舰船损管模拟训练系统中破损进水过程仿真
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吴 唏， 韩 晓光 ， 李宇辰
（ 海 军陆战学 院 交通信息 与安 全教研室 ， 广东 广州 ５ １ ０ ４ ３ ０ ）
摘
要 ：论 述 了损 管模拟 训 练 系统 中破 损 进水 模 块开发 方 法 ， 建立 了相 关的数 学模 型 ， 包括破 损舱
室的分 类 方法 、 破 口的分 类原 则 、 进 水 时 间计 算 、 破 口处 压 力 计 算 等 ， 介 绍 了破 损 进 水过 程 的 计 算
１ 舰 船 破 损 进 水 的数 学模 型
ｌ － １ 破 损 舱 室 的 分 类 方 法
根据 破 损舱 室 的进水 特征 ， 将 其分 为 以下 ５种 ： １ ） 第一类舱． 不管进水 舱是否与舷外 水相连 ， 只 要进 水 舱 全 部 灌 满 ， 这类舱称为第 一类舱 ， 如 图 １ （ ａ ） 所示． 通 常此 类 舱 的 顶 部 位 于 水 线 以下 ， 破 损 进水后 ， 水 全 部充 满舱 室 ， 不存 在 自由液 面 ． ２ ） 第 二类 舱 ． 舱室局部 被淹 ， 且 不 与 舷 外 水 相 通， 称 为第 二类 舱 ， 如图 １ （ ｂ ） 所示 ． 此类 舱 室存 在 自
未 灌 满 的舱柜 ．
仍 能 浮于 水面 而不 倾 覆 ， 以保 证 舰 船 继 续 航 行 和 作 战 的能力 ， 称为 舰船不沉性． 舰 船 将 由于 本 身 结 构 强 度 不够 而 发 生 撕 裂 、 破 口等 载 荷 ， 舰 船 将 大 量 进
３ ） 第 三类 舱 ． 舱室局部被 淹， 且 与舷 外 水 相 连 通， 称 为第 三类 舱 ， 如图 １ （ ｃ ） 所示． 此类 舱 不 仅存 在 自由液面 ， 而且 随着 倾 斜 的变 化 进水 量 也将 发 生 变 化， 舱 内水 始终 与舷 外水 保持 同一 水平 面 ．
４ ） 第 四类舱 ． 假 设 在局 部 受 淹且 与 舷外 水 相 通
水， 舰船的储备 浮力将大大 降低 ， 舰 船的稳性也 急 剧下降 ， 这 时要求舰 船指挥员 能够依据舰 船 的破损 类
型、 破 损程度 、 舰 船状态做 出综合 判 断 ， 要求 舰船 指挥 员 在面对各类 破损灾 害时 ， 依据舰 船 的人员 配备 与损 管 器材 隋况 做 出正确 的处置 ． 从 实 战经 验 来看 ， 海 战 中的舰船沉 没往 往是 由于舰 船 指挥 员不 熟 悉舰 船 性
水 面作 战舰船 在 作 战过 程 中 ， 随时 可 能 遭 到 敌
方 武 器 的攻击 而导 致 破 损 进 水 ． 将 舰 船 破 损 进 水 后
但 水 未被 抽干 ， 或 者 是舱 室 未 破 损 而 是 从邻 舱 漫 延 过 来 的水 ， 或者 是 为 了调 整 倾 斜 倾 差 而 人 为灌 注 又
步扩 大 ， 而最终 导致舰船沉 没． 所以， 正确 的损 管决 策 组织 方式对保 障舰船生命 力具有重 要 的意 义 Ｊ ．
局 部受 淹 、 与舷 外水 相 通 ， 但 不 与外 界 大 气相 通 （ 完 全气 密 ） 的淹水 舱称 为第 四类 舱．
５ ） 第五类舱． 常常遇到这样一 些第二类舱 ， 这
机 实现 方 法和视 景仿 真 效果 ． 关键 词 ：舰 船 ； 破 损进 水 ； 仿 真
中图分 类号 ：Ｕ ６ ６ １ ． ２ ３
文献 标识 码 ：Ａ
文章编 号 ：１ ０ ０ ９—８ ５ ２ ６ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４— ０ ０ １ ５— ０ ４ 由液 面 ． 这种 情 况 相 当 于破 损 舱 的破 洞 已 经 堵 塞 ，
收 稿 日期 ：２ ０ １ ３— ０ ４— ０ ５ 作 者 简 介 ：吴 唏（ １ ９ ５ ８ 一） ， 男， 教授 ， 研究方 向： 舰 船 操 纵 与避 碰
些舱 中的水 随船 舶倾 斜 而 流 向舷 外 ． 它 们 与 通 常 的 第二 类 舱不 同 ， 随 着 船 舶 倾 斜 的增 加 ， 舱 中水 量 不 断减 少 ； 而 第 二 类 舱 中 的水 量 为 常 量 ， 且 不 随船 舶 倾斜 而 改变 ． 因此 ， 把 这 种 水 流 向 舷 外 的第 二 类 舱 应 当称 为 第 五类 舱 如 图 １ （ ｅ ） 所示． 因而 ， 舱 的侧 壁 上部 开有 和 舷外 水 上 相 通 而 水 下 不 相 通 孔 的淹 水 舱称 为 第 五 类 舱 ． 第 五 类 舱 的特 点 是 当 舰 船 倾 斜 时， 舱 中的 淹水 水 位 始 终 通 过 出 水 孑 Ｌ 边缘． 出水 点 的坐 标 不 变 ， 且 此 点 是 舱 中 淹 水 水 位 的 转 动 中心
（ 图１ （ ｅ ） 中 ４点 ） ．
ｌ ６
广 州 航 海 学 院 学 报
第２ ｌ 卷
此 时破 口处 的流速 为 ＝ ２ ｇ Ｈ．
水位 由 Ａ处 淹到 平 面所 需 的时 间为 ｔ ， ｓ ：
＋ 一
： ： ： （ 二 ）
． ‘ ｓ ． ’ ￣ ｙ ２ ￣ ｇ ｉ ｔ ｔ ｌ ‘
第２ １ 卷第 ４期
２ ０ １ ３年 １ ２月
广州航海学 院学报
Ｊ ＯＵ ＲＮＡＬ ＯＦ ＧＵ ＡＮＧＺ ＨＯＵ ＭＡＲＩ Ｔ Ｉ ＭＥ Ｉ ＮＳ Ｔ Ｉ Ｔ Ｕ Ｔ Ｅ
Ｖ０ １ ． ２ ｌ Ｎｏ ． ４
Ｄｅ ｅ ．２ 系统 中破 损 进 水 过 程 仿 真
能， 破 损进水后 缺乏正确 的指挥方 式而 导致 灾害进 一
的第 三类舱 中具有 空 气 垫 ， 则 舱 内的 淹水 水 位 不 与 船 的水 线相 重 合 ． 所以， 具 有 空 气 垫 的第 三类 舱 应
单 独分 为一 类 ， 即第 四类 舱 ， 如图 １ （ ｄ ） ． 因而 ， 舱 室
点）
式中， ｋ为 舱 室 体 积 渗 透 率 ； ｚ 、 ｂ为 舱 室 的 长
（ 海 军陆战学 院 交通信息 与安 全教研室 ， 广东 广州 ５ １ ０ ４ ３ ０ ）
摘
要 ：论 述 了损 管模拟 训 练 系统 中破 损 进水 模 块开发 方 法 ， 建立 了相 关的数 学模 型 ， 包括破 损舱
室的分 类 方法 、 破 口的分 类原 则 、 进 水 时 间计 算 、 破 口处 压 力 计 算 等 ， 介 绍 了破 损 进 水过 程 的 计 算
１ 舰 船 破 损 进 水 的数 学模 型
ｌ － １ 破 损 舱 室 的 分 类 方 法
根据 破 损舱 室 的进水 特征 ， 将 其分 为 以下 ５种 ： １ ） 第一类舱． 不管进水 舱是否与舷外 水相连 ， 只 要进 水 舱 全 部 灌 满 ， 这类舱称为第 一类舱 ， 如 图 １ （ ａ ） 所示． 通 常此 类 舱 的 顶 部 位 于 水 线 以下 ， 破 损 进水后 ， 水 全 部充 满舱 室 ， 不存 在 自由液 面 ． ２ ） 第 二类 舱 ． 舱室局部 被淹 ， 且 不 与 舷 外 水 相 通， 称 为第 二类 舱 ， 如图 １ （ ｂ ） 所示 ． 此类 舱 室存 在 自
未 灌 满 的舱柜 ．
仍 能 浮于 水面 而不 倾 覆 ， 以保 证 舰 船 继 续 航 行 和 作 战 的能力 ， 称为 舰船不沉性． 舰 船 将 由于 本 身 结 构 强 度 不够 而 发 生 撕 裂 、 破 口等 载 荷 ， 舰 船 将 大 量 进
３ ） 第 三类 舱 ． 舱室局部被 淹， 且 与舷 外 水 相 连 通， 称 为第 三类 舱 ， 如图 １ （ ｃ ） 所示． 此类 舱 不 仅存 在 自由液面 ， 而且 随着 倾 斜 的变 化 进水 量 也将 发 生 变 化， 舱 内水 始终 与舷 外水 保持 同一 水平 面 ．
４ ） 第 四类舱 ． 假 设 在局 部 受 淹且 与 舷外 水 相 通
水， 舰船的储备 浮力将大大 降低 ， 舰 船的稳性也 急 剧下降 ， 这 时要求舰 船指挥员 能够依据舰 船 的破损 类
型、 破 损程度 、 舰 船状态做 出综合 判 断 ， 要求 舰船 指挥 员 在面对各类 破损灾 害时 ， 依据舰 船 的人员 配备 与损 管 器材 隋况 做 出正确 的处置 ． 从 实 战经 验 来看 ， 海 战 中的舰船沉 没往 往是 由于舰 船 指挥 员不 熟 悉舰 船 性
水 面作 战舰船 在 作 战过 程 中 ， 随时 可 能 遭 到 敌
方 武 器 的攻击 而导 致 破 损 进 水 ． 将 舰 船 破 损 进 水 后
但 水 未被 抽干 ， 或 者 是舱 室 未 破 损 而 是 从邻 舱 漫 延 过 来 的水 ， 或者 是 为 了调 整 倾 斜 倾 差 而 人 为灌 注 又
步扩 大 ， 而最终 导致舰船沉 没． 所以， 正确 的损 管决 策 组织 方式对保 障舰船生命 力具有重 要 的意 义 Ｊ ．
局 部受 淹 、 与舷 外水 相 通 ， 但 不 与外 界 大 气相 通 （ 完 全气 密 ） 的淹水 舱称 为第 四类 舱．
５ ） 第五类舱． 常常遇到这样一 些第二类舱 ， 这
机 实现 方 法和视 景仿 真 效果 ． 关键 词 ：舰 船 ； 破 损进 水 ； 仿 真
中图分 类号 ：Ｕ ６ ６ １ ． ２ ３
文献 标识 码 ：Ａ
文章编 号 ：１ ０ ０ ９—８ ５ ２ ６ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４— ０ ０ １ ５— ０ ４ 由液 面 ． 这种 情 况 相 当 于破 损 舱 的破 洞 已 经 堵 塞 ，
收 稿 日期 ：２ ０ １ ３— ０ ４— ０ ５ 作 者 简 介 ：吴 唏（ １ ９ ５ ８ 一） ， 男， 教授 ， 研究方 向： 舰 船 操 纵 与避 碰
些舱 中的水 随船 舶倾 斜 而 流 向舷 外 ． 它 们 与 通 常 的 第二 类 舱不 同 ， 随 着 船 舶 倾 斜 的增 加 ， 舱 中水 量 不 断减 少 ； 而 第 二 类 舱 中 的水 量 为 常 量 ， 且 不 随船 舶 倾斜 而 改变 ． 因此 ， 把 这 种 水 流 向 舷 外 的第 二 类 舱 应 当称 为 第 五类 舱 如 图 １ （ ｅ ） 所示． 因而 ， 舱 的侧 壁 上部 开有 和 舷外 水 上 相 通 而 水 下 不 相 通 孔 的淹 水 舱称 为 第 五 类 舱 ． 第 五 类 舱 的特 点 是 当 舰 船 倾 斜 时， 舱 中的 淹水 水 位 始 终 通 过 出 水 孑 Ｌ 边缘． 出水 点 的坐 标 不 变 ， 且 此 点 是 舱 中 淹 水 水 位 的 转 动 中心
（ 图１ （ ｅ ） 中 ４点 ） ．
ｌ ６
广 州 航 海 学 院 学 报
第２ ｌ 卷
此 时破 口处 的流速 为 ＝ ２ ｇ Ｈ．
水位 由 Ａ处 淹到 平 面所 需 的时 间为 ｔ ， ｓ ：
＋ 一
： ： ： （ 二 ）
． ‘ ｓ ． ’ ￣ ｙ ２ ￣ ｇ ｉ ｔ ｔ ｌ ‘
第２ １ 卷第 ４期
２ ０ １ ３年 １ ２月
广州航海学 院学报
Ｊ ＯＵ ＲＮＡＬ ＯＦ ＧＵ ＡＮＧＺ ＨＯＵ ＭＡＲＩ Ｔ Ｉ ＭＥ Ｉ ＮＳ Ｔ Ｉ Ｔ Ｕ Ｔ Ｅ
Ｖ０ １ ． ２ ｌ Ｎｏ ． ４
Ｄｅ ｅ ．２ 系统 中破 损 进 水 过 程 仿 真
能， 破 损进水后 缺乏正确 的指挥方 式而 导致 灾害进 一
的第 三类舱 中具有 空 气 垫 ， 则 舱 内的 淹水 水 位 不 与 船 的水 线相 重 合 ． 所以， 具 有 空 气 垫 的第 三类 舱 应
单 独分 为一 类 ， 即第 四类 舱 ， 如图 １ （ ｄ ） ． 因而 ， 舱 室
点）
式中， ｋ为 舱 室 体 积 渗 透 率 ； ｚ 、 ｂ为 舱 室 的 长