PDF《船舶下沉量的实测研究》

60 交通运输工程学报2002年 高动态的数据采集. 影响船舶下沉量的主要因素是船舶的航速及船 舶的尺度 ,对于一艘特定的船舶 ,船舶下沉量和船速 的关系最大. 水深也是影响船舶下沉量的一个主要因素 ,水 深越大 ,下沉量越小 ,在研究船舶富余水深时 ,由于 水深与吃水之比为 1.

1 ∶ 1. 0左右 ,可以看成是较为 极限的情况. 船舶下沉量通过测定船舶下沉时 ,船艏到水面 的距离减少量 ,可以直接测得船艏下沉量 (假定船舶 不变形 ). 因此 ,测定船舶下沉量必须测定的物理量有: ( 1)船舶的航速;

( 2)船艏到水面的距离;

( 3)龙骨下的水深;

( 4)船舶的位置 (用于寻找每次测量最浅的水深 点). 这里必须指出的是 ,从严格意义上讲 ,此时测得 的船舶下沉量包含了船舶升沉和摇荡产生的船舶吃 水变化 ,同时还包括海浪的影响. 在港内航行 ,这些 影响都不大 ,且这些影响是随机变化的 ,可以通过数 学平差的方法进行处理.

4 传感器的选择 4.

1 位置传感器 采用的 LEICA 9400N型DGPS接收机是中国 市场上唯一的能接收 P码的 DGPS接收机 ,由于采 用了 LEIC A公司的 Dual-CodeTM 专利跟踪技术 ,其 定位精度是普通 GPS接收机所根本无法比拟的 ,其 标称差分定位精度达 0.

3 m. 用此接收机作为测试 平台的位置传感器是十分理想的 ,完全克服了以往 定位装置精度低的缺陷. LEIC A 9400N获得的精确三维位置 ,经数学方 法处理后 ,可得到精确的船舶速度. 4.

2 雷达式液位传感器 选用的测量船艏自水面距离的传感设备是德国 V EGA公司生产的 V EGAPLUS雷达式液位传感 器. 雷达式液位传感器可以连续 ,非接触测量探头 到介质表面的距离 ,不同的距离对应不同的输出电 流 ,从而确定出探头到介质的距离. 雷达传感器的天线以波束的形式发射最小 5.

8 GHz的雷达信号 ,反射回来的回波信号仍由天线接 收. 雷达脉冲信号从发射到接收到运行时间与传感 器到介质表面的距离以及物位成比例. 一束雷达脉冲波的发射时间为

1 ns,每隔

278 ns天线系统发射一束脉冲信号.脉冲波束的频率是 3.

6 M Hz,在发射间隔时间内天线系统作为接收装 置使用. 仪表分析处理运行时间小于十亿分之一秒 的回波信号并在极短的一瞬间分析处理回波图. 雷达传感器 V EGAPU LS利用特殊的调整间隔 时间的技术将每秒钟

3 600 000个回波图放大、定位,然后进行分析处理. V EGAPULS可以每 0.

1 s 精确细致地分析处 理这些被放大的回波信号. V EGAPULS雷达式传感器不受温度、压力和 气体的影响 ,可无接触、快速且精确地测量不同介质 的物位.

5 实船测试船舶下沉量的过程和记录 精度 ( 1)采用 LEICA公司的 9400N 型DGPS接收 机测定船舶位置和船舶速度 (位置精确到 0.

3 m,速 度精确到 0. 1节). ( 2)采用雷达式液位传感器对船艏至海面的平 均垂直距离进行连续测量和记录 (每秒 360万次 ,平 均值为

1 mm). ( 3)利用船上的回声测量仪记录水深 (精确到 0.

1 m). ( 4)上述设备的时间同步 (精确到

1 s). 通过上述程序和所测得的数据 ,可求取船位、船 速及船头至海面距离的动态变化 ,结合传感器的位 置订正 ,即可求出船舶在航行中船艏的实际下沉量.

6 设备安装和数据处理 在船舶下沉量测试中 ,应保证安装支架的水平 , 并且支架必须伸出船头外足够的距离 ,保证雷达波 打在船舶兴波之外. 在测试中必须测船速为 0的基准点 ,所有测试 得到的至水面距离与船速为 0时的距离测值之差即 为船舶下沉量测值. 以下是一艘 15万吨级散货船 ( LOW LAN DS GRACE)在狭窄水道的测试数据. 从图 2可以看出当船舶起锚后 ,速度不断增加 , 船艏至海面的垂直距离不断减小 (即船舶下沉量不 断增大 ) ,进入浅水航道后 ,由于引航员进行变速操 纵 ,船舶下沉量也不断变化. 图 3是将图 2的测试结果和 DGPS测得的速度