摘要：船舶在海面航行时，会由于海况的影响，导致横摇运动加剧。减摇水舱作为最广泛使用的减摇装置之一，具有结构简单、成本低、可在零航速和低航速下进行减摇等优点。可控被动式减摇水舱作为一种高效的减摇水舱，可通过自动控制系统控制气阀和水阀的状态改变水舱内水的振荡周期，以适应不断变化的海况，保证在任何海浪的作用下都可以进行减摇。由此可见，良好的减摇水舱控制系统，对提高减摇水舱的减摇效果，进而改善船舶的安全性，减少运输成本，提高装卸效率，有着重要的作用。
关键词：船舶减摇 水舱控制 技术 现状 展望
引言
船舶在海上航行时会受到海风、海浪等的影响，在其作用下会产生剧烈的横摇及横荡运动，这会给船舶的航行安全带来威胁，同时也会给乘客造成不适的感觉，所以如何减小船舶航行过程中的摇摆就成为一个十分有意义的研究课题.减摇水舱是减小船舶横摇的重要减摇装置之一，尤其是在低航速和零航速时，常规的减摇装置如减摇鳍难以发挥作用，采用减摇水舱造价低廉，可以有效解决船舶低航速航行时的耐波性问题，达到明显的减摇效果.减摇水舱在国外应用比较广泛.我国的一些院所也展开过这方面的研究，但鲜有成熟产品.随着对船舶及舰艇耐波形要求的日益提高，开发经济、有效的减摇装置势在必行，减摇水舱无疑是最合适的减摇装置之一.
1.船在波浪作用下的运动
船舶在水面上的运动有六个运动自由度。如果以船的首尾方向为 x 轴、左右舷方向为 y 轴、上下方向为 z 轴建立坐标系，那么，沿 x、y 和z 方向的平动分别称为纵荡、横荡和升沉；绕 x、y 和 z 轴的转动分别称为横摇、纵摇和首摇（图1）。由于水的抗剪切能力极小，所以漂浮在水上的船舶在非零外力的作用下总是不可避免地发生运动，包括平动和转动，即摇摆。由于横摇运动的惯性矩相对较小，所以横摇运动往往最为剧烈。即减摇一般是针对船舶的横摇，也是船舶减摇研究的主要内容。
图1 船在水面上运动的坐标系
2.船舶减摇技术发展现状
近年来，世界船舶技术在大型化、高速化、高性能化三个方面的进步非常明显，这对船舶减摇技术提出了新的要求和挑战。又随着人们对舒适度的要求更加苛刻，加上现代工业与信息技术的进步提供了条件，与八九十年代相比，船舶减摇技术呈现出了完全不同的特点。
特大吨位的船舶需要超大型减摇装置，减摇装置的产品线需要进一步向大型方向拓展。而高速船舶会要求减摇装置解决纵向姿态的控制等要求，同时还要进一步降低减摇鳍对船舶的阻力，研究能应用于高速场合的鳍翼。船舶高性能化的发展则导致各种不同的性能优异的船型的出现。这些不同的船型的减摇需求一般都不尽相同，如高速穿浪双体船要求减少甲板抨击，小水线面双体船要求对船舶的整个航行姿态可控，且可使船运行在随波逐流的模式。人们对舒适度要求的变化在豪华游艇上表现尤为突出。这种游艇要求减摇装置在停泊时具有与航行时同样的减摇效果，且其“豪华” 的定位要求减摇装置的工作必须是 “静悄悄”的。另外还表现在设备的运行状况再也不能同八九十年代一样钻到机舱去检查，而是通过信息技术，以直观形象的图形动画等模式呈献给用户。所有这些要求的变化，在十几、二十年前是无法想象的，现今，借助先进的工业与信息化技术，已经渐渐成为现实。
3.发展趋势
3.1现有减摇装置的发展趋势
综合上述传统减摇装置的发展现状以及新开发出的减摇装置的技术特点，我们可以对目前的减摇装置未来的发展方向作出判断。预计常规减摇鳍、零航速减摇鳍、舵减摇、减摇水舱、Maglift等现有的减摇装置在今后相当长的一段时间内将会继续应用下去，但可以肯定，这些产品一定会被不断改进与创新，越来越收到用户欢迎。发展方向不外乎以下几个方面。
1）结构更加简单集成，设备成本更低，船上安装更加方便包括Maglift等原理完全不一样的诸多新型减摇装置的出现，以及减摇鳍装置自身的改进，将使得今后减摇装置比当前的产品更加简单，设备更加集成，在船上安装将会变得更加快捷方便，安装难度大大降低，并使得设备占舱空间和设备重量进一步减小，设备的材料成本、制造成本、安装成本、维护维修成本大幅降低。
2）设备噪声更低，航行阻力更小，性能更加可靠液压驱动的低噪声设计甚至电驱的应用，将会使设备的噪声显著降低，更加符合人类对舒适度的要求，符合军舰声隐身要求。而具有良好流体动力性能的新型鳍翼的应用，除了降低水下噪声以外，还降低了流体阻力。随着可靠性理论在船舶减摇装置上的成功应用，设备的可靠性也达到了前所未有的水平。
3）功能更加全面，实现船舶姿态控制
单一减横摇的减摇装置的应用将会越来越少，而能同时减横摇纵摇和垂荡，控制船舶横倾和纵倾的综合减摇装置或船舶姿态控制系统将会取而代之。姿态控制系统既可以是一种设备，又可以是多种设备的联合控制。也包括减摇装置与舵一起同时控制船舶姿态和航向的情况。联合减摇装置，除了实现航行时减摇，在低航速或系泊状态同样减摇。
4）控制系统更加智能，减摇效果更好
未来的减摇装置，将一改目前的减摇装置减摇效果受波浪和船舶参数的变化影响的现状，变得更加智能，能够自动识别外界参数的变化并作出调整，始终保持最佳的减摇效果。且对于各种故障均能作出准确详细的指示，甚至能够在一定程度上进行自我恢复。
3.2未来的新型减摇装置
磁流体用于船舶推进已有近三十年的历史。1992年日本人率先研制成功世界第一台磁流体推进器实物，安装在“大和一1”号船上试航成功，标志着磁流体推进研究进入了一个新阶段，目前许多造船大国纷纷对此技术进行详细研究。据预测，此种推进方式将是本世纪最具发展前景的船舶推进方式之一。磁流体推进是利用海水中电流和磁场间的相互作用力使海水运动而产生的一种推进方法。磁流体推进是把海水作为导电体，利用磁体在通道内建立磁场，通过电极向海水供电，此时载流海水就会在与它相垂直的磁场中受到电磁力（洛伦磁力）的作用，其受力方向按左手定则确定。海水受力时沿电磁力方向运动，其反作用力即推力推进船舶运动。在磁场一定的情况下，电流大、电磁力大、推力也大、船运动的速度就快；反之，电流小、电磁力小、推力也小，船运动的速度也慢。当电流方向改变时，电极的极性也改变，电磁力和推力的方向也改变，船舶运动的方向也随之改变。这样就可以利用调节电流大小的方法来控制船的速度，利用改变电极的极性来操纵方向。
4.结束语
减摇技术发展的趋势，另还对未来比较有应用前景的新型减摇装置进行了预测。技术现状和发展趋势并不非常全面，比如，在对比国外产品现在和过去的可靠性指标时，发现产品的可靠性在近年有了较大提升的这一技术现状就没有进行叙述。另外，因掌握的资料、情报范围有限，描述的情况必定不是非常全面。欢迎同行交流指正。
参考文献：
1.董美华，马汝建，赵东.船舶减摇技术研究进展[J].济南大学学报：自然科学版，2008，22（2）：183-187.
2.魏纳新，赵希人.舵减摇技术实船应用研究[J].船舶工程，2007（2）：1-4.
论文作者:胡元生,潘李
论文发表刊物:《基层建设》2018年第6期
论文发表时间:2018/5/24
标签：船舶论文; 装置论文; 航速论文; 方向论文; 技术论文; 流体论文; 设备论文; 《基层建设》2018年第6期论文;