浮力自适应的船舶及其浮力调节方法与流程

本发明主要涉及船舶，尤其涉及一种浮力自适应的船舶及其浮力调节方法。

背景技术：

1、船舶在行驶过程中，浮力可能会因为载重变化、水密舱室破损、水密性损失、船体结构变形、水体参数（如温度、盐度）变化等多种情况而产生变化。浮力变化可能引起诸如船体稳定性、姿态控制、载荷分布、结构应力等多种不良影响。

2、为此，船舶的设计者和操作者通常需要考虑到这些浮力变化因素，并在设计、装载及操作过程中采取预防措施，以确保船舶安全稳定地航行。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供浮力自适应的船舶及其浮力调节方法，可以因应船舶浮力变化并进行自适应调节。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种浮力自适应的船舶，包括主船、辅船、多个连接部件、水线测量装置和浮力调节系统。所述主船具有适于浸没在水面以下的船底。所述辅船包括支架和多个子船体，所述多个子船体位于所述主船的两侧且通过所述支架连接，其中至少部分子船体具有伸缩仓。所述多个连接部件并联在所述主船与所述辅船之间。所述水线测量装置用于测量所述主船的水线，且包括分别位于所述主船两侧的第一传感器和第二传感器。所述浮力调节系统包括：控制器，耦合所述水线测量装置，用于根据所述主船的水线发出浮力调节信号；伸缩驱动机构，位于所述伸缩仓内，根据所述浮力调节信号带动所述伸缩仓伸展或收缩，从而改变所述辅船的体积及所述船舶的浮力。其中所述控制器根据所述主船的水线发出浮力调节信号的步骤包括：

3、计算由所述第一传感器所测量的第一侧水线和第二传感器所测量的第二侧水线的差值；

4、比较所述差值与阈值，当所述差值小于或等于所述阈值时，使用公式1根据主船的排水量计算浮力变化量，且使用公式2根据所述浮力变化量计算所述伸缩仓的长度改变量；

5、其中所述公式1为：，

6、其中△f是浮力变化量；ρ是水的密度，g是重力加速度，v为主船的吞吐排水量，v0为主船空载排水量；

7、所述公式2为：，

8、其中δl是伸缩仓的长度改变量，s是辅船横截面积。

9、可选地，所述多个子船体包括位于所述主船第一侧的至少一第一伸缩仓和位于所述主船第二侧的至少一第二伸缩仓，当所述差值大于所述阈值时，分别计算所述主船第一侧的第一排水量和第二侧的第二排水量；分别根据所述第一排水量和第二排水量计算使所述船舶不发生侧倾的第一浮力变化量和第二浮力变化量；分别根据所述第一浮力变化量和第二浮力变化量计算所述至少一第一伸缩仓的第一长度改变量和所述至少一第二伸缩仓的第二长度改变量。

10、可选地，分别计算所述主船第一侧的第一排水量和第二侧的第二排水量的公式为：

11、，

12、，

13、其中vl为第一排水量，vr为第二排水量，l为主船的长度，b为主船的宽度，hl为主船第一侧水线，hr为主船第二侧水线，δ为排水线的系数。

14、可选地，分别根据所述第一排水量和第二排水量计算使所述船舶不发生侧倾的第一浮力变化量和第二浮力变化量的公式为：

15、，

16、，

17、其中△fl为第一浮力变化量，△fr为第二浮力变化量。

18、可选地，分别根据所述第一浮力变化量和第二浮力变化量计算所述至少一第一伸缩仓的第一长度改变量和所述至少一第二伸缩仓的第二长度改变量的公式为：

19、，

20、，

21、其中△ll为第一长度改变量，△lr为第二长度改变量。

22、可选地，所述伸缩仓具有主体、至少一个伸缩部和位于所述主体和每一伸缩部之间的柔性防护罩。

23、可选地，所述伸缩驱动机构包括驱动器和与所述驱动器连接的螺杆组件，所述螺杆组件穿设于所述伸缩部中。

24、可选地，浮力自适应的船舶还包括气压系统，其包括设于所述伸缩仓内的气压检测装置、气压控制单元、气泵组件以及设于所述支架上的进气通道和出气通道，所述气泵组件具有进气孔和出气孔分别与进气通道和出气通道连通，所述气压检测装置用于检测所述伸缩仓内气压，所述气压控制单元用于比较检测的气压与标准气压，并输出气压控制信号，所述气泵组件根据所述气压控制信号从所述进气孔引入气体或者将气体从所述出气孔引出，从而调节所述伸缩仓内的气压。

25、可选地，所述浮力调节系统还包括水线测量装置，用于测量所述主船的水线，所述气压控制单元还用于：根据所述主船的水线以及所述辅船和主船的相对高度计算所述辅船深度；根据所述辅船深度计算水压；以及根据所述水压计算匹配的伸缩仓内气压，并输出气压控制信号。

26、可选地，浮力自适应的船舶还包括自平衡系统，包括：姿态传感器，设置于所述主船上；多个驱动缸，作为所述多个连接部件，其中每一驱动缸内设置有线性位移传感器；其中所述控制器配置为通过所述姿态传感器获取主船姿态，控制所述多个驱动缸输出的线形位移长度，以所述辅船为基准平面，对所述主船进行运动补偿和姿态矫正。

27、可选地，所述控制器位于所述主船或辅船内，所述并联机器人装置还包括设置于所述主船或所述辅船内的驱动设备，所述控制器适于通过所述驱动设备驱动所述多个驱动缸。

28、本技术还提出一种船舶的浮力调节方法，所述船舶包括主船、辅船、多个连接部件和伸缩驱动机构，所述主船具有适于浸没在水面以下的船底，所述辅船包括支架和多个子船体，所述多个子船体位于所述主船的两侧且通过所述支架连接，其中至少部分子船体具有伸缩仓，所述多个连接部件并联在所述主船与所述辅船之间，所述水线测量装置包括分别位于所述主船两侧的第一传感器和第二传感器，所述伸缩驱动机构位于所述伸缩仓内，所述方法包括以下步骤：测量所述主船的水线；根据所述主船的水线发出浮力调节信号至所述伸缩驱动机构；在所述伸缩驱动机构根据所述浮力调节信号带动所述伸缩仓伸展或收缩，其中所述水线升高时，所述伸缩驱动机构带动所述伸缩仓伸展，所述水线降低时，所述伸缩驱动机构带动所述伸缩仓收缩。其中其中所述根据所述主船的水线发出浮力调节信号的步骤包括：

29、计算所测量的所述主船的第一侧水线和第二侧水线的差值；

30、比较所述差值与阈值，当所述差值小于或等于所述阈值时，使用公式1计算根据主船的水线变化量计算浮力变化量，且使用公式2根据所述浮力变化量计算所述伸缩仓的长度改变量；

31、其中所述公式1为：，

32、其中△f是浮力变化量；ρ是水的密度，g是重力加速度，v为主船的吞吐排水量，v0为主船空载排水量；

33、所述公式2为：，

34、其中δl是伸缩仓的长度改变量，s是辅船横截面积。

35、与现有技术相比，本发明能够根据需要自适应改变浮力，可维持主船的水线始终在理想位置，从而提高船舶航行的稳定性。其次，能够根据主船两侧不同受力调节两侧的浮力，从而降低侧倾风险。并且，能够在改变伸缩仓体积时适应性改变其气压，保持伸缩仓内气压恒定，避免由于气压变化产生应力，损坏伸缩仓结构。