶两柱间长

d： 船舶吃水

γ：水动力角

LG：船首到船舶重心的距离

aw：水动力作用点到船首的距离

∑M=MF1+MF2+MF3+MF4

=F1・sin θ・LG+ F2・sinγ・（LG-aw）-F4・sin β・L4-F3・sinα・L3

如图中例子所示：

当∑M>0时，船舶沿顺时针方向有转船合力距，船舶沿合力矩方向偏转。

当∑M

当∑M=0时，作用于船体的合力距保持平衡。最终船舶船首向将稳定在此合力距为零时的方向上。

此设计的装置平时可以存放在船首或船尾，装置在船尾释放时要避免受流的作用而缠绕在螺旋桨等船体突出物上，放在船首时要注意浪等外界环境的影响。装置的释放和存储类似于现有的“救生筏”。此装置设计的时候可以利用船首尾的导缆柱和导缆孔用于该装置的牵引绳索的释放和受力作用于船体，以提供转船力。该装置入水之后完全展开成类似于“降落伞”状，作用是用于阻挡水的通过，以形成反向作用力，通过导缆孔的牵引索传递给船首一个作用力。此处仅叙述了装置的的作用原理和以后使用中可能出现的问题，装置的具体形状、存放状态、释放方法、入水后形状等等都是以后研究需要重点考虑的。

此研究的装置，在外界流体的作用下，提供一个在船舶首或尾的力，从而形成转船力矩，从而达到研究决定当前漂航出现的问题。当没有此装置产生的力F1时，船舶平衡时将处于横浪状态，向下流漂航，此时容易使船舶遭受横浪等的影响而失去稳性。当此装置产生对船的作用力F1时，船舶平衡时将处于船首向与水流作用力方向在同一条直线状态，从而使船舶避开横流横浪状态，从而解除船舶处于上述船舶状态给稳性所带来的影响而引发船舶事故。

以上显示和描述了本研究的基本原理和主要特征和本研究的优点，仅供研究理解该装置原理使用，研究设计形状和具体实施细节要经过多次设计和实验，以选定最佳方案。

5 结束语

此研究设计的装置为解决船舶处于无动力时受外界环境影响而处于横风横浪状态，以至于对船舶的稳性造成影响从而引发事故，提出了一种解决方法，需要更加深入研究，为船舶的安全航行保驾护航。除了类此于此的要在硬件上想办法考虑危害的解决办法，还要在管理和安全预防措施上加以控制，尽量避免出现此类危害的发生。在出现船舶漂航时，要对各方面情况和因素做细致的分析，不能盲目行动。主动漂航时：保证机舱设备处于正常状态；保证舵效；牢固绑扎；保持水密门、窗等的水密；加强值班；调整压载，提高船稳性；注意风和涌浪方向调整航向；夜间航行，要更加谨慎；航行时还要注意水流的强弱；停车漂航，周围必须要有足够的水域；提高船员的素质，增强工作责任心，要有战胜各种恶劣条件的坚强信心；做好与外界的通信，遇到危险时，及时获取外界求助。漂航时，确保各种安全措施都仔细做好。研究人员也要考虑到船舶、船上人员、外界环境的综合影响，设计出合理、实用、简单，便于操作的作品。

参考文献

[1] 侯信田 永顺轮太平洋漂航用“土海锚”脱险及探讨 航海技术 1996

[2] 李志洪 谈船舶漂航中应采取的安全措施 航海技术 2003

[3] 李德水 “XH”轮失电漂航事故的反思 航海技术 2000

[4] 宫玉广 谈如何运用滞航与漂航方法操纵船舶 中国航海学会 2006

[5] 黄华 一起主空压机故障导致船舶漂航事故的反思 广东交通职业技术学院学报 2010

[6] 辜忠东 关于漂航船的属性 航海技术 2009

[7] 岳峰 风暴中停车漂航的安全性探讨 中国航海学会海浪与船舶航行安全及防抗台风经验研讨会论文集 1998

流体力学在船舶中的应用篇2

关键词：港口航道，码头，通航，安全性

0.前言

随着当前经济的发展，现代交通运输得到了空前的繁荣和发展。尤其是当代各国之间的贸易量剧增，使港口和码头得到了很大的发展。它作为作为水陆运输的衔接点和货物、旅客的集散地，在现实交通运输中发挥了巨大的作用。所以它被人们称作交通运输的枢纽和水陆联运咽喉。港口和码头必须有足够多，足够深的水域以及相关的基础设施进行货物的装卸和旅客的上下工作。相关的陆地上的基础设施主要包括仓库、堆场、道路、铁路、装卸机械、运输机械及一些生产辅助设施等。

在航海领域内，船舶在航道内的航行安是很一项重要的研究内容，当船舶在港口内的航行时, 由于航道自身条件的限制，比如航道比较窄,水深比较浅, 而且船舶的数量比较大, 有时候风流情况会很复杂，各种因素会导致船舶的操作和避让能力受到限制。因此对港口内的船舶通航安全进行评估，对于现实生产以及科研活动来说都是一项很重要的内容。

1.安全评估的目的

对通航环境进行科学的，准确的预见就是通航安全性评估的目的。其本着立足于水运长远发展的需要的原则，通过具体的分析, 期间我们一定要本着实事求是的原则，严格合理的对涉水工程进行科学的论证。应该尽量的做到少涉水，少下水，早点预见到未来的水上活动对航运安全的影响。切实做到维护好通航秩序的工作, 时时刻刻保障航行安全, 避免航运事故的发生，最终促进水运经济发展,最终促进社会的发展。

2.基于船舶操纵模拟器的评估系统

2.1 船舶操纵模拟器

现实中一般采用一款全功能大型船舶操作模拟器进行分析，该模拟器由大连理工大学研发的。该模拟器具有很强大的功能，比如它可以在电子海图上显示船舶动态图形的，它还可以模拟 船舶在一些外界条件下及自身条件下的操纵运动，并且可以能将试验结果进行人性化相关的处理。本系统可以供不同的用途的船舶操纵进行安全评估以及港口码头通航环境的评估等。它具有油轮、集装箱船、散货船、滚装船、客船和杂货船等20 多艘船舶模型。

2.2 船舶运动数学模型

在这个行业中，船舶运动数学模型是船舶操纵模拟器的核心部分，它直接影响着结果的评估.目前船舶运动模型化研究中有两大流派，一种是日本学派，一般称为MMG 学派，主要发展的是 MMG 模型，它的主要特点就是将应用理论分析进行裸船体、敞水螺旋桨和敞水舵上的流体动力和力矩分析，以及它们相互之间的相互干涉流体动力和力矩. MMG模型为目前国际上较为流行的一种船舶操纵运动数学模型，主要是因为它把理论分析与试验研究结合的很紧密,尤其适合计算机模拟预报船舶的动态响应。另一种是欧美学派，现在不是主流的分析方式，应用的是整体模型结构。

2.3 评估区域通航环境的生成

评估系统的通航环境生成主要包括以下三个方面:

2.3.1 电子海图制作

首先，我们应该从收集资料开始，主要有三个基本资料：1.大比例尺海，2.修改航道图，3.港口航道的设计图。接下来是电子图的制作，首先选取最新版海图进行数字化处理,标注出原有的海图上没有注明的桥梁、码头、海底管道、建筑物等等,接下里 依据施工图纸将具体的方位、尺寸、航道增深的水深值等修改后写到电子海图上。

2.3.2风流潮汐等环境的建立

一般分一下几个步骤，首先是相关资料的收集，比如说海区的风，浪、流、潮汐等资料,接着计算机录入资料,然后建立虚拟环境. 风干扰力需要应用风压力系数来计算. 港口、航道和码头的海流,常常具有不均匀性和不定常性,一定要处理这些东西，实测值的测出需要实测点处的流速、流向等资料,在附近点进行加权平均求出其值。 最后，也可以对其进行简化,最终处理不利于船舶安全通航的环境条件。

2.3.3 码头工程设施数据的CAD 转换及叠加

航海模拟器采用的电子海图是VEC 格式的,为BEJ - 54 经纬度坐标表达, 港航工程设计图为多数采用高斯坐标CAD 的DWG格式,所以,应该在海图上叠加CAD 数据, 把CAD 数据转换,使CAD 数据的坐标点变不同坐标的BEJ - 54经纬度.本文专门开发针对码头工程设施数据CAD 转换的软件, 可以得到高精度坐标转换, 得到BEJ - 54 经纬度以后，通过VECTOR 海图矢量化程序将转换好的陆地或码头等数据叠加至电子海图上，最终完成码头工程数据的转换和叠加。

3.安全评估

3.1 通航安全评估的前期准备工作

3.1.1 船舶操纵运动数学模型的确定及其检验

航道、码头通航环境评估中最关键的核心技术内容之一就是船舶操纵运动数学模型.为此，模拟器的数学模型必须能够描述以下几方面的操船情况：定速航行时避碰操作船，岸壁、桥墩影响下操船，低速水域中操船，加减速操船，浅水影响下操船，拖轮、侧推器、猫缆等附属操纵设备控制下操作船只，风、浪等外力作用下操船，这些都被用来评估船舶在不同条件下的通航安全。而且还应该考虑主机影响特征。

3.1.2 模拟仿真试验方案的制定

对于评估的初步试验方案拟定和设计，应该从以下几个方面来考虑，首先，准备好评估需要的调研、资料，然后好好考虑方案的制定，记住，多多结合有经验的船员提供的经验进行考虑。

3.2 模拟仿真试验

船舶航行以及停泊离港需要进行安全性，可行性的分析。 船舶操纵模拟器重要有点就是可以记录操作船的模拟环境，指令以及船舶的运动状况，对实验结果进行重新的模拟演练。然后运用分析软件，进行实验结果的分析：可以通过航迹数据的多工况叠加，最后实现航迹数据的点、线、船形、拖轮等要素的独立或叠加显示，提出评估的合理的结论.为了确保模拟结果具有真实性和实际指导意义，应该请有经验的船上工作者来指导模拟操船，操纵模拟人员应由三副到船长的各级船舶驾驶人员组成，高模拟结果的准确性可以大大的提高。

4．对通航安全评估活动的两点建议

4.1 规范评估报告编制机构的管理

开展评估工作的基础就是做好一份客观、全面、周密，科学的航道通航安全评估报告。评估报告是对涉水工程进行安全评估的依据，具有很重要的影响，所以一定要切实做好其管理工作。

4.2 通航安全评估活动中重点的把握

通航安全评估是一项重要的事关重大责任的活动,通过它我们可以了解通航环境的影响性，依据它可以对之做一些相应的处理工作，避免一些工程事故的发生。 所以说其事关国家财产、人民生命财产的安全以及水运的可持续发展。

5. 结束语

流体力学在船舶中的应用篇3

关键词：并行协同；设计理念；船舶设计流程

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.10.245

协同设计理念属于当前新出现的一种设计理念，它的出现得到了许多设计单位的认可，被成功的应用与设计生产之中，极大的提高了船舶设计的效率。但是在当前的并行协同设计理念下的船舶设计流程仍旧有着许多的不足，需要对这些流程进行进一步的优化。

1 船舶设计业务的流程分析

随着当前计算机技术的不断发展，在进行船舶设计的时候也发生了较大的改变，但是从整体上来看，船舶设计业务的内容基本是相同的，下面根据实际的船舶设计制造探讨整个船舶设计业务流程。

1.1 概念设计阶段

概念设计阶段也就是所谓的送审设计阶段。当企业在接受产品的订单之后需要对产品的总体性概念进行说明，以方便后期生产设计制造的顺利。其中主要包括生产产品的主要尺度、强度以及性能等，这些内容都必须对船东或者相关的部门进行明确。此阶段属于前期的准备阶段，对于后期的工作开展有着较大的实际性意义，对此应当给予足够的重视。

1.2 初步设计阶段和详细设计阶段

初步设计阶段和详细设计阶段实质上并没有进行明确的划分，只是二者在进行设计工作上的深浅有着一定的区别。在此过程中主要对前期概念设计阶段中一些局部的技术进行仔细的分析，能够构建出一个较为详细的三维船体结构模型，并且将该模型能够有效的利用到船体生产设计之中。

1.3 生产O计阶段

在生产设计阶段之中所需要的许多数据都需要信息设计阶段来提供，也就是从并行协同设计理念来分析和设计，使得在进行生产设计的时候能够高效快捷的对数据进行运用，使得整个生产设计阶段和详细阶段统一结合起来，让设计变得高效化，质量也更加具有保障。

在这整个设计的过程中，从最早期的概念设计阶段就应该考虑到生产设计的相关工作，设计工作人员可以充分的运用计算机辅助工装设计、数控加工仿真、装配设计、制造设计等设计软件，将将并行协同理念运用到其中，让整个仿真设计流程变得更加合理高效。让设计的各个阶段能够实现完美的配合，在此情况下才能够让各阶段的过度变得更加的科学自然，减少设计中出现不协调的情况。

2 基于并行协同设计理念的船舶设计流程优化措施

在当前的并行协同设计理念下的船舶设计流程主要可以分为两个部分：管理技术和计算机辅助工具技术，下面对其流程优化进行分析。

2.1 在设计管理机制上做出创新

在船舶设计的管理机制上需要做出创新，改变原有的船舶设计院单独设计的模式，在整个设计过程中应当由造船企业与船舶设计院来共同完成。船舶企业的设计人员与船舶设计院的工作人员之间各自擅长的领域有着差异性，让他们在一起组成船舶设计小组，能够让他们在设计中对各自不完善的地方进行弥补。如：船舶设计院的工作人员可能在设计的时候会忽略一些实际制造中的问题，此时船舶制造企业的设计人员可以及时的发现问题，并有效的处理问题。

2.2 加强计算机辅助设计和管理技术的应用

随着当前计算机技术的不断发展，在船舶设计中也有着较大的改变，其中主要在协同仿真上面，该技术的成功应用使得船舶的设计、生产制造变得更加的具有保障，各方面的性能都得到了较大的改善。但是从当前的许多船舶设计院使用现状来看，在设计的过程中对于船舶设计的各类型软件和硬件的应用还不是十分的完善，技术也不是十分的成熟，对船舶仿真模型设计带来较大的困扰。船舶的仿真模型设计对于船舶的设计制造有着较强的作用，要想在现实的设计过程中真正实现并行系统设计，就必须加强对一系列的计算机辅助设计技术的重视，使得在设计的过程中能够充分的将这些技术利用起来。

计算机数据的管理技术也是并行协同设计理念下船舶设计中的一项重要技术，加强对其的研究和应用能够对整个船舶设计的流程起到优化的作用。船舶的设计通常都较为复杂，其中涉及到的零部件也较多，对于这些零部件的信息也是处于一种零散的状态，如果某个零部件的信息出现错误，将会影响到整个船舶设计发生相应的变化。因此，为了能够保证在船舶设计的过程中对这些数据进行充分的应用，保证生产设计数据的准确性，在现代的科学技术环境下，可以建立起一套支持设计、生产、管理信息一体化的并行协同设计平台。在此设计平台之中，不管是生产企业还是设计单位都可以通过互联网络进行实时的交流和探讨，对于各个零件的设计带来的帮助非常大，将整个设计的过程有效的结合起来，使得生产制造企业和设计院在进行设计的时候能够更加的科学合理。同时，对于所有的设计数据村能够更好的存储和整理，提高设计效率。

3 结束语

综上所述，在船舶设计之中采用并行协同设计理念对于提升船舶的设计效率有着非常大的帮助，在当前许多的国家之中已经得到了实践的证明。但是为了更好的实现并行协同设计，应当加强计算机辅助技术的应用，建立专门的管理技术平台，在此情况下才能够让并行协同设计理念的船舶设计流程进行优化，让船舶设计能够更加的科学合理，提升船舶生产制造的质量。

参考文献：

[1]陈启涛，金钜峰，王聿.基于并行协同设计理念的船舶设计流程优化[J].船舶标准化与质量，2014（04）：21-27+16.

[2]胡诚程，马晓平，张磊.基于并行工程的船舶设计流程研究[J].造船技术，2015（03）：28-30+42.

[3]曲鹏翔.船舶产品并行协同设计计划管理系统研究[D].江苏科技大学，2010.

[4]贺泽.船舶协同设计及智力资源配置方法研究[D].哈尔滨工程大学，2006.

[5]周奇.多学科协同优化算法及其在船舶概念优化设计中的应用[D].中国舰船研究院，2014.

流体力学在船舶中的应用篇4

关键词：船舶锚泊系统 可视化 远程控制

目前，国外对于船舶锚机、锚链的稳定性研究大多集中在锚机系统的设备研发和生产阶段，但对具体海况（比如浙江舟山海域）中锚泊系统的动态稳定性研究不多，相关产品的操作精度和稳定度不高，也没有实现操作过程的可视化。本文基于ARM嵌入式系统进行了遥控式船舶锚泊远程控制系统的设计与开发，并在实验室条件下，对所研制的船舶锚泊可视化远程测控系统的主控面板进行了测试实验。

船舶起锚操作运动学和动力学描述

1、起锚操纵运动数学模型

为了描述船舶的操纵运动， 如图1建立两个右手坐标系-空间固定坐标系 O0X0Y0Z0 和随船运动坐标系G x y z ， G 为船舶重心， x 轴指向船艏， y 轴指向右舷， z 轴指向龙骨。V 为船速， U为航向角，u、 v 为船舶运动的速度分量， r 为转艏角速度。运用MMG 模型，船舶抛起锚操纵运动数学模型，见式（1）：

图1 参考坐标系

式（ 1）中， m、 mx、 my ―船舶的质量和沿x 轴、 y轴方向运动的附加质量； I z z、J z z ―船舶绕z 轴转动的惯性矩和附加惯性矩； ur、 vr ―船舶运动对水流的相对速度在x 轴、 y 轴的分量； uC、 vC ―水流运动速度在x 轴、y 轴的分量； XH、 YH、 NH―作用于船体上的流体动力和力矩； XPR、 YPR、 NPR―螺旋桨和舵产生的水动力和力矩， 它们都是相对水运动速度ur、 vr 及艏摇角速度r 的函数； XTOL、 YTOL 、NTOL ―与流体动力无关的外力和力矩（如由风、浪、锚、缆、拖轮等产生的）。

根据船舶运动的初始条件， 求解式（ 1）得到船舶运动的速度分量 u、 v 和转艏角速度r ，继而可根据式（ 2）求得船舶的运动轨迹。

式（ 2）中， x 0、 y0 为船舶重心在固定坐标系中的坐标。求解式（ 1）的关键在于求得作用于船体的各种力和力矩。

2、锚链对船舶的水平作用力和力矩

锚链对船舶的水平作用力和力矩计算见式（ 3） ：

式（ 3）中， X C、 YC、 N C 分别为锚链作用于船体上的纵向力、 横向力和力矩； H i 为锚链水平作用力，i= 1、2分别表示左锚和右锚； аi 为锚链从锚链孔到锚位点的方位； L 为船长。

锚链的水平作用力和悬链的状态有关， 悬链的状态可分为两种： 自悬链和约束链。

船舶锚系统远程控制系统的组成与工作原理

一种船舶锚泊测控系统，包括码头主控系统、现场检测通讯系统和无线AP设备，现场检测通信系统和主控系统之间通过基于Internet、WiFi的无线AP设备实现信息传输；码头主控系统由web服务器和无线或远程pc机构成，两者通过互联网相连接，现场检测通讯系统由锚链受力检测模块、海浪声贝检测模块、海流流速检测模块和现场通讯系统构成，链受力检测模块、海浪声贝检测模块和海流流速检测模块通过并口线与现场通讯系统进行数据传输，现场通讯系统通过内置的无线模块实现与无线AP设备的信息传输连接。

码头主控系统，以嵌入式WEB服务器为主，采用模糊控制理论，建立锚泊安全预测的数学模型，内嵌于WEB服务器之中，实现锚泊设备的安全预警和紧急情况下的远程控制。

本系统的工作原理为：先将各船只型号的代码和对应实测的锚链受力、海浪声呗和海流流速数据输入到WEB服务器之中，当船舶处于恶劣海况下时，锚链受力检测模块、海浪声呗检测模块和海流流速检测模块时刻将检测到的数据通过并口线传递给现场通讯系统进行处理后，由现场通讯系统通过无线网络发送给无线AP设备，经无线AP设备传递给web服务器，然后web服务器将得到的数据进行处理，比如某鱿钓船的最大锚拉力将要8000N时、海流流3m/s以上或海浪声呗78dB以上中的其中一个条件达到，即判断出锚泊处于走锚危险状态时，向船上远端发出预警信号，提示船员检查锚泊状况或采取措施进行人工锚泊操作；当满足两个条件时，码头主控系统判断出锚泊处于走锚危险状态时，若预警信号得不到响应或反馈，启动远程锚泊操作命令，抛出预备锚泊设备，以增强锚泊安全性。

图2 锚泊可视化远程测控设计方案

码头主控系统设置有软件用户界面，图形显示锚机工况现状，实时接收和显示海况数据及锚泊受力数据，并根据接收到的数据，判断锚泊系统的安全系数；当码头主控系统判断出锚泊处于走锚危险状态时，向船上远端发出预警信号，提示船员检查锚泊状况或采取措施进行人工锚泊操作；当码头主控系统判断出锚泊处于走锚危险状态时，若预警信号得不到响应或反馈，启动远程锚泊操作命令，抛出预备锚泊设备，以增强锚泊安全性。

船舶锚泊远程测控系统的测试试验

首先在实验室搭建调试平台，其中检测端如图3所示，包括电动锚机、齿轮减速箱、锚链绳、链轮、滑轮、40公斤无杆锚模型、交流变压器、整流桥堆、H 桥驱动控制、单片机最小系统、锚泊信息通信模块、锚链视频收发器等。然后测试电动锚机的加减速控制、正反转控制、无线数据及视频传输等，逐步增大通信距离测试系统的通信及控制可靠性。从操作便利和价格考虑，实验选用 9 英寸 CRT 模拟电视作为视频监视器。

图3 锚泊控制系统检测端实物图 图4 锚泊现场洋流流速检测器图

测试实验所用的洋流流速检测器见图4 ，包括悬浮体、连接杆、压力传感器、压块、无线发射模块、吊耳、控制芯片等，悬浮体连接在连接杆的一端，连接杆的另一端穿过外壳和压力传感器连接在压块上，压力传感器位于压块和外壳之间，无线发射模块和控制芯片安装在外壳内的下部，两者通过信号线相连接，外壳外部下端还设有吊耳；连接杆为钛合金材料，表面粗糙度为0.3 。

洋流流速检测器的优点是，可以将洋流的流速传递到船上信息采集系统，无需下水测量，大大节约了检测成本，同时也更加安全。工作过程，本装置通过吊耳固定在洋流区域，悬浮体在洋流的冲击下，带动压块压向压力传感器，压力传感器通过控制芯片的处理变成流速信号，通过无线发射模块发射给船上采集系统，采集系统即可读取所在区域的流速。

在实验室完成模块设计与系统集成后，进行了实验室测试。采用这种新型船舶锚泊可视化测控系统，通过远程测控就可判断是否走锚，并可自动采取对应的措施，其设计简洁高效，它的运用可基本上杜绝走锚现象，并可以保护海上建筑设施。

结论

测试结果表明：锚泊现场采集系统能采集、保存和发送洋流速度、风速、锚链受力等信息，其中洋流流速等检测误差低于5%；码头主控系统能接收锚泊现场信息，还能定量计算船舶走锚概率，并显示和发出锚泊预警信号，系统的响应时间能控制在5秒之内。

流体力学在船舶中的应用篇5

    水运工程是基于江、河、海等水域面之上的交通方式,其相对于陆地交通具有明显的优势。首先,水路建设的成本耗资较低,仅需配备相应规模的船舶即可开始运行;其次,船舶在水运过程中很少出现拥堵现象,加快了船舶运行的速度。近几年来,国家积极推广了水运运输方式,让企业在保证货物正常运送的前提下,节约一大笔运输成本的开支。另一方面,船舶在操纵时也易受到外界环境的影响,处理不当会引发诸多意外事故。因此,发展水上交通运输还需考虑外界因素对船舶行驶造成的干扰。

    2.船舶操纵的主要工作

    船舶操作是控制船舶在水中运动的技术,其要求操作者掌握熟练的操作技术,以协调船舶在水域上的运行状态。一般情况下,船舶操纵由专业技术人员完成,主要工作内容是按照船舶的操纵性能和车、舵效应,结合风、流和水域等客观条件,运用船舶推进器、舵、锚、缆、拖船等,以保持或改变船舶运动状态。交通事业是保障我国经济发展的关键因素,依赖于先进的交通环境才能带动一个区域现代化建设。科学发展观指导下,我国开始关注水运交通工程的建设,以缓解陆地交通引起的各种压力。水运交通运输线路日趋发达,使船舶操作的工作价值越来越显着,也对船舶运行提供了切实可行的指导作用,水运管理部门应注重船舶操作过程的分析及管理。

    3.自然环境对船舶操纵的影响

    船舶运输自古以来就是我国交通运行的重要方式,其不仅有效利用了水域面积的交通价值,也实现了对自然条件的合理利用。尽管水运交通的成本投入较低,无需配备其它相关的辅助设施,但船舶在操作时依旧面临着诸多潜在的风险隐患。我国海上运输的事故发生率每年保持在15%左右的比例,直接或间接造成经济损失大数百万。调查显示,自然环境是阻碍船舶操纵的一个关键因素。其主要影响如下:

    3.1风的影响

    风是自然界常见的现象之一,也是影响船舶操纵的关键因素,由其是强风条件下,船舶控制的难度更大,从而约束了人员操纵的便捷性。如:风对船舶水线以上部分产生的回转力矩大于舵力产生的回转力矩时,船就失去控制。这种现象往往发生于压载不足的船舶。当水线上下侧面积的比值接近3时,遇5级风操纵已感困难,遇6级风就有失控可能。为改善空载船舶的操纵性能,对压载舱容量的分布、车叶浸水、吃水差等均有规定。

    3.2流的影响

    船舶行驶依赖于海域中的水流运动,当水流发生异常运动时必将阻碍着船舶操纵的稳定性。水流对船舶控制影响的表现:水线以下船身上下部分受到不均匀水流作用时将影响船舶操纵;浅水航道,船身下部接近水底,流速较慢,产生的力矩使船首向下游一侧偏转;河港航道狭窄,流速分布复杂,主流流速大于两侧,上层流速大于下层的;弯道内深水急流偏在弯顶一侧,横向分布不匀;这些都会阻碍船舶操纵流程的执行。

    3.3水的影响

    除了水流运动速度的影响外,船舶也易受到水域深度大小的影响,特别是深浅水域交替时船舶操纵的难度更大。水深与吃水比小于1.3时称为浅水,船舶驶进浅水区时操纵性能受到显着影响:①船体下沉。由于船底过水断面变小,流速加大,压力下降,导致船体下沉。②推进效率骤减。船底流速加大和船体浸水体积因船体下沉而增大都使摩擦阻力增加。由于航行阻力大增,船速可降低30%。

    3.4雾的影响

    雾对于小河流域的船舶行驶不会造成过多干扰,驾驶人员通过四周观察则可判断出船舶的行驶位置。但是,近年来我国水运交通逐渐朝着大面积海域发展,人员观察已经无法判断出船舶周围的运行情况。大雾天气对船舶的不利影响甚大,主要表现:大雾遮挡了操作人员的视线,无法准确地判断出船舶的停靠位置;误导了船舶行驶的方向,原先设计的运输路线失去航运指导作用。

    4.防范自然环境风险的控制措施

    新时期我国各项事业呈现出了良好的发展趋势,完善水运交通设施的建设改造,不仅充分利用了水域资源的优势,也极大地环节了陆地交通运输的压力。国家每年投资巨额资金以辅助水运工程,其目的就是建立“水陆”两条线路的交通模式,带动国内海上经济的可持续发展。自然环境对船舶操纵造成了诸多方面的不良影响,“风、流、水、雾”等四大气候环境的影响更为典型。针对这些情况,海事局应加强船舶作业的指导工作,从根本上解决船舶操纵面临的环境风险。

    4.1环境监测

    积极完善现有的船舶操纵系统,如图2,能够从多个方面避免环境风险对船舶操作造成的不良影响。海事局应成立专业技术小组,建立持续24h的自然环境监测体系,持续对海上水域环境变化实施监控,一旦发生异常立即给予报警,提醒船舶操作人员做出有效地决策。当前,比较监测的海域监测系统是由GPS技术为核心,用计算机操作系统作为监控平台,对自然环境监测数据进行自动化处理,通过数字运算获得自然环境的实际情况,为传播操纵提供科学的指导。

    4.2操作管理

    海事局是水运交通管理的主要部门,应对船舶操纵行为采取综合性的管理措施,严格防范各种风险事故的发生。笔者认为,船舶驾驶人员及引航人员要互相协作,共同完成船舶的起航、停岸、调控等工作,从而降低了自然环境对船舶带来的各种风险。如:操纵人员利用GPS定位仪,掌握船舶所处位置后才能对船舶推进器、舵、锚、缆、拖船等进行操作。管理人员必须严格考察操纵人员的作业环节,针对违规操纵现象给予严格的处罚,积极规范船舶操纵的行为。

    5.结论

流体力学在船舶中的应用篇6

关键词：长江干散货船 技术经济性 评估方法

面对目前长航集团在长江货运市场份额年年萎缩的严峻形势，长航集团总公司专门就此问题，从船舶的技术先进性、经济性开展了调研。本人作为此次调研的主要参与者，在调研的全过程中切身感受到技术先进性与经济性的密切关系；集团主力船型的先进性、经济性应体现出集团的核心竞争力。船舶的技术经济性除了“船舶方形系数、海军常数、钢量系数”等指标外，本人在此文中首次提出了“船舶技术经济性竞争态势矩阵”，对船舶的技术经济性从船舶造价、燃油单耗、货物流向影响、功率配载率（载重吨/KW）、人工成本5个方面进行量化评价。为了使该方法更加科学、不断完善，在此谨与同行交流、商榷。

这次调研，我们对长航凤凰所有长江干散货自航船2008年4-5月或2007年同期的主要航线、货物流向、配载情况、燃油耗量与单耗、船舶车速等技术经济参数进行了统计、分析。

集团船舶与地方船舶的比较与分析

依据调研采集的资料和数据，分2500吨级、3000吨级、5000吨级3种船型、从以下几个方面对集团船舶与地方船舶做一个初步的比较分析：

1、船舶燃油单耗

船舶燃油单耗是指每千吨千米所消耗的燃油量。它是考核、评价船舶技术经济性能的一个重要指标，适用于同类型、不同吨位、不同运距船舶的比较。燃油单耗数据越小，表明节能效果越高、经济效益越好。

2、燃油成本

数据表明：购买船舶除2500吨级的燃油单耗成本略低于地方船舶22-27%外，其它类型船舶的都高于地方船舶。

3、人工成本

集团每艘船舶与个体户船舶相比：每月人工成本少则增加2.5万元，多则增加10万元。

4、功率配载率（载重吨/KW）

这个指标可以反映出船舶功率发挥的效率。从理论上讲，这个比值越高，其船舶的技术经济效益越好。

5、船舶造价

集团船舶需要满足国家船检（CCS级）的入籍要求，造船成本相对较高；地方船舶只要符合地方船检（ZC级）的入籍要求即可，造船成本相对较低。

由于钢材、人工成本近几年来节节攀升，船舶的造价也在逐年抬高，幅度较大。已经出现同类船舶、在同一厂家建造，上半年与下半年就存在相当差价的现象。长航凤凰在批量造船保证质量的前提下为降低造船成本做了大量工作。

综合性结论和建议

为了更直观地对上述船舶的技术经济性能指标的竞争力进行评价，分析各项指标影响程度的强弱，我们采用借鉴“竞争态势矩阵”方法来进行描述。具体方法如下：

1、列出关键技术经济指标要素。

2、给每个要素确定权重，表示该要素对船舶技术经济性相对重要程度。

3、对自建、购买、地方船舶在每个要素上所表现的相对强弱进行评价、赋值。1分为最弱，2分为较弱，3分为较强，4分为最强。

集团干散货船与地方同类型船舶技术经济性竞争态势矩阵

矩阵表明：集团自建船舶的综合竞争力较弱，购买船舶次之，地方船舶较强。

4、通过以上比较、分析，可以初步得出这样的结论：

集团船舶在燃油成本上没有竞争力。这是因为：①地方船舶与自建和购买船舶未发挥拖带功能时相比，其功率配载率比值较高；而集团船舶具备拖带功能，动力储备高。②地方船舶自重轻。③地方船舶利用船舶主机进行轴带式发电，而集团船舶设有专门的发电机组、单独运行。④地方船舶不追求航速。集团船舶除要满足安全生产、经营部门对航速的要求外，还必须满足国家的规范要求。⑤我们购买并改造的船舶，有的下水空载，造成不必要的燃油消耗。地方船型设计上可能有独到之处。随着造船业的蓬勃发展，地方船（包括个体户船舶）的技术经济性能也趋于不断优化。

人工成本影响因素相对较小。通过分析，集团每艘干散货船的人工成本同比地方个体户船舶，一个月要多支出5～10万元。

集团干散货船自身重载同时具备拖带重驳的经济性和效率值得进一步商榷。

干散货船的设计与建造应以经济效益为前提，集团由过去的顶推拖驳船队发展到现在的自航船就是为了满足货主码头的要求、适应市场的需要。具备拖带功能的自航船若不能充分发挥出其拖带功能，其燃油成本将处于高位运行；若发挥出其拖带功能，其技术经济性与过去的拖驳船队相比，值得有关部门认真思考、研究。

5、关于集团新造长江干散货船的建议如下：

成立专项课题小组，开展进一步研究。建议由集团科技部牵头、船舶设计院、科研所、长航凤凰和其他相关部门组成的课题小组，深入到地方船厂、地方船舶进行“民间探宝”。到目前为止，还没有个体户船东找长江船舶设计院设计过船舶，这反过来也说明我们对地方船舶的技术先进性缺乏了解，地方船舶肯定有值得我们学习和借鉴的东西。

建立集团船舶设计、建造、管理、操作、经营相关部门参与的定期会晤机制。集团已对船舶设计、建造、管理、操作、经营等环节实行了全覆盖，这是我们的优势，应予以充分发挥。建立船舶建造的科学决策机制，明确相关领导、职能部门和专家的责任。在船舶建造、特别是批量船舶和大型船舶建造时，应事先广泛召集集团内外的各个方面的专家进行充分的经济和技术论证，并加强对市场造船信息的跟踪和研究，引进和吸取市场造船的新理念、新方法，不断提高集团新建船舶的技术经济性和市场竞争力。

新造船舶应注重的要素。①应尽量提高船舶方形系数和降低航速设计。集装箱船为追求快速性，方形系数通常在0.82以下，设计航速普遍达到20km/h以上。船舶方形系数的提高和设计航速的降低，对提高船舶载量和降低燃油消耗至关重要。②船舶经济航速应与船舶主机功率的发挥相匹配。由于燃油成本的持续上涨，节能降耗已成为企业降低成本、提高市场竞争力的重要举措之一。在今后造船的主机选型上，应在满足运输生产要求的前提下尽可能降低设计航速，同时使主机的常态负荷能在75-85%之间运行。③主机轴带式发电，应是我们可选方案之一，应加强攻关和推广。主机轴带式发电，在民营船舶、特别是个体户船舶已普遍使用。根据重庆公司的调研，主机轴带式发电的单位耗油量仅占船舶独立电站发电时的1/4，节能效果显著。一是应加快主机轴带式发电在集团新造船舶上的运用研究；二是要加强政策公关，争取主管机关对船舶主机轴带式发电方式的认同。④发挥好集团燃用劣质油掺烧技术优势。由于油价在历史高位运行，且有不断上涨趋势，劣质油与0#柴油的差价始终保持在1000元/T左右。在新建船舶时应同时考虑该项技术的使用。

6、应注重和抓好船舶营运节能。

利用乘潮汐发航、开经济车速、下水开单车、优化拖带船队队形等，这些都是营运节能的有效方式。实例表明：在抓好技术节能、管理节能的同时，营运节能大有作为，大有潜力，应抓实抓好。

高度重视船舶技术性和经济性的密切结合是工程技术人员的职责所在。我们工程技术人员只有在保证船舶技术性能安全可靠的前提下直面市场、感受市场的竞争压力，知己知彼，才能设计出具有核心竞争力的船舶。

流体力学在船舶中的应用篇7

在当前全球经济持续低迷的背景下，航运业正面临前所未有的困境，各航运企业都试图以提高服务质量，提升经营能力，优化企业组织、进行供应链流程重整等手段提高企业竞争力，以避免在市场竞争中被淘汰出局。航运企业在第三方物流供应链中作为核心企业的地位早已得到公认，它在全球经济中也占据着越来越重要的地位，船舶是航运企业资产和功能的主要组成部分，是供应链中的核心能力所在。船舶备件是指为船舶的主机、副机、辅助机械、电气设备、通导设备等船舶设备维修与确保船舶航行安全所需备用的部件、配件和零件。故船舶备件可以说是作为第三方物流供应链中的核心企业体现核心能力的核心元件。船舶必须配备适量的备件，以保证船舶的航行安全，减少停航时间，提高船舶营运率，但备件数量过多则必定占用大量的资金和库存空间，增加了企业负担。船舶物料备件的成本是航运企业除燃料费用外的最大的成本组成部分，降本增效，向供应链管理优化要效益，在当今严峻的航运形势下，如何控制船舶物料备件成本成为每一个企业都在研究的课题。由于修理需要更换大量备件，而备件质量又会影响修理周期，国内航运企业通行的做法是将修理与备件费用捆绑在一起进行考核，并将物料费、润料费统称为三项成本。这三项成本往往由航运公司的机务管理部门进行控制。下表为中海集运2011年度三项成本的考核指标，从中可以发现，其修理备件费用达25 777万元，占三项成本的 44.87% 。

表1.1 中海集运三项成本指标

部门 修理备件费

（万元） 物料费

（万元） 润料费

（万元）

船工一部 3135 478 1566

船工二部 8574 1617 8103

船工三部 7243 1615 11114

安技部 3155 710 4425

浦海航运 3670 820 1222

总额 25777 5240 26430

百分比 44.87% 9.12% 46.01%

本文试图运用供应链控制理论，针对船舶备件库存的特点，力求提供一种流程高效、信息共享、成本降低、响应敏捷、协同有效的具有核心竞争力的船舶备件库存控制方法，使船舶备件保持在合理范围，既满足船舶安全营运的要求，又能减少备件库存，控制成本，增强企业的竞争能力。

二、基本概念

1.供应链

供应链一词源于英文的“supply chain”，也有人称其为供给连锁。现今国内普遍接受的供应链的定义是：供应链是围绕核心企业，通过对信息流、物流、资金流的控制，从采购原材料开始，制成中间产品以及最终产品，最后由销售网络把产品送到消费者手中的，将供应商、制造商、分销商、零售商直到最终用户连成一个整体的功能网链结构模式。

2.供应链管理

我国在《物流术语国家标准》中将供应链定义为：利用计算机网络技术全面规划供应链中的商流、物流、信息流、资金流等，并进行计划、组织、协调与控制。供应链管理是在供应链基础上发展起来的一种系统化、集成化、敏捷化的先进管理模式，是对供应链过程中涉及跨企业、跨行业、跨部门运作的信息流、资金流、物流等进行计划、组织、协调和控制一体化的管理过程。供应链管理的目的是企业通过改善上、下游供应链关系，整合和优化供应链中的信息流、物流、资金流，以获得企业的竞争优势。它的最大特点就是各种业务流程的一体化。

3.供应链中的库存管理

库存表示用于将来目的的、暂时处于闲置状态的资源。库存是供应链管理的最大障碍，库存量的高低不仅影响着单一企业的综合成本，而且也制约着整条供应链的性能。库存的存在有利有弊，一方面，供应链中存在库存可以保证供给和需求的平衡，保证生产的平稳进行，并通过生产和销售过程中的经济规模来减少成本；但另一方面，过量的库存会占用大量资金，增大库存成本，还会掩盖企业生产经营中存在的问题。所以，如何保持一个合理的库存量，在企业现有资源约束下，以最合理的成本为用户提供所期望水平的服务，是每个供应链管理者必须要面对的问题。

三、供应链控制下的船舶备件的库存决策

供应链管理环境下的船舶备件库存问题和航运企业中的传统备件库存问题有许多不同之处，它充分体现了供应链管理思想对库存优化的影响。传统的船舶备件库存是用来应付单船的不确定性的，主要侧重于优化单船单一的库存成本，从存储成本和订货成本出发确定经济订货量和订货点。从供应链整体来看，这种单一的库存管理的方法显然是不够的。船舶备件的供应链长度为“船舶――船公司――供应商――供应商的供应商”，故备件库存的优化控制必须包含这些环节。在整条供应链上必须做到（1）供应链库存整体最优化。某个船舶备件库存的最优化必须放在整条供应链上来衡量。（2）信息共享最大化。信息共享是供应链库存优化管理的基础，只有船舶、公司、备件供应商都能实时监控到船舶备件信息，才能对库存进行科学控制。（3）供应链成员连接的无缝化。供应链是一个整体，需要协调各节点企业（部门）的活动，才能获得最满意的运营效果。船舶备件的库存信息应该即时、流畅地在船舶、公司、供应商中传递，从而使供应链能够实时响应船舶的备件的需求，形成更为合理的供需关系，适应复杂多变的备件需求。根据船舶备件的供应及库存特点，我觉得可用以下两个方法进行船舶备件的库存控制。

1.考虑设备关键性的船舶备件ABC分类库存策略

船舶备件品种繁多，有近万种备件存量，对每种存货都进行详细的库存分析是不经济也是不现实的，因为通过不断地盘点来控制库存要耗费大量的人力和时间，现在船舶随着自动化程度的不断提高，定员越来越少，一艘10万吨级的船舶，全船定员21人，机舱人员才9人，而且船员的主要工作还是在生产，在航行上。对船舶备件的库存管理 的目标是库存资金占用尽可能少、同时又能保证对生产有重大影响的备件供应 。库存ABC分类管理就是解决这对矛盾的较为合理的一种控制方法。

（1）船舶备件从设备关键性角度进行分类。可通过两阶段ABC分类法进行分类。首先将船舶设备分为关键性设备、辅助设备以及一般设备。船舶关键性设备在航运公司的体系文件中会有标注（这也是“国际船舶安全营运和防污染管理规则”，简称ISM规则所规定的，属于国际海事组织的强制性文件），也可根据对船舶安全航行的实际影响程度进行关键性标注。影响设备关键性主要指标有：设备是否有备用设备、设备失效引起的安全风险、停航损失、维修费用、购买设备的难易程度、失效对相关设备的影响、备件采购的提前期长短、维修难易程度等。在设备按关键性角度进行分类后，在设备分类的基础上对设备备件进行分类。关键设备是船舶的核心设备，对船舶航行影响巨大，是需要重点关注的，对关键设备所属备件再进行 ABC分类，分类后再采取不同的库存控制策略；一般设备相对关键设备来说不是很重要，但是也是应该关注的，对一般设备根据需要进行 ABC分类，将所属备件分为 B类和C类进行控制；因为辅助设备发生故障对生产的影响不大，设备所有的备件都可用 C类的方法进行库存控制，无须再使用ABC分类对其进行分类。下图为按设备关键性分类的模型图。

（2）船舶备件ABC分类的库存策略

船舶备件按设备的关键性进行ABC分类后，可根据分类结果对每类物品采取适宜的库存控制措施。A类物品尽可能从严控制，保持完整和精确的库存记录，给予最高的处理优先权；而对于C类物品，则尽可能简单地控制；B类物品，则给予适当地关注。对于船舶而言，像船舶主机、舵机、锚机等关键性设备，应该采用永续盘存法来保证精确地控制存货，以避免缺货风险。而对于像轴承、阀门等C类物品，可以按季度进行盘点补货，因为这些物品既有通用性，不大会造成缺货，而且造成的缺货损失也不严重。

表3.1 不同类别备件的库存控制策略

存货类别 库存控制策略

A类 严密控制，十天检查补货

B类 一般控制，每个月检查补货

C类 简单控制，每季度检查补货

2.针对不确定性需求的船舶备件的库存策略

在船舶备件的库存管理中，从船端到备件的供应商、制造商，供应链中常常存在多样的不确定性，如备件需求的突发性，需求预测的不准确、供货的不及时、备件质量的不稳定等。这些不确定性的影响 ，使得供应链上各环节的企业（部门）在进行需求预测和进行备件订购时，由于缺少信任和担忧，往往提高订货数量和拉长提前期，增加安全库存量，从而使库存量大幅增加。这种供应链活动中真实的需求信息从末端（船舶）向源端（原始供应商）传递时，信息扭曲逐级放大的现象称为“牛鞭效应”。由于这种“牛鞭效应”的影响，最终会给整个供应链造成严重的后果：船舶、航运企业、供应商各级节点环节备件库存积压严重，使库存成本过高。为解决此类因供应链不确定性所造成的库存问题，航运企业采取了一些针对性的库存策略，并取得了不错的效果。

（1）利用船舶备件管理的信息化系统，实时掌握了解公司各所属船舶的备件库存信息。对于同类型船舶、相同设备的备件，船舶单船除储备必要的安全库存外，在公司仓库或供应商处集中储存一定量的备件，大大减少了供应链中的备件库存水平，既保证了船舶的安全营运，又减少了库存成本。

（2）采用联合库存管理模式（JMI）。JMI是一种在VMI（供应商管理库存）的基础上发展起来的上游企业和下游企业权利责任平衡和风险共担的库存管理模式。JMI把供应链系统管理进一步集成为上游和下游两个协调管理中心，库存连接的供需双方以供应链整体的观念出发，同时参与，共同制定库存计划，实现供应链的同步化运作。JMI体现了战略供应商联盟的新型企业合作关系，强调了供应链企业之间双方的互利合作关系。船舶备件有其特殊性，考量的质量因素远胜于价格因素，且许多备件属于定制产品，具有排他性，备件往往只能选择设备的生产厂家供应，故一些备件的供应商具有唯一性，这也为船舶备件供应链的上下游各方进行联合库存管理的实施提供了动力。通过船舶备件管理信息化系统，备件的战略供货商、航运公司备件主管人员、船舶备件管理人员可以清晰地查看监管船上备件的库存量与使用情况，共同参与制定库存计划，使备件供应商、航运公司、船舶都从船舶备件的实际消耗情况出发，使各节点的库存与需求的预期保持一致，从而消除了因供应链的不确定性而导致需求变异放大现象（牛鞭效应）。

（3）需要特别说明的是，由于船舶备件具有价值高（像一个主机缸头就达几万美金），缺货成本高（备件缺货可能会造成船舶灭失、停航等事故），且配送困难（船期及靠港时间、地点多变）等特点，故对于库存风险主要由供应商承担的VMI（供应商管理库存）模式，在当今的船舶备件管理模式中还未出现。

四、结束语

流体力学在船舶中的应用篇8

关键词：减摇；横摇；减摇鳍；减摇水舱；舭龙骨；舵减摇；综合减摇装置

中图分类号：U66 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）20-0175-02

1 概述

船舶在海上航行和工作的过程中，会遭受海浪、海风及海流等各种因素的影响，因此，船舶会产生诸如横摇、纵摇、横荡、纵荡等各种摇摆。而以上各种不规则的剧烈摇摆会严重影响船舶的安全航行、乘船的舒适性、船上各种机器设备的正常工作等。尤其对于军用舰载船舶而言，船舶在海上产生的摇荡会影响飞机的正常起飞、安全航行以及降落。因此，关于船舶减摇方面的试验和研究一直是船舶领域技术人员的主要工作。经过多年的研究发现，在船舶减摇装置中，应用最为广泛的有以下几种：舭龙骨、减摇水舱、舵减摇、减摇鳍以及综合减摇装置等。

2 船舶减摇装置简介

2.1 舭龙骨

舭龙骨的使用最早可追溯到19世纪初，当时还处于帆船时代，舭龙骨最早作为减摇装置是应用在帆船上。舭龙骨多是沿着船体长度方向，安装在船舶的舭部，其减摇原理在于，当船舶在海上产生横摇时，由于舭龙骨的存在，会在海水中产生扰动船体周围的水流场，使得船体产生一定的附加阻尼，通过增加船体的横摇阻尼，从而减小船舶受到的横摇影响。舭龙骨在船舶的任何航行状态和环境下，均会使得船舶产生一定的减摇效果，其最佳效果是在产生近似共振的状况下产生的。舭龙骨减摇的优势在于，其不涉及运动部件，结构简单，造价低，便于维护，是应用最广泛的一种减摇装置。其缺点在于装上舭龙骨会使船舶阻力略有增加。发展到后来，慢慢出现了可伸缩式舭龙骨，其在高航速时伸出进行减摇，低航速时收回，减小船舶受到的阻力。目前，几乎所有的船舶都装有舭龙骨，配合其他减摇装置共同提高船舶航行的稳定性。

2.2 减摇水舱

减摇水舱也是比较常见的一种减摇装置，根据其减摇原理，主要包括以下三种形式：被动式减摇水舱、可控被动式减摇水舱和主动式减摇水舱。对于被动式减摇水舱而言，其减摇过程为：当行驶在海上的船舶产生横摇时，同时，水舱内的水会随之产生往复摇摆运动，通过产生抵抗船舶横摇的稳定力矩达到减摇的效果。除了被动式减摇水舱，还有主动式减摇水舱，其工作过程是在船体的两舷之间增加一个可抽取水的水泵，将水舱中的水进行适时的转移和调整，从而将摇摆的船体调整至平衡状态。通常在两个水舱之间设置节流阀，从而控制水舱中水的快速转移。减摇水舱可将摇摆角度从30°降低至15°，因此，可大大降低横摇产生的不利影响。减摇水的减摇过程和减摇效果与船体的航行速度没有直接的关系，因此，减摇水舱可以应用于各种航行速度下的船舶，对于低航速甚至停泊的船舶，其上设置的减摇水舱均具备较好的减摇效果。但减摇水舱存在减摇效率比较低、占用空间大等缺点，因此其发展受到了限制。目前，国外对减摇水舱的研究已经比较成熟。

2.3 舵减摇

舵减摇于1972年首次被提出来，至20世纪90年代初国外已有定型产品出售。舵减摇的原理在于，当船体上安装有舵时，在操作舵的时候，船体会随之产生一个横倾力矩，在这个横倾力矩的作用下，可将船体本身产生的横摇扰动力矩进行一定程度的抵消，从而减小船舶横摇产生的力矩，加强船体航行的平稳性。我国关于舵减摇的研究最早始于八十年代初期，例如中国大型船舶科技研究中心就舵减摇装置的实际可行性方面进行大量的试验和研究。九十年代以来，舵减摇的研究更加深入，我国对于舵减摇方面的研究主要集中在军舰上的应用。其与减摇鳍相比，造价低，占用空间小，使用维修方便，其缺点在于所需的功率和舵速，对船舶的各项参数比较敏感，其减摇效果易受到影响。

2.4 减摇鳍

减摇鳍是一种最常用的主动式减摇装置，是目前减摇效果比较好的一种减摇装置。减摇鳍多为机翼型的翼面，在船舶航行过程中，由于水流的作用，减摇鳍的上鳍面和下鳍面的流速不同，则上下鳍面存在一定的压强差，从而产生一定的升力作用。关于减摇鳍的专利，最早是在1889年由约翰桑尼克洛夫获得的，鳍与三个臂相连，其中一个臂固定连接，一个臂可转动连接，中间的轴臂距离船最远，目的在于当轴上下移动时，可使得鳍产生倾斜。世界范围内的第一套研制成功的实体减摇鳍装置出自日本三菱重工的原良信太郎，在1923年时研制成功的减摇鳍设备经装船试验，其减摇效果取得了显著的进步。随着减摇鳍装置的进一步发展，1935年，英国的布朗兄弟公司研制成功了一套名为丹尼斯布朗的减摇鳍装置，并成功装配应用于一艘2200吨的海峡渡轮上，获得了较好的减摇效果。在接下来的几十年中，世界各国船舶领域的科研人员在减摇鳍方面进行大量的试验和研究。

试验表明，在减摇鳍的作用下，船体的横摇角度约为2°，远小于无减摇鳍的船体横摇角度25°，即具备减摇鳍的船体稳定性明显优于无减摇鳍的船体。一般情况下，减摇鳍的控制系统包括电气控制部分、转动鳍的液压传动装置和机翼型的鳍三部分，其工作过程为，首先采用陀螺仪检测船舶航行时的横摇角度，根据减摇需求产生相应的控制信号。然后由液压传动装置控制减摇鳍的偏转角度和方向，使得减摇鳍产生抵消力矩，从而减小船舶的横摇幅度，达到提高船舶航行稳定性的目的。减摇鳍按照布置方式分为：固定式、收放式、折叠式。减摇鳍带襟翼的开襟式和不带襟翼的整体式。中小型船舶舵适于采用不可收放式减摇鳍，其具有较小的展舷比，多为0.5～1.0，多采用结构简单的整体式减摇鳍。对于较大型船舶而言，所需的减摇鳍展舷比较大（多为1～2），为了减小空泡腐蚀且提高升力，一般采用开襟式减摇鳍。

不可收放式减摇鳍一直伸出处于船舷外部，一般安装于船中的舭部，避免船舶航行时产生碰撞。可收放式减摇鳍可对称安装于船舷两侧，当船舶遭遇大风浪产生横摇时，将减摇鳍伸出舷外进行减摇，当不需要时，将其收入船舱内。收放式减摇鳍的展舷比大，因此鳍面积较大，减摇效果比较好。减摇鳍的劣势在于只有在高速减摇时效果比较好，而在低航速或零航速时，减摇鳍的减摇作用很小，这是因为航速较小时，流过减摇鳍上下表面的水速差异很小，不会在上下表明产生很明@的压差，因此产生的升力比较小。近几年，已经有研究者开始进行零航速或低航速的减摇鳍结构研究。零航速减摇鳍的对称性很低，且增加了舷长使其可以扫过更大的面积。哈尔滨工程大学提出了可以提高船舶零航速稳定性的T型水翼和转子翼复合减摇装置，在高速航行时减摇鳍在伸缩装置的驱动下伸出进行减摇，低航速时利用转子翼进行减摇，提高了船舶在高航速和低航速两种航行状态下的减摇效果。

2.5 综合减摇装置

减摇鳍和减摇水舱是目前船舶减摇领域应用较为广泛的两种，但由于减摇鳍和减摇水舱其各自工作原理上的限制，在船舶减摇的应用中均存在一定的局限性。例如：高航速船舶的减摇鳍在零航速或低航速时不能进行有效的减摇，因此，低航速船舶，不适合采用减摇鳍进行减摇。减摇水舱的结构简单且成本较低，对于船舶的各种航行速度，均可以有效抑制船舶摇摆。但其局限性在于被动式减摇水舱受限于船舶的谐摇频率，只有在船舶谐摇频率附近，减摇水舱才会产生较好的减摇效果，在船舶遭受低频海浪的冲击时，被动式减摇水舱甚至会增加船舶的摇荡。近年来，随着船舶及其设备功能应用的发展，船舶上采用单一的减摇装置已不能满足其使用需求。因此，国内外开始进行综合减摇装置的研制，诸如减摇鳍-被动减摇水舱综合减摇，其综合利用了减摇鳍与减摇水舱的优点，弥补了各自的不足。使得船舶在零航速状态下也具备一定的减摇能力。目前，已有减摇鳍和减摇水舱共同装配于一艘船舶的研究，其工作过程为当船舶在高航速航行时，单独采用减摇鳍进行减摇，当船舶处于低航速时，可利用减摇水舱的优势进行减摇。除了上述减摇鳍-被动减摇水舱的综合减摇装置外，减摇鳍-舵减摇也具备较好的减摇效果，早在20世纪80年代，就有人提出利用舵和鳍进行联合减摇，并经试验证明采用舵鳍综合减摇装置能够有效提高船舶的稳定性。由于船舶采用舵鳍减摇装置是将减摇鳍和减摇鳍舵的优点相结合，可以使得船舶抵抗横摇、横荡等的影响，因此是近年来船舶减摇领域的研究热点。目前的多项研究结果表明，采用综合减摇装置可合理利用各种减摇技术的优点，使得船舶在各种航行状态下均具有较好的减摇效果。目前，对减摇鳍、减摇水舱、舵减摇、舭龙骨等的研究均比较成熟，因此，各种减摇装置的综合运用将是以后研究的热点和发展趋势。

3 结束语

本文对国内外船舶减摇技术进行了综述，主要论述了舭龙骨、减摇水舱、舵减摇、减摇鳍以及综合建议装置的发展现状，通过分析比较可知，单一的减摇装置在船舶的减摇应用上存在一定的局限性，而采用综合减摇装置可以综合各种单一减摇装置的优点，使得船舶在各种航行状态下均具备良好的减摇效果。近年来，随着世界范围内船舶技术的兴起和发展，对于减摇技术会产生更进一步的需求。并且，船舶减摇装置正逐渐趋于实现小型化、精密化的发展方向，以满足船舶实现不同的功能和应用。

参考文献：

[1]邹宁.船舶减摇装置及其应用[J].船舶工程，2012（2）：271-277.

[2]杨辉，宋金龙.船舶减摇方式介绍及发展趋势[J].江苏船舶，2007（8）：10-12.