內(nèi)河船舶航行下沉量的實(shí)船測(cè)量裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種內(nèi)河船舶航行下沉量的實(shí)船測(cè)量裝置，通過(guò)在船艏和船艉各布置一'.:,一個(gè)水位計(jì)，船舯甲板上布置一個(gè)慣導(dǎo)系統(tǒng)，采用水位計(jì)同步測(cè)量船舶靜止與航行時(shí)的船艏、船艉處水位值，采用慣導(dǎo)系統(tǒng)測(cè)量船舶縱傾角，根據(jù)測(cè)點(diǎn)水位差、水位計(jì)間幾何關(guān)系、船舶縱傾角，計(jì)算出船舶艏、艉測(cè)點(diǎn)處及縱向任意位置的下沉量，計(jì)算公式如下：3f=Pf-PfQ，5b=Pf+Axsin(a-a〇)+Aycos(a-a〇)-Pb〇,Sf、Sb、Sj別為船3Ar艏水位計(jì)、船艉水位計(jì)及距船艏水位計(jì)距離x處的下沉量，Pf。、Pm為靜止時(shí)船艏、船艉水位計(jì)的初始水深，Pf為航行時(shí)船艏水位計(jì)水深，a。、a分別為靜止和航行時(shí)船舶縱傾角，Ax、Ay分別為船艏水位計(jì)、船艉水位計(jì)沿甲板面的水平距離、垂直甲板面的高差。本實(shí)用新型測(cè)量出的下沉量精度i高且穩(wěn)定，并可得到船舶縱向任意位置的下沉量!值。
【專利說(shuō)明】?jī)?nèi)河船舶航行下沉量的實(shí)船測(cè)量裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種測(cè)量?jī)?nèi)河船舶航行時(shí)下沉量的方法，屬于船舶優(yōu)化設(shè)計(jì)及其航行安全【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]船舶航行下沉量是船舶航行時(shí)因水流繞船運(yùn)動(dòng)形成的相對(duì)于靜止?fàn)顟B(tài)的船體下沉值，它是確定船舶富裕水深、保證航行安全的重要參數(shù)。船舶航行下沉量常采用經(jīng)驗(yàn)公式估算，但由于影響因素眾多，船型、航道條件的多樣復(fù)雜導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果誤差較大，因此實(shí)船測(cè)量船舶下沉量意義重大。
[0003]目前實(shí)船測(cè)量航行下沉量主要是利用GPS和雷達(dá)式液位傳感器測(cè)量，均為單點(diǎn)測(cè)量，無(wú)法獲取船體縱向下沉量及平均下沉量等參數(shù)。前者通過(guò)GPS分別獲取船舶靜止與航行時(shí)的垂直高程，通過(guò)相減得到船舶航行下沉量，但GPS的垂直定位精度很低，目前高精度GPS雙頻定位差分解析的垂向精度也僅達(dá)0.05m量級(jí)，誤差與船舶下沉量同量級(jí)；后者則通過(guò)測(cè)量船舶靜止與航行時(shí)液位傳感器至水面的垂直距離差確定下沉量，受水面下降、表面漂浮物及風(fēng)浪的影響較大，讀數(shù)不穩(wěn)定。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]針對(duì)以上缺陷，本實(shí)用新型提供一種高精度的船舶航行下沉量的實(shí)船測(cè)量裝置。
[0005]所述航行下沉量的測(cè)量裝置包括:艏水位計(jì)、艉水位計(jì)、艏水位計(jì)支架、艉水位計(jì)支架、慣導(dǎo)系統(tǒng)；艏水位計(jì)通過(guò)艏水位計(jì)支架固定在待測(cè)船舶船艏一側(cè)舷側(cè)，艏水位計(jì)與船舷的橫向距離df應(yīng)滿足下式:^^-(1005261^+0.25^^，其中為Cb為船舶方形系數(shù)，d為船舶吃水，V為船舶航速；艉水位計(jì)通過(guò)艉水位計(jì)支架固定在待測(cè)船舶船艉，與艏水位計(jì)同一側(cè)舷側(cè)，艉水位計(jì)與船舷的橫向距離0.5?1.0m，縱向距螺旋槳前方縱向距離Xb應(yīng)滿足xb ^ 0.35vR，其中R為螺旋槳直徑；艏水位計(jì)支架和艉水位計(jì)支架平行并垂直于船舶縱軸線，艏水位計(jì)和艉水位計(jì)深入水平面的深度h需滿足h > 0.lv，但不能低于船底；慣導(dǎo)系統(tǒng)固定在待測(cè)船舶船舯，與計(jì)算機(jī)相連。
[0006]所述的下沉量計(jì)算方法為:δ χ為距艏水位計(jì)距離X處的下沉量，計(jì)算公式如下:
[0007]δ f = Pf-Pf0
[0008]δ b = Pf+ Δ xsin ( α - α 0) + Δ ycos ( α - α 0) -Pbo

(Sh —δΛχ
[0009]S=Sf+ ———f—
1 Δχ
[0010]其中，δ f為艏水位計(jì)處下沉量；
[0011]Sb為艉水位計(jì)處下沉量；
[0012]Pf0為靜止時(shí)艏水位計(jì)初始水深；
[0013]Pbo為靜止時(shí)艉水位計(jì)的初始水深；
[0014]Pf為航行時(shí)艏水位計(jì)水深值；
[0015]α。為靜止時(shí)船舶縱傾角；
[0016]α為航行時(shí)船舶縱傾角；
[0017]Λ χ為艏水位計(jì)支架和艉水位計(jì)支架在甲板平面上投影的中心線距離；
[0018]Δ y為船舶靜止時(shí)艏水位計(jì)和艉水位計(jì)固定高差。
[0019]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點(diǎn):
[0020](I)精度高且穩(wěn)定。水位計(jì)及慣導(dǎo)系統(tǒng)均為成熟的高精度測(cè)量設(shè)備，可保證下沉量測(cè)量精度；
[0021](2)可得到船舶縱向任意位置的下沉量值。通過(guò)需知位置至船艏水位計(jì)的水平距離，即可計(jì)算出其下沉量，也可方便計(jì)算船舯的平均下沉量。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]附圖1是本實(shí)用新型傳感器安裝的側(cè)視圖示意圖；
[0023]附圖2是本實(shí)用新型傳感器安裝的后視圖示意圖；
[0024]附圖3是本實(shí)用新型傳感器安裝的俯視圖示意圖；
[0025]附圖4是本實(shí)用新型船舶下沉量計(jì)算示意圖。
[0026]I待測(cè)船舶；2艏水位計(jì)；3艉水位計(jì)；4艏水位計(jì)支架；5艉水位計(jì)支架；6慣導(dǎo)系統(tǒng)；7船舶靜止水面；8船舶航行水面。

【具體實(shí)施方式】
[0027]實(shí)施例1
[0028]船舶航行下沉量的實(shí)船測(cè)量方法，其傳感器安裝正視圖見(jiàn)圖1，側(cè)視圖見(jiàn)圖2，俯視圖見(jiàn)圖3，其中I為船舶，2、3分別為船艏水位計(jì)和船艉水位計(jì)，4、5分別為船艏水位計(jì)和船艉水位計(jì)的固定測(cè)架，6為慣導(dǎo)系統(tǒng)，7為航道水面。將水位計(jì)2、水位計(jì)3分別與測(cè)架4、測(cè)架5固定，測(cè)架4和測(cè)架5均固定在船舶I甲板上，固定要求為:2個(gè)測(cè)架平行并垂直于船舶縱軸線，測(cè)架4距船頭水平距離在4.0m以內(nèi)，橫向使水位計(jì)2伸出船舷1.5m以上，垂向使水位計(jì)2伸入水面7約0.4?1.0m ;測(cè)架5水平向需拉開(kāi)與螺旋槳、船舵的距離，橫向使水位計(jì)3伸出船舷1.0m，垂向使水位計(jì)3需伸入水面7中0.4?1.0m。測(cè)架固定好后，根據(jù)水位計(jì)與測(cè)架的相對(duì)位置關(guān)系及測(cè)架與船舶的相對(duì)位置關(guān)系，算出船艏水位計(jì)2、船艉水位計(jì)3沿甲板面的水平距離Δχ = 40m、垂直甲板面的高差A(yù)y = 0.lm。慣導(dǎo)系統(tǒng)6固定在船舶I較平整的甲板面上，將傳感器連接電腦準(zhǔn)備測(cè)量。
[0029]測(cè)量時(shí)先使船舶在水中靜止，測(cè)出船艏水位計(jì)2、船艉水位計(jì)3的初始水深為Pftl =0.5m、Pb(l = 0.4m,以及船舶初始縱傾角￠^ = 0°。船舶勻速航行時(shí)，同步測(cè)量水位計(jì)2、水位計(jì)3航行時(shí)水深Pf = 0.7m、Pb及航行時(shí)縱傾角a =-0.5°。下沉量計(jì)算公式原理示意圖見(jiàn)圖3，其中7為原靜止水面，8為航行時(shí)水面。因船艏水位計(jì)2可忽略船行波及水面下降的影響，則水位計(jì)2處的下沉量可直接按船舶航行與靜止時(shí)水位計(jì)2的水位差計(jì)算，計(jì)算公式如下:
[0030]δ f = Pf-Pf0 = 0.7-0.5 = 0.2 (m) (公式 I)
[0031]水位計(jì)3處不可避免受到地受船行波及水面下降的影響，該處下沉量需利用與水位計(jì)2的相對(duì)位置關(guān)系及其水深值計(jì)算，計(jì)算原理示意見(jiàn)圖4，計(jì)算公式如下:
[0032]δ b = Pf+ Δ xsin ( α - α 0) + Δ ycos ( α - α 0) -Pbo
[0033]= 0.7+40 X sin (-0.5° )+0.l*cos (_0.5。)-0.4 = 0.05 (m) (公式 2)
[0034]在求得水位計(jì)2、水位計(jì)3兩處的下沉量后，可根據(jù)插值計(jì)算船舶任一點(diǎn)處的下沉量，例如欲求船舯處平均下沉量，量出船舯剖面距船艏水位計(jì)沿甲板面的水平距離X =20m，則其下沉量δχ計(jì)算公式為:
[0035]Sx=Sf + (今 ~δ^Χ = 0 2 + (0.05 - 0.2) χ 20 / 40 = 0.125(m) (公式 3)。

Δχ
【權(quán)利要求】
1.內(nèi)河船舶航行下沉量的實(shí)船測(cè)量裝置，包括:艏水位計(jì)、艉水位計(jì)、艏水位計(jì)支架、艉水位計(jì)支架、慣導(dǎo)系統(tǒng)；艏水位計(jì)通過(guò)艏水位計(jì)支架固定在待測(cè)船舶船艏一側(cè)舷側(cè)，艏水位計(jì)與船舷的橫向距離42-0.0052(^^^2+0.25^/^^,其中為Cb為船舶方形系數(shù)，d為船舶吃水，V為船舶航速。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)河船舶航行下沉量的實(shí)船測(cè)量裝置，其特征在于:艉水位計(jì)通過(guò)艉水位計(jì)支架固定在待測(cè)船舶船艉，與艏水位計(jì)同一側(cè)舷側(cè)，艉水位計(jì)與船舷的橫向距離0.5?1.0m，縱向距螺旋槳前方縱向距離Xb ^ 0.35vR，其中R為螺旋槳直徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)河船舶航行下沉量的實(shí)船測(cè)量裝置，其特征在于:艏水位計(jì)支架和艉水位計(jì)支架平行并垂直于船舶縱軸線，艏水位計(jì)和艉水位計(jì)深入水平面的深度h^0.lv，但不能低于船底；慣導(dǎo)系統(tǒng)固定在待測(cè)船舶船舯，與計(jì)算機(jī)相連。
【文檔編號(hào)】B63B39/12GK204021221SQ201420418983
【公開(kāi)日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】駱少澤, 張陸陳, 胡亞安, 王新 申請(qǐng)人:水利部交通運(yùn)輸部國(guó)家能源局南京水利科學(xué)研究院