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[1]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，要求指挥员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，所以很难使舰船指挥员依据动态的灾害过程进行正确的损管组织指挥与决策。舰船损管训练模拟系统利用Vegar仿真平台与MFC相结合，准确地实现交互式的实景仿真[2]。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，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提供基础。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综合面板组成。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[3]进行计算。其具体计算公式如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

式(1-6)中，：破损后舰艇的横稳心高;：没破损时的舰艇横稳心高;：破损后的稳心变化量;：破损舱容积;：舰艇的排水量;T：舰艇吃水;：破损后舰艇吃水变化量;：破损舱容积中心竖坐标;—进水舱自由液面对平行于轴的中心轴的面积惯性矩;—进水舱自由液面对平行于轴的中心轴的面积惯性矩;

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