舰船破损稳性评估及分舱优化设计研究

摘要

随着科学技术的进步，反舰武器的精度越来越高，舰船在战时遭受攻击而破损进水的风险也越来越大。使舰船具有更好的破损稳性是提高舰船生命力所追求的目标之一，而舰船分舱设计的好坏直接影响舰船破损后的稳性。目前舰船分舱设计主要还是基于经验的方法，参考母型船从使用功能出发进行主船体分舱，然后再按照舰船稳性规范进行校核，由此得到的分舱方案不能保证舰船具有较好的破损稳性。为此，本文以提高舰船破损稳性为目标探讨初步设计阶段主船体分舱的优化设计方法，并研究适用于优化分舱的破损稳性评估方法。本文的研究内容主要分为以下几点:
　　(1)舰船分舱设计需要满足舰船的稳性规范，而舰船不同于民船，国际上没有统一的稳性衡准。所以本文首先对主要海军强国的稳性规范进行对比分析，明确我国舰船破损稳性规范与其他海军强国规范要求的不同之处，并对我国舰船破损稳性规范提出修改建议。
　　(2)基于静稳性参数探讨综合评估舰船破损稳性的方法，在此基础上研究提高破损稳性的主船体分舱优化设计方法。静稳性参数选用破损后的初稳性高和最小干舷。为了考虑所有破损进水情况综合评估舰船破损后的初稳性高和最小于舷，本文通过求取各舱或舱组的破损概率确定加权因子建立综合评估破损稳性的计算模型，以此为目标函数建立分舱优化数学模型，利用改进的遗传算法对其进行求解，获得最佳分舱方案。
　　(3)基于动稳性参数探讨综合评估舰船破损稳性的方法，在此基础上研究提高破损稳性的主船体分舱优化设计方法。动稳性参数选用破损后的抗风能力（极限风速）。在探讨舰船破损进水后的抗风能力评估方法时，考虑所有破损进水情况，基于各舱或舱组破损概率确定各种破损情况的加权因子，建立综合评估破损后抗风能力的计算模型，以其为目标函数建立分舱优化数学模型，利用改进的遗传算法对其进行求解，获得最佳分舱方案。
　　(4)基于动力学理论探讨舰船破损后倾覆概率的评估方法。借鉴IMO第二代稳性衡准中瘫船稳性失效模式的评价思路，对破损舰船横摇运动进行简化，探讨舰船破损进水后瘫船稳性薄弱性，结合各舱或舱组破损进水概率建立综合评估破损进水后倾覆概率的数学模型。并以第(3)部分优化前后的分舱方案为例，验证了该方法的可行性。同时也验证了本文提出的分舱优化设计方法的有效性。
　　本文所做的工作可为我国舰船破损稳性衡准研究以及舰船初步设计阶段主船体分舱优化布置提供参考。

目录

声明

摘要

图目录

表目录

主要符号表

1 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外相关工作研究进展

1．2．1 舰船破损稳性规范概述

1．2．2 船舶破损稳性研究进展

1．2．3 基于破损稳性的分舱优化研究进展

1．2．4 瘫船稳性研究进展

1．3 本文主要研究思路

2 国内外舰船破损稳性规范比较分析

2．1 国内外舰船完整稳性规范

2．2 国内外舰船破损稳性规范

2．3 实船分析

2．4 对我国舰船破损稳性规范提出的修改建议

2．5 本章小结

3 基于静稳性参数的破损稳性评估及分舱优化设计

3．1 舰船破损后浮态稳性计算方法

3．1．1 坐标系和浮态参数的选取

3．1．2 破损舰船及进水舱室几何参数求解

3．1．3 破损舰船浮态计算

3．1．4 破损舰船稳性计算

3．1．5 破损舰船最小干舷计算

3．2 基于静稳性参数的破损稳性综合评估方法

3．2．1 综合评估方法的建立

3．2．2 破损概率计算

3．3 基于静稳性的分舱优化设计

3．3．1 分舱优化数学模型的建立

3．3．2 基于遗传算法的分舱优化设计

3．4 实例计算

3．5 本章小结

4 基于动稳性参数的破损稳性评估及分舱优化设计

4．1 破损后抗风能力评估方法

4．1．1 破损后最小倾覆力臂计算

4．1．2 破损后横摇角计算

4．2 基于动稳性参数的破损稳性综合评估方法

4．2．1 综合评估方法的建立

4．2．2 破损概率计算

4．3 基于动稳性的分舱优化设计

4．3．1 分舱优化数学模型的建立

4．3．2 基于遗传算法的分舱优化设计

4．4 实例计算与分析

4．5 两种分舱优化设计方法结果比较

4．6 本章小结

5 基于动力学理论的破损舰船倾覆概率评估方法研究

5．1 某一破损状态下倾覆概率评估方法

5．1．1 单自由度横摇运动方程

5．1．2 横摇运动特性求解

5．1．3 倾覆概率计算

5．2 破损舰船倾覆概率综合评估方法

5．3 实例计算与分析

5．3．1 标准载况下倾覆概率评估与分析

5．3．2 各载况下倾覆概率比较分析

5．3．3 基于抗风能力优化前后分舱方案的倾覆概率比较

5．4 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 创新点

6．3 展望

参考文献

附录

攻读博士学位期间科研项目及科研成果

致谢

作者简介