劉金林 曾凡明 李彥強

（海軍工程大學(xué)船舶與動力學(xué)院1） 武漢 430033）（海軍裝備技術(shù)研究所2） 北京 102442）

隨著現(xiàn)代精確制導(dǎo)武器的廣泛應(yīng)用，艦船遭受攻擊而破損進水的概率大大增加，其船體系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、武器系統(tǒng)、電子系統(tǒng)等均將受到不同程度的損傷，嚴重時甚至?xí)驗橥耆珕适涓×Χ翛]，或因穩(wěn)性不足而傾覆［1-2］.本文旨在充分分析國內(nèi)外艦船戰(zhàn)損生命力計算評估現(xiàn)有成果的基礎(chǔ)上，研究適應(yīng)于艦船戰(zhàn)損條件下的快速計算評估方法，開發(fā)艦船戰(zhàn)損條件下生命力計算評估軟件.

1 浮穩(wěn)性參數(shù)實時計算方法研究

艦船戰(zhàn)損浮穩(wěn)性參數(shù)計算方法主要有確定性方法和概率方法［3］：確定性方法是指艦船在破損前的環(huán)境參數(shù)及自身狀態(tài)（包括破損前的浮穩(wěn)性參數(shù)、破損進水艙室和進水量的大?。┚谴_定的，并根據(jù)這些確定參數(shù)計算艦船破損進水后的浮穩(wěn)性參數(shù)的計算方法；概率方法是根據(jù)大量碰撞、擱淺事故形成的船舶海損統(tǒng)計資料的基礎(chǔ)上建立的計算船舶殘存能力的方法.由于艦船戰(zhàn)損條件下的浮穩(wěn)性參數(shù)計算的實時性和快速性的要求，確定性方法顯然是適用的計算方法.確定性方法計算艦船戰(zhàn)損浮穩(wěn)性參數(shù)又包含增加重量法和損失浮力法［4］，損失浮力法由于其計算的準確性和便利性而得到了廣泛的應(yīng)用，也是本文將采用的計算方法.根據(jù)破損艙進水的特征，可將破損艙分為三類，三種類型的進水艙室由于其進水量的大小及特點均不相同，因此采用的計算方法也是不同的.

在一般情況下，破損進水將同時引起傾斜與傾差，如果進水量不超過艦艇排水量的15%，稱為小艙進水.在單個小艙破損進水情況下，可作兩個基本假設(shè)：假設(shè)傾斜角θ與傾差角φ互相獨立；艦艇橫傾時，縱傾保持不變；縱傾時橫傾保持不變.

由于在艦船實際戰(zhàn)損條件下，可能同時出現(xiàn)3種類型的艙室破損或者是其中的某幾種，因此在計算的過程中需要考慮通用的計算公式，式（1）～式（22）為同時有3類艙室進水時的計算公式，

式中：V為進水總?cè)莘e；Vi為第i個艙的進水容積；xv和xvi分別為等效容積中心橫坐標及第i個進水艙室容積中心橫坐標；yV和yVi分別為等效容積中心縱坐標及第i個進水艙室容積中心縱坐標；zV和zVi分別為等效容積中心豎坐標及第i個進水艙室容積中心豎坐標；s為所有第三類進水艙室的等效損失水線面積；si為第i個第三類進水艙室損失水線面積；xs為等效損失面積中心橫坐標；ys為等效損失面積中心橫坐標；S為原水線面積；xsi為第i個第三類進水艙室損失水線面積中心橫坐標；ysi為第i個第3類進水艙室損失水線面積中心縱坐標，其中求和表達式中若只有1類求和表達式的下標只取1，有1類和2類取2，3類都有取3.

吃水變化：

水線面有效面積中心橫坐標：

水線面有效面積中心橫坐標：

水線面損失慣性矩：

初橫穩(wěn)度變化：

初縱穩(wěn)度變化：

新橫穩(wěn)度：

新縱穩(wěn)度：

傾斜角變化：

傾差角變化：

首吃水變化：

新的首吃水：

尾吃水變化：

新的尾吃水：

2 戰(zhàn)損等級評定方法研究

依據(jù)《艦船生命力大綱》，參考文獻［5-8］，本文對艦船主要分系統(tǒng)及總體的損傷等級作如下定義，見表1～表4.

表1 船體損傷等級評定標準

表2 動力系統(tǒng)損傷評估準則

表3 電力系統(tǒng)損傷評估準則

3 生命力實時計算軟件研究

3.1 功能設(shè)計

艦船戰(zhàn)損實時生命力計算軟件主要實現(xiàn)對艦船在戰(zhàn)損條件下的各個分系統(tǒng)及總體的損傷評估功能，其功能結(jié)構(gòu)見圖1.

表4 艦船總體損傷等級評定準則

3.2 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖1 系統(tǒng)功能設(shè)計

圖2 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)艦船戰(zhàn)損生命力實時計算軟件的需求，本文設(shè)計了如圖2所示的軟件結(jié)構(gòu)圖，系統(tǒng)由下至上共分為6層結(jié)構(gòu)進行開發(fā)：系統(tǒng)支撐層、核心功能層、地理信息層、損傷分析層、輸入輸出層和系統(tǒng)界面層.

1）系統(tǒng)支撐層 系統(tǒng)支撐層主要包括系統(tǒng)硬件支撐、操作系統(tǒng)環(huán)境支撐和系統(tǒng)的開發(fā)平臺，其中系統(tǒng)開發(fā)平臺采用Visual Studio.Net 2005 CJHJ，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫平臺采用SQL Server 2005.

2）核心功能層 核心功能層主要包括用戶管理、數(shù)據(jù)管理、地理信息系統(tǒng)及其接口管理、類庫管理、相關(guān)算法及函數(shù)管理，是系統(tǒng)的核心功能模塊.

3）地理信息管理 地理信息管理主要通過地理信息系統(tǒng)引擎Arc Gis Engine與.Net的接口調(diào)用，實現(xiàn)對戰(zhàn)損艦船地理位置的標注、顯示和管理.

4）損傷評估分析 損傷評估分析主要根據(jù)設(shè)定的攻擊武器及擊中部位，對艦船各個分系統(tǒng)損傷情況及艦船總體的損傷情況進行評估，其中分系統(tǒng)主要包括船體、動力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)等分系統(tǒng)，同時在對各個分系統(tǒng)進行損傷評估分析的基礎(chǔ)上，對艦船總體的損傷情況進行評估.

5）系統(tǒng)輸入輸出 系統(tǒng)輸入主要包括型號數(shù)據(jù)、港區(qū)海區(qū)碼頭數(shù)據(jù)、地理信息數(shù)據(jù)、破損艙室數(shù)據(jù)和攻擊武器數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸出主要包括艦船分系統(tǒng)損傷數(shù)據(jù)、艦船總體損傷數(shù)據(jù)、損傷日志和xml格式輸出數(shù)據(jù)等內(nèi)容.

6）界面層 界面層主要為用戶提供實現(xiàn)各個模塊功能的界面，從而實現(xiàn)信息輸入、損傷分析評估、地理信息顯示及信息輸出的功能.

3.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫主要包含六個方面的內(nèi)容：型號數(shù)據(jù)庫、艙室破損浮穩(wěn)性計算數(shù)據(jù)庫、海區(qū)港區(qū)數(shù)據(jù)庫、攻擊武器數(shù)據(jù)庫、損傷數(shù)據(jù)庫及用戶數(shù)據(jù)庫.其中型號數(shù)據(jù)庫、艙室破損浮穩(wěn)性計算數(shù)據(jù)庫、海區(qū)港區(qū)數(shù)據(jù)庫及攻擊武器數(shù)據(jù)庫為系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)必須輸入以上部分數(shù)據(jù)庫內(nèi)容才能正常運行，損傷數(shù)據(jù)庫為系統(tǒng)輸出內(nèi)容，用戶數(shù)據(jù)庫是進行安全使用和權(quán)限管理的支撐數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)見圖3.

圖3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

3.4 主要算法實現(xiàn)

軟件的主要算法包括艦船戰(zhàn)損浮穩(wěn)性參數(shù)計算、分系統(tǒng)損傷等級評定和艦船總體損傷等級評定等內(nèi)容，具體計算方法按照前文的論述進行，其中在進行艦船戰(zhàn)損浮穩(wěn)性參數(shù)的計算過程中需要從系統(tǒng)型號數(shù)據(jù)庫和損傷數(shù)據(jù)庫中讀取破損艙室及類型、艙室諸元及艦船浮穩(wěn)性參數(shù)等數(shù)據(jù)，如計算艦船戰(zhàn)損傾斜傾差角的源代碼等.

4 軟件原型系統(tǒng)

按照前文所設(shè)計的軟件結(jié)構(gòu)，開發(fā)了《艦船戰(zhàn)損生命力實時計算軟件》原型系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要實現(xiàn)了艦船分系統(tǒng)損傷分析評估、艦船綜合損傷評估、系統(tǒng)數(shù)據(jù)錄入及維護、地理信息顯示、數(shù)據(jù)輸出、數(shù)據(jù)安全管理及系統(tǒng)權(quán)限管理等方面的功能.

5 結(jié)束語

通過本文的研究，為艦船戰(zhàn)損生命力實時計算提供了通用的計算方法和軟件平臺，從而可實現(xiàn)對戰(zhàn)損艦船浮穩(wěn)性參數(shù)快速準確的計算及艦船損傷等級評定，為決策制定搶修決策方案提供科學(xué)的依據(jù)，同時艦船戰(zhàn)損生命力實時計算軟件可作為艦船損管監(jiān)控系統(tǒng)模塊的開發(fā)提供一定的參考，具有重要的理論意義和軍事意義.

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