船舶减摇装置及其控制方法 【技术领域】
本发明涉及一种减摇水槽内的液体控制的创新方案，特别是涉及这样一种船舶减摇装置的控制方法，该船舶减摇装置的控制方法可自动地控制减摇水槽的固有周期的改变和液体制动，以预先防止当船因风平浪静而基本上不摇动时、急转弯时、及处于顺风波状态时水柜内的液体成为在不作为减摇水槽有效地工作的状态下产生的浮动水而对船的回复力产生不良影响的相反效果。
背景技术
过去，作为减轻船舶横摇的装置，已知有U字管型地被动减摇水槽(以下也称为ART)。在该ART中，为了获得有效的减摇力矩，具有相对船的回复力增大ART的液体的自由表面(以下也称自由表面惯性矩)的值的装置，但由于以下原因不能随意增大。我们知道，该自由表面惯性矩在液体获得适当相位滞后的状态下不对回复力产生不良影响，但在相位滞后大幅度紊乱的场合或在风平浪静等状态下船基本没有摇动时等，减摇所需液体成为不能控制的浮动水，表观重心上升，从而使回复力相应减少。
另外，发生浮动水的原因还有，船体处于相对水平保持着某一角度倾斜的稳定倾斜(以下也称为倾侧)的状态。该状态在装载物的移动或海难事故等使左右重量平衡破坏的场合、或受侧风等影响而朝下风作用稳定的外力的场合、及为避开撞船或其它原因大幅度改变船的航向的急转弯等时产生。
因此，为了事先预测浮动水的发生以将对回复力的不良影响限制到最小极限，发明有这样的控制方法，该控制方法设置有液体制动用的阀和改变周期用的缓冲器，解读液体产生相反效果的船的平均周期和平均倾斜角、或用于转舵的舵角指令等信息，自动地驱动阀和缓冲器。例如，这些发明有例如日本特愿平10-187999号(以下称现有技术-1)、日本特愿平10-186767号(以下称现有技术-2)、特愿平06-307157号。
在现有技术1中，作为判断水柜的液体是否对船的回复力产生不良影响的方法，以船的平均横摇角度的值与预先设定的条件进行比较。该判断方法为这样的控制方法，即，预先设定的值设为推定ART的液体成为不能控制的浮动水而对船的回复力产生不良影响的小倾斜角的值和推定不会产生不良影响的大倾斜角的值这样2种，当满足小值的条件时，将阀关闭，在满足大值的条件时，打开阀。
然而，在暴风雨的状况下，如ART的减摇效果使横摇角度减小，则不会对回复力产生不良影响，但在现有技术-1的控制方法中，认为满足风平浪静这样的条件，将阀关闭，进入非工作状态。在需要ART工作时选择非工作状态的该操作可以说是具有不适合用于ART的缺点的操作方法。
另外，在与急转弯对应的现有技术2中，根据从电位差计输出的信息，从以下事项等判断是否进行急转弯，在满足急转弯的条件的场合，将阀关闭。
(1)已发出指令的舵角信息所需时间。
(2)仅已发出指令的舵角的信息。
(3)即使检测到大舵角指令时也缓慢地转动舵轮时的信息。
(4)舵角与船速的关系。
(5)由提供的舵角指示和航速产生的倾斜力矩。
然而，航行中的船体受到遭遇波(合流波)和风的影响，船头偏航(朝左右方向移动)，或为了朝横向移动而脱离航线。特别是在暴风雨的状态下脱离航线较频繁，所以，自动地操作与此相应的转舵装置。进行急转弯时的初期的舵角指令的内容与该转舵的舵角指令基本上相同，找不到差别。因此，对于现有技术2的控制，在暴风雨时的航海过程中，简单地将为了修正航线而输出的舵角指令信号误作为急转弯，即使实际上需要减摇效果，而且水柜内的液体不对回复力产生不良影响，也将阀关闭成为非工作状态，因此，现有技术2的控制为具有不适合用于ART的缺点的操作方法。
另外，作为水柜内的液体变成浮动水的其它因素，为遭遇来自后方(包含相对船行进方向处于后方约±50度附近至正后方的范围)的顺风和顺风波时。在从倾斜方向受到波并且船以某一速度前进的场合，船被按与波遭遇的周期即波的表观周期强制地摇动。我们知道，该表观周期与波的实际周期(波长)及其行进方向、航向和船速相关，表观的周期与船的摇动周期一致时，有时易于出现剧烈的横摇，有时易于出现剧烈的纵摇。
特别是在遭遇顺风波的场合，成为大幅度偏离该船具有的横摇固有周期的长周期的横摇的可能性增大，在该场合，横摇周期瞬间变慢(长)，同时，摇动角度变大，而ART的液体的固有周期为一定，所以，换言之，由于液体的移动周期比船的横摇周期快，所以，非但不减摇，相反横摇角增大，产生货物倒塌这样的事故。为此，在根据船的平均周期值进行控制的现有控制方法中，不能对应由外力急剧导致变化的横摇。
本发明的目的在于提供一种船舶减摇装置的控制方法，该船舶减摇装置的控制方法为了最大限度地克服上述那样的ART具有的可以认为是本身固有的缺点，即，为了最大限度地抑制由某种原因在ART的液体未有效地工作的状况下产生的不能控制的浮动水的发生，在与摇动状况相应的对阀和缓冲器进行驱动时的条件中，包含了船的横摇角和周期、转弯时的舵角指令和船速信息、船的纵摇角和周期、及风向和风速等气象的信息，根据其解析结果，自动控制ART的固有周期的变化和液体的制动。
【发明内容】
本发明的船舶减摇装置的控制方法就是为了解决上述问题而作出的，该船舶减摇装置可自动完成减摇水槽的周期改变和液体制动的操作，具有设于船体两舷的一对的至少2个舷侧水柜、连接这些舷侧水柜的底部使液体朝左右方向移动的液体通道、在液体通道内用于使减摇水槽的固有周期改变的缓冲器、及设于上述两舷侧水柜上部间通过用于液体制动的遥控驱动式的阀等装置连通的空气管，
另外，还具有检测船的横摇角和纵摇角的摇动传感器、检测来自舵轮部的舵角指令信息的电位差计等检测仪器、检测风速和风向的风向风力计、及船速计，
设置有控制部和开闭机器装置部，该控制部解读上述传感器输出的信息的内容并输出控制信号，该开闭机器装置部根据控制部的控制信号对上述阀和缓冲器进行遥控驱动；其特征在于：
当由控制部解读的结果根据预先设定的条件判断水柜内的液体对回复力产生不良影响时，即使正在实施根据船的平均周期值的控制，也无视正在实施的控制，使得不对回复力产生不良影响地瞬间实施相应的控制模式，另外，当判断状况产生变化、没有产生不良影响的危险时，自动控制通常的根据平均周期值的周期改变和液体的制动。
【附图说明】
图1为示出本发明的阀和缓冲器的开闭操作的控制机构构成关系的框图。
图2为示出减摇水槽的示意构成的全体构成图。
图3为示出减摇水槽的示意构成的空气管的一例的图。
【具体实施方式】
下面参照附图根据具有由非工作状态和ART的3种固有周期构成的4个控制组(非工作状态、工作状态-1、工作状态-2、工作状态-3)的实施例说明本发明的实施形式。
图1为示出本发明的阀和缓冲器的开闭操作的控制机构构成关系的框图，图2为示出减摇水槽的示意构成的全体构成图。
为了达到上述目的，基本的ART的构成自身如图2所示那样，由设于船体两舷的一对的至少2个舷侧水柜31a、31b、连接这些水柜的底部使液体36朝左右方向移动的液体通道32、在液体通道32用于使减摇水槽30的固有周期改变的缓冲器35、设于上述两舷侧水柜31a、31b上部间通过用于液体36制动的遥控驱动式的阀34等装置连通的空气管33构成。
另外，虽然图中未示出，但实际上水槽还设置有注排水管、测深管、排气管等装置，ART30本体对通往上述注排水管、测深管、排气管等外部的所有管采用封闭装置使其成为密闭状态。
另外，还设置有图1所示那样的控制装置机构，该控制装置机构具有检测船的横摇角和纵摇角的摇动传感器1、检测来自舵轮部2的舵角指令信息的电位差计3等检测仪器、检测风速和风向的风向风力计4、及船速计5，并包含控制部6和开闭机器装置部7，该控制部6解读由上述传感器输出的信息的内容并输出控制信号，该开闭机器装置部7根据控制部的控制信号对上述阀34和缓冲器35进行遥控驱动。
控制装置机构大体由检测仪器部37、控制部6、及开闭机器装置部7构成。检测仪器部37由检测船的横摇角和纵摇角的摇动传感器1、检测舵轮部2的舵角指令信息的电位差计3等检测仪器、检测风速和风向的风向风力计4、及检测船速的船速计5构成，将其信息分别输出到控制部6。
控制部6由解读检测仪器部37输出的信息的内容的运算解读回路8、控制回路9、控制实施回路10、及信息处理回路11构成。
开闭机器装置部7由根据控制部6的控制信号工作的驱动源12、电磁阀13、16、19、阀34和开闭装置14、缓冲器35、35a和开闭装置17、20、及限位开关15、18、21构成。
运算解读回路8根据从检测仪器部37输出的数据，运算瞬间的横摇角和横摇周期、纵摇角和纵摇周期、风向和风速、及船速，并由其值分别把握其平均值。另外，运算解读的结果虽未在图中示出，但实际上也可作为航海信息输出到其它航海监视设备。
根据在运算解读回路8解读的结果，从控制回路9经过控制实施回路10将预先设定的用于控制阀34或缓冲器35、35a的开闭模式的信号输出到开闭机器装置部7。
根据从控制实施回路10输出的控制信号，按起动驱动源12→电磁阀13→阀开闭装置14→限位开关15→停止驱动源12的步骤，结束控制。或根据从控制实施回路10输出的控制信号，按起动驱动源12→电磁阀16→缓冲器开闭装置17→限位开关18→停止驱动源12的步骤，结束控制。各设备的工作状况由信息处理回路11逐一加以把握，其信息由IC存储器保存，显示到未图示的控制板。
本实施例的阀34和缓冲器35、35a的驱动方式为假设液压驱动的构成，在使用空压式或电动式的场合，也可省略根据其方式可在开闭机器装置内省略的部分。另外，空气管33为连接的方式的例，但如图3所示那样，作为不左右连接空气管33a而是分别单独地向大气开放的方式，分别设置阀34a或在单侧舷设置1个阀也可获得相同的效果。
另外，根据机构的不同有不需要驱动源12的场合。例如，在从其它供给源接受驱动源的场合，可省略这里所提到的驱动源12的起动和停止步骤。
另外，风向风力计4和船速计5等作为获得航海信息的装置加以设置的场合一般较多，如可从船获得信息，则没有必要为用于ART而加以设置。另外，如要求判断精度，还可从波浪计等取入信息，但可根据预算情况决定是否采用，不受风向风力计4和船速计5的约束。
下面，下面根据作为本发明实施形式的具有由非工作状态和ART的3种固有周期构成的4个控制组(非工作状态、工作状态-1、工作状态-2、工作状态-3)的实施例说明其控制方法。
首先，下面的(A)～(D)的控制组使各组具有的有效周期范围的邻接部位重复，并设定成对于正实施某一个控制模式的组，使得只要船的平均横摇周期不脱离其有效周期范围则不实施其它组的控制。
由于ART在相对横摇产生约90度的相位滞后时获得高减摇效果，所以，进行通常的控制的场合，只要最近的横摇周期的状况即可，长时间的横摇平均不利于实用。因此，平均横摇周期的计算对2次～5次左右的单周期进行平均，采用时常将新值计算到其中并去除旧值的动态平均方式。
(A)对于非工作状态，当平均周期的值为13.2秒以上时和7.8秒以下时，强制地关闭阀34，则空气的流通被隔断，换言之，由于液体36不能移动，所以，ART成为非工作状态。该状态保持到船的平均周期进入到12.6秒～8.4秒之间为止。另外，用于防止浮动水发生的强制非工作状态在满足风平浪静的条件、急转弯的条件、及使得成为顺风波的非工作状态的条件时实施。
(B)对于工作状态-1，平均周期的值处于10秒～7.8秒的范围内，实施阀34开和2组的缓冲器35、35a开的控制并加以保持。该控制模式在平均周期的值脱离其它处于控制实施过程中的组、侵入到工作状态-1的组时实施。
(C)对于工作状态-2，平均周期的值在11.6秒～9.4秒的范围内，实施阀34开、缓冲器35闭、缓冲器35a开的控制，并保持该状态。该控制模式在平均周期的值脱离其它处于控制实施过程中的组、进入到工作状态-2的组时实施。
(D)对于工作状态-3，平均周期的值在11秒～13.2秒的范围内，实施阀34开、缓冲器35、35a闭的控制并加以保持。该控制模式在平均周期的值脱离其它处于控制实施过程中的组、进入到工作状态-3的组时实施。
即使正在实施上述工作状态-1、工作状态-2、或工作状态-3的控制模式，当满足风平浪静的条件和急转弯的条件时，瞬间实施关闭阀34的控制模式。
另外，在满足顺风波条件的场合，无视根据船的平均周期值进行控制的控制方法，瞬间实施与顺风波对应的周期改变和与非工作状态的相应控制模式。
下面示出判断为风平浪静的条件。
在判断风平浪静的条件的方法中，当将船的平均横摇角的值与预先设定的值比较时，海洋气象状况的信息也增加作为一个条件。
为了易于理解，下面以数值示出具体例。
(1)相对船的平均横摇角的设定值为小角度的设定值2.0度和大角度的设定值3.0度。
(2)相对于实际上波及到船的风速的设定值为大值10m/sec和小值6m/sec。
(3)判断风平浪静的场合，为船的平均横摇角在小角度(2.0度)以下、实际上波及到船的风速在小值(6m/sec)以下时。
(4)判断不是风平浪静的场合，为即使船的平均横摇角在小角度(2.0度)以下但实际波及到船的风速在大值(10m/sec)以上时和船的平均横摇角在大角度与风速风向不相关地在(3.0度)以上时。
但是，这些预先设定的值由于根据船的用途和大小而不同，所以数值可改变。
下面，示出判断为急转弯的条件。
(1)发出指令的舵角信息所需时间为舵轮回转角4度/1sec以上时。
(2)仅发出指令的舵角的信息超过设定值20度时。
(3)从检测到判断为急转弯的基准值20度的时刻开始，进行解除舵角指令的操作而到达该基准值20度以下的期间所需时间超过4秒时。
(4)船速：超过15节时。
这些条件都得到满足时判断为急转弯。
但是，这些预先设定的值由于随船的用途和大小而不同，所以，数值可改变。
下面，示出判断为顺风波的条件。
(1)比较根据已由海上试验确认的螺旋浆转速等确定的速率与现在的航海速率，在现在的速率较快的场合，预测成为顺风波的可能性大。
(2)比较平均横摇周期的值与刚过去的1个摇动的周期值，在刚过去的1个摇动的周期值较慢(长)的场合，预测成为顺风波的可能性大。
(3)比较平均横摇角的值与刚过去的1个摇动的角度，在刚过去的1个摇动的角度较大的场合，预测成为顺风波的可能性大。
(4)比较平均纵摇周期的值与刚过去的1个摇动的周期值，在刚过去的1个摇动的周期值较慢(长)的场合，预测成为顺风波的可能性大。
(5)比较平均纵摇角的值与刚过去的1个摇动的角度，在刚过去的1个摇动的角度较大的场合，预测成为顺风波的可能性大。
(6)在成为相对行进方向从后方约±50度到正后方的风向的场合，预测成为顺风波的可能性大。
(7)在以比处于实施过程中的组具有的有效周期的范围的1/2的值快(短)的平均周期值摇动的状况下，当刚过去的1个摇动的周期值超过该组的较慢(长)一方的设定值时，预测成为顺风波的可能性大。由此，在综合判断为顺风波状态的场合，无视根据平均周期值的控制实施模式，瞬间实施获得慢(长)1个等级的固有周期的组的控制模式。例如，在正实施工作状态-1的场合，在瞬间实施工作状态-2的控制模式。
(8)在上述摇动状况下，如比较刚过去的1个摇动的横摇角的1/2(单侧舷)的值与瞬时的横摇角，瞬时角较大，而且，比较刚过去的1个摇动的纵摇动角的1/2的值与瞬时的纵摇动角，瞬时的纵摇动角较大，或者，在以比处于实施过程中的组具有的有效周期范围的1/2的值快(短)平均周期值摇动的状况下，刚过去的1个摇动的周期值超过与该组的较慢(长)的一方邻接的组具有的有效周期范围的1/2的值，或者，超过与处于实施过程中的组邻接的控制组，而且进入邻接的组内，则在该场合下，无视根据平均周期值的控制实施模式，瞬间实施慢(长)2个等级的固有周期或非工作状态的控制模式。例如，当正实施工作状态-1时，在瞬间实施工作状态-3的控制模式。或者，当正实施工作状态-2时，在瞬间实施非工作状态的控制模式。但这些预先设定的值由于根据船的用途和大小而不同，所以数值可改变。
实施了上述对应于风平浪静、急转弯、及顺风波的控制后，为了进行通常的控制，实施根据船的平均周期值的控制实施模式。
由以上说明可知，按照本发明的控制方法，取入船遭遇时的横摇和纵摇的角度和周期、转弯时的舵角指令和船速等信息、及风向和风速等海气象的信息，将解析船的大横摇和小横摇的信息的结果作为控制条件，从而
(1)可容易地判断小平均横摇角的状态是否由减摇效果所造成；
(2)可容易地判断是为对从航向的偏离进行调整的转舵、或是为用于急转弯行动的转舵、或是为用于通常转弯的转舵；
(3)容易事先预测由顺风波导致的横摇。
通过上述精度高的条件判断，液体有效地工作状态的周期范围内的控制自不待言，还可最大限度抑制过去由于某种原因在ART的液体未有效地工作状态的状况下产生的本身固有的缺点即不能控制的浮动水的发生。
而且，可事先预测由顺风波导致的横摇，瞬间进行对应，所以，具有可极大地减小货物倒塌等事故发生的因素的作用效果。
另外，当操作减摇水槽时，只需接通控制开始的开关，不用对ART的缺点过多注意，即可时常获得稳定的减摇效果，具有现有技术没有的优良的作用效果，为效果大的发明。