本發(fā)明涉及船舶行駛安全技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種客船防傾覆氣囊分級釋放系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

客船專門用于運(yùn)送旅客及其可攜帶行李和郵件。客船多為定期定線航行，固又稱為班輪或郵輪。根據(jù)SOLAS公約規(guī)定，凡載客超過12人均視為客船?？痛奶攸c(diǎn)是具有多層甲板的上層建筑，設(shè)有完善的餐廳、衛(wèi)生和娛樂設(shè)施，客船的航速較高，一般為16～20節(jié)，大型高速客船可達(dá)24節(jié)左右。

客船速度快，其上層建筑高大、載客量大，但干舷較低、穩(wěn)性偏小，沉沒速度過快，應(yīng)對突發(fā)天氣能力不足，一旦發(fā)生事故會導(dǎo)致乘客和船員缺乏逃生時間、救援來不及全面迅速展開，從而造成大量人員傷亡。而船體一旦傾覆，很難在短時間內(nèi)實現(xiàn)船體的扶正。

目前對于普通船舶應(yīng)急防傾覆的研究方面，類比汽車氣囊安全系統(tǒng)，出現(xiàn)了在船體兩側(cè)安裝氣囊的防傾覆裝置，利用氣囊的浮力達(dá)到延緩沉沒的效果。但該方案還未投入現(xiàn)實使用，且在對于針對客船的設(shè)計還未提出。在防傾覆氣囊的布設(shè)和釋放系統(tǒng)方面，也基本采用單層布設(shè)的方式，通過相關(guān)釋放裝置控制一次釋放。但這樣的方式在船體進(jìn)水、加速傾覆之時，會使氣囊迅速失效，不能較長時間的延緩傾覆，也不能充分利用氣囊的功效，還會造成氣囊的浪費(fèi)，甚至有時會對延緩船舶傾覆產(chǎn)生阻礙作用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是要提供一種客船防傾覆氣囊分級釋放系統(tǒng)，其不僅可以通過氣囊多層布設(shè)延長客船傾覆的時間，增大客船的安全系數(shù)，還可以通過氣囊的分級釋放充分利用水對氣囊的浮力，多重保障客船安全，還可以達(dá)到防止氣囊浪費(fèi)的目的。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所涉及的一種客船防傾覆氣囊分級釋放系統(tǒng)，設(shè)置在船體上，包括對稱設(shè)置在船體兩側(cè)的氣囊組、姿態(tài)傳感器、水壓傳感器和可控制氣囊組自動釋放的中央處理器；所述氣囊組包括多個水平布置的氣囊，所述多個氣囊依次豎直向上排布，最下層氣囊為底層氣囊，其余依次向上排布的氣囊為上層氣囊，所述底層氣囊設(shè)置在船體兩側(cè)的上層甲板處，所述上層氣囊設(shè)置在船體的上層建筑上，所述姿態(tài)傳感器設(shè)置在船體的中線面上，所述水壓傳感器設(shè)置在船體的甲板下部和各上層氣囊安裝處，所述姿態(tài)傳感器、水壓傳感器與中央處理器連通。

進(jìn)一步地，所述氣囊釋放模塊包括氣體發(fā)生器和氣囊，所述氣囊折疊覆蓋在氣體發(fā)生器上。

進(jìn)一步地，所述船體對應(yīng)位置設(shè)有喇叭形安裝孔，所述氣體發(fā)生器設(shè)置在對應(yīng)的喇叭形安裝孔內(nèi)。

更進(jìn)一步地，所述喇叭形安裝孔開口出設(shè)有氣囊飾蓋。

進(jìn)一步地，所述姿態(tài)傳感器有三個，分別設(shè)置在船體艏、舯、艉的中線面上。

進(jìn)一步地，所述水壓傳感器在各安裝位置的同一水平面上設(shè)有兩個。

更進(jìn)一步地，所述中央處理器為51單片機(jī)。

作為優(yōu)選項，所述姿態(tài)傳感器包含三軸陀螺儀、三軸加速度計、三軸電子羅盤等運(yùn)動傳感器，所述姿態(tài)傳感器通過A/D轉(zhuǎn)換器將電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳輸給中央處理器。

作為優(yōu)選項，所述水壓傳感器為MIK-DP10水壓傳感器。

作為優(yōu)選項，所述船體上還設(shè)有手動控制各個氣囊釋放的手動控制器。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

本發(fā)明具有釋放速度快、手動與自動相結(jié)合的特點(diǎn)，充分利用水對氣囊的浮力，還可有效防止信息誤讀取導(dǎo)致的上層氣囊誤釋放，同時提供多重保險，使前一層氣囊失效之時，后一層氣囊能在極短時間內(nèi)迅速打開，達(dá)到增長延緩客船傾覆時間的效果，進(jìn)一步提高內(nèi)河客船的應(yīng)急能力與安全系數(shù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的使用狀態(tài)示意圖；

圖2為水壓傳感器的安裝示意圖；

圖3為氣囊組的使用狀態(tài)示意圖；

圖4為收起狀態(tài)下氣囊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為充氣狀態(tài)下氣囊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為底層氣囊的使用狀態(tài)示意圖；

圖7為打開一層上層氣囊的使用狀態(tài)示意圖；

圖8為打開二層上層氣囊的使用狀態(tài)示意圖；

圖9為打開三層上層氣囊的使用狀態(tài)示意圖；

圖10為打開四層上層氣囊的使用狀態(tài)示意圖；

圖11為本發(fā)明的流程示意圖；

圖中：船體1(其中：喇叭形安裝孔1.1、氣囊飾蓋1.2)、氣囊組2(其中：氣囊釋放模塊2.1、發(fā)生器2.1.1、底層氣囊2.1a、上層氣囊2.1b、氣囊2.1.2)、姿態(tài)傳感器3、水壓傳感器4。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述：

如圖1～5所示的一種客船防傾覆氣囊分級釋放系統(tǒng)，設(shè)置在船體1上，包括對稱設(shè)置在船體1兩側(cè)的氣囊組2、姿態(tài)傳感器3、水壓傳感器4和可控制氣囊組2自動釋放的中央處理器，

所述氣囊組2包括多個水平布置的氣囊2.1，所述氣囊釋放模塊2.1包括氣體發(fā)生器2.1.1和氣囊2.1.2，所述氣囊2.1.2折疊覆蓋在氣體發(fā)生器2.1.1上。所述多個氣囊2.1依次豎直向上排布，最下層氣囊2.1為底層氣囊2.1a，其余依次向上排布的氣囊2.1為上層氣囊2.1b，所述底層氣囊2.1a設(shè)置在船體1兩側(cè)的上層甲板處，所述上層氣囊2.1b設(shè)置在船體1的上層建筑上，所述船體1對應(yīng)位置設(shè)有喇叭形安裝孔1.1，所述氣體發(fā)生器2.1.1設(shè)置在對應(yīng)的喇叭形安裝孔1.1內(nèi)。所述喇叭形安裝孔1.1開口出設(shè)有氣囊飾蓋1.2。

所述姿態(tài)傳感器3設(shè)置在船體1的中線面上，所述姿態(tài)傳感器3有三個，分別設(shè)置在船體1艏、舯、艉的中線面上。所述姿態(tài)傳感器3包含三軸陀螺儀、三軸加速度計、三軸電子羅盤等運(yùn)動傳感器，所述姿態(tài)傳感器3通過A/D轉(zhuǎn)換器將電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳輸給中央處理器。

所述水壓傳感器4設(shè)置在船體1的甲板下部和各上層氣囊2.1b安裝處，所述水壓傳感器4在各安裝位置的同一水平面上設(shè)有兩個。所述水壓傳感器4為MIK-DP10水壓傳感器。

所述姿態(tài)傳感器3、水壓傳感器4與中央處理器連通。所述中央處理器為51單片機(jī)。

所述船體1上還設(shè)有手動控制各個氣囊2.1釋放的手動控制器。

實施例：

如圖11，本系統(tǒng)在正常工作下由船用交流電供電，在應(yīng)急狀況下使用交流電池供電。

當(dāng)船體1橫傾時，本系統(tǒng)首先利用姿態(tài)傳感器3收集船體1相關(guān)運(yùn)動姿態(tài)參數(shù)，通過A/D轉(zhuǎn)換器將姿態(tài)傳感器3傳來的電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，中央處理器的51單片機(jī)根據(jù)基于四元數(shù)法的姿態(tài)解算和基于串聯(lián)超前校正的氣囊釋放預(yù)判斷來編寫程序，判斷船體是否橫傾至極限動傾角且船體角速度與橫傾方向是否一致，自動控制主甲板的底層氣囊2.1a在傾覆一側(cè)釋放。

當(dāng)主甲板的底層氣囊2.1a釋放后，通過上層氣囊2.1b安裝處對稱設(shè)置、具有波浪抑制設(shè)計的兩個水壓傳感器4判斷船體1空間運(yùn)動姿態(tài)，中央處理器通過讀取A/D轉(zhuǎn)換器所轉(zhuǎn)換的關(guān)于水壓的信號，計算得到船體1橫傾一側(cè)舷墻水壓信息，判斷船體1橫傾入水程度，并結(jié)合船體1橫傾角度、角速度和角加速度進(jìn)而控制上層氣囊2.1b(除底層氣囊2.1a外)在傾覆一側(cè)逐級釋放。

如圖6～10，顯示了氣囊分層布設(shè)的設(shè)計，即船體1表面根據(jù)需要設(shè)計長度為L(即氣囊2.1長度)，深度為20～30公分的內(nèi)嵌結(jié)構(gòu)，即喇叭形安裝孔1.1。氣囊2.1用氣囊飾蓋1.2覆蓋，氣囊飾蓋1.2表面膜壓有淺印，以便氣囊2.1充氣爆開時撕裂氣囊飾蓋1.2，并減小沖出時受到氣囊飾蓋1.2的阻力。

喇叭形安裝孔1.1處運(yùn)用聚酰亞胺泡沫材料作為氣囊2.1與喇叭形安裝孔1.1的喇叭口之間的緩沖材料。聚酰亞胺泡沫材料是一種的新型的泡沫緩沖材料，已廣泛運(yùn)用于航天、航空、船舶等領(lǐng)域，質(zhì)量輕、費(fèi)用低，具有優(yōu)良的力學(xué)性能、良好的回彈性以及尺寸穩(wěn)定性，還可以阻燃、耐溫、耐溶劑。性能在潮濕的情況下經(jīng)過長時間儲存及重復(fù)壓縮后相比常態(tài)變化不大，可為氣囊2.1與船體1之間提供優(yōu)良的保護(hù)。

當(dāng)氣囊2.1工作時，氣體發(fā)生器2.1.1收到指令后發(fā)出氣體，使氣囊2.1在極短時間內(nèi)沖破氣囊飾蓋1.2并成型，緩沖材料由于氣囊2.1的膨脹而壓縮，減少氣囊2.1因膨脹對喇叭形安裝孔1.1前端產(chǎn)生的巨大沖擊力，減少損失。而氣體發(fā)生器2.1.1產(chǎn)生的多余氣體則由排氣孔派出，使得氣囊2.1不會因氣體充氣速度過快、氣體體積過大而爆炸。

當(dāng)船體1的上層建筑遭遇惡劣天氣發(fā)生橫傾時，在船體1艏、舯、艉的中線面上安裝的姿態(tài)傳感器3測量船體1上層建筑的橫傾角、角速度和角加速度，這些數(shù)據(jù)通過中央處理器的51單片機(jī)分析和提取之后可判斷客船船體1在橫傾至一定角度時自身的角速度及角加速度是否能夠使船體1繼續(xù)達(dá)到進(jìn)水角。當(dāng)判斷到客船船體1的橫傾角達(dá)到(或即將達(dá)到)進(jìn)水角，且船體1角速度與橫傾方向一致時，中央處理器控制安裝在上層甲板上的底層氣囊2.1a在傾覆一側(cè)釋放。

當(dāng)?shù)讓託饽?.1a釋放之后，若中央處理器分析姿態(tài)傳感器3傳來的數(shù)據(jù)，判斷船體1上層建筑進(jìn)一步橫傾，則準(zhǔn)備分級釋放上層氣囊2.1b；若判斷船體1上層建筑不再進(jìn)一步橫傾時，則不釋放上層氣囊2.1b。

準(zhǔn)備釋放上層氣囊2.1b時，在每層舷墻(上層氣囊2.1b放置處)中部和甲板下部相隔一定距離放置水壓傳感器4。當(dāng)船體1上層建筑繼續(xù)橫傾時，水壓傳感器4獲取船舷處多組水壓力值，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為電子參數(shù)，并將信息傳輸至中央處理器。中央處理器根據(jù)獲得的水壓信號計算出船體1左右兩側(cè)水壓差，從而得到船體1上層建筑的橫傾角度。當(dāng)判斷到客船船體1的橫傾角達(dá)到一定的角度，且船體1角速度與橫傾方向一致時，中央處理器控制上層氣囊2.1b在傾覆一側(cè)逐級釋放。若上層氣囊2.1b釋放到某一層時船體1上層建筑不再進(jìn)一步橫傾時，則停止釋放上層氣囊2.1b剩余層氣囊。

底層氣囊2.1a和上層氣囊2.1b的釋放同樣可以根據(jù)船員對于船體1的橫傾趨勢在駕駛臺操作，手動分級釋放。

最后，應(yīng)當(dāng)指出，以上實施例僅是本發(fā)明較有代表性的例子。顯然，本發(fā)明不限于上述實施例，還可以有許多變形。凡依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均應(yīng)認(rèn)為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。