摘要：基于舰船六自由度运动模型，提出Vegar环境中舰船运动模型的数学表示及其C++语言描述方法，构建基于Vegar[4]的交互式舰船六自由度三维实景仿真系统，解算破损状态下舰船的参数，拟合破损舰船静稳度曲线，反映舰船在破损状态下的浮性与稳性特征，提供多样化的损管决策方式，训练指挥员对破损的处置能力，评估损管决策方案的科学程度，提高指挥员组织指挥舰船损管的水平。

　　关键词：稳性，吃水，静稳度曲线

　　引言

　　舰船在严重破损状态下如何进行损管的组织与指挥，是困扰指挥员指挥决策的重要课题。一旦舰船出现严重破损，指挥员主要依据损管条令条例和预案进行指挥决策，但是舰船的损害状态错综复杂，这样要求指挥员在面对各种复杂条件下的损管必需作出正确、科学、迅速的决策。而目前的损管操演基本上是针对具体战位的损管训练，灾害想定固定，处理程序单一，不能反映舰船的漂浮状态，稳性特征，所以无法使舰船决策者依据动态的灾害过程进行损管的组织指挥与决策。舰船损管训练系统利用Vegar仿真平台与MFC相结合，准确地实现交互式的实景仿真[3]。通过设定多种舰船损伤状态，可以模拟不同类型的舰船灾害以及灾害的发展变化过程，实时反应舰船在灾害状态下的漂浮状态和稳性特征。通过构建舰船灾害干预模型，提供各种损害处置方案，为指挥员进行干预决策。以提高指挥员处置各种舰船灾害的组织指挥与决策能力，更好的满足舰船指挥员的岗位任职需求。

　　1 基于虚拟现实的交互式损管训练仿真系统的构成和功能

　　该系统由教控台子系统、多个训练台子系统、网络通信子系统、综合观摩子系统组成，其模拟对象主要是各种状态下的舰船，系统构成如图一所示。

　　训练台

　　子系统 教控台子系统 网 络 通 信 子系 统 观摩子系统 训练台

　　子系统 训练台

　　子系统 训练台

　　子系统 训练台

子系统

　　图1 损管训练仿真教控台系统

　　1.1训练台子系统

　　训练台子系统实现舰船长损管决策指挥训练的主要功能。该子系统由舰船长训练台应用软件、车舵台控制软件、三维视景库、舰船信息库、舰船结构数据库、舰船操纵性模型库、损管计算模型库、损管决策模型库和知识库构成，主要为舰船长进行损管训练提供决策支持，其构成如图2所示。

训 练 台

　　应用软件 内部网络通信 车 舵 台

　　控制软件 舰艇运动

　　参数显示 舰艇三维

　　视景显示 操纵性模型库

　　决策知识库 决策模型库 ·

　　·

· 损管模型库 三维视景库

　　图2 训练台子系统

　　外部系统

　　互联通信

　　接 网络通信

　　控 制 训 练

　　单 元 训 练

　　单 元 训 练

　　单 元 教 控

　　子系统 训 练

　　单 元 训 练

　　单 元 操纵系统

　　互联通信

1.2网络通讯子系统由训练单元、网络通讯控制机、教控子系统、操纵系统构成。

　　图3 网络通讯子系统

　　1.3系统物理构成由舰长台、交换机柜、教控台、综合观摩室及三维视景显示组成。如图4所示

　　图4 损管训练仿真系统物理构成图

　　2 主要损管计算模块的生成

　　舰船在破损状态下的计算是一个相当复杂的问题，为了能够近似反映出舰船在大破损情况下的舰船六自由度变化情况，对舰船破损情况作如下假设：

　　ⅰ 假设舰船破损时立即停车，即不考虑动水压力和水流对破口进水流量的影响;

　　ⅱ 假设舰船发生小角度倾斜时，舰船为等容倾斜，小角度范围在(-15，15)时，采用《舰船生命力》所提供的公式计算舰船的初稳度、倾斜，倾差[1]。

　　ⅲ 多仓进水时，以多仓合重心进行计算，破口水线面积进行累加，即不考虑多仓隔墙对水线面面积的影响。

　　ⅳ 破口形状按照规则几何体如圆形或方形进行近似，破口进水流速依据水深压力进行线性加权处理，不考虑由于舰船下沉对破口处水压变化的影响。

　　依据以上假设，当舰船发生小仓破损或在破损的初始阶段，当舰船的横倾较小时(0-15度)，采用损失浮力法[1]进行计算,当舰船横倾大于15度，求解舰船稳性等参数的初稳度计算公式已经不适合求解，也没有相关资料对破损舰船大角稳性进行计算。所以本文依据舰船破损进水后的进水程度确定舰船排水量，由排水量计算重心改变值，再通过曲线拟合获得各种排水量下的舰船静稳性曲线，通过对舰船完好情况下的静稳性曲线到舰船某一仓或多仓进水下的静稳性曲线进行数据采集、拟合和插值[5]，获得舰船在破损情况下的动态静稳度曲线，从而可以依据不同进水时扶正力臂数值确定舰船的横倾角。

　　下面列出某型舰船的几种排水量，该数据是依据损失浮力法对舰船破损进水进行计算，依据重心变化和标准排水量的静稳度曲线[1]计算出舰船不同破损情况的静稳度曲线。表1是各种排水量时的扶正力臂值，图6是依据不同排水量拟合的静稳度曲线图。

表1不同排水量时的扶正力臂数值 度数/排水量 0 10 20 30 40 50 60 70 80 3800 0 0.1776 0.3510 0.5316 0.6498 0.6372 0.5196 0.3636 0.1338 3600 0 0.1644 0.3276 0.4380 0.6066 0.5844 0.4544 0.2862 0.0612 3400 0 0.1542 0.3012 0.4312 0.5502 0.5334 0.4314 0.2490 0.0012 3200 0 0.1416 0.2778 0.4044 0.5082 0.4776 0.3456 0.1578 -0.0714 3000 0 0.1344 0.2586 0.3630 0.4236 0.4356 0.3150 0.1374 -0.1302 2800 0 0.1212 0.2346 0.3312 0.4146 0.3792 0.2454 0.0636 -0.2022

　　图六 不同排水量时的静水力曲线图

　　此图反映出舰船在破损进水时，舰船排水量从3800吨下降至2800吨，舰船静稳度曲线的变化情况，所以当舰船进水时，依据进水量形成的力矩可求解出舰船扶正力臂的大小，用数值内插可求出舰船任意进水时的横倾角。再将扶正力臂按照0.01米的间距进行等分，找出与之相对应的横倾角度存入数据库，编制横倾角求解数值计算程序，便可以确定扶正力臂数值，完成舰船破损状态下舰船大角稳性的计算，计算结果由Vegar三维实景仿真系统接收参数[3]直接调用和显示。

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