舰船防侧翻防沉气囊系统的制作方法

技术背景：2015年6月1号重庆东方之星号旅游客轮在长江中游湖北监利水域，遇强对流天气侧翻沉没，442人遇难。致全国人民都沉浸在悲痛之中。虽然现代船舶多采取了水密舱分段防护措施，相对提高了安全效率，但由于生活和工作的各种原因，依然有大量舱段空间要保持通畅，不能实施水密隔断防护，所以常年来，各种类型的船舶翻沉事故在世界范围内时有发生，无疑，我们的安全措施还做的不够，有鉴于此，本发明给出了有效的解决方案。我们的客轮再也不会翻沉，船舶安全将会有更好的保障。

技术实现要素：
：本发明试图克服当前舰船在遭遇恶劣海况，强力撞击，鱼雷、炮火的毁伤时，易于侧翻甚至沉没的缺点，提供了一种以安全气囊为主体的灵敏度高、全自动开启、易于安装、方便更换和回收，具备强大的抗沉力的舰船防侧翻防沉气囊系统。它可以在当舰船遭遇强风或海浪冲击向一侧倾斜时提供相对应一侧的浮力，以效正船舶的航行姿态避免侧翻；还可以在船舶遭遇弹药毁伤后，配合船舶部分完好的水密舱，提供强大浮力，使舰船免于沉没，为战斗或撤离提供宝贵的时间窗口。本舰船防侧翻防沉系统主要包括四部分：1、安全气囊室2、安全气囊总成3、高压气瓶4、电子传感控制装置(参照附图1、2、3、4)安全气囊室固定连接于船体空载水线以下一定距离的位置并列安装，呈线形排列，假如船长100米，每隔五米安装一个，船的两侧共安装40个，每个安全气囊室安装一个气囊，每个气囊打开后，应为五米长，使每个气囊中间没有空白，以提供最大浮力，气囊的高度，应稍大于从安全气囊室开口到船体重载最大侧倾时吃水线的高度，气囊的侧宽应为下窄上宽，使得船体在侧倾时能提供最大浮力，而恢复正常航行姿态后，所产生的阻力较小。气囊充气后，应为上部较大是一个梯形体，下部较小是不规则的锥型体，由于各种船舶的大小、形状不同，所以它们的安全气囊的外观大小和形状也不同，每个气囊都相对独立，既可以打开一个或几个，也可以一侧的气囊全部打开，或者危急时(比如船舱内大量进水)，两侧气囊全部打开。安全气囊室的开口应在满足顺利投放气囊的情况下，做的尽量小，以求不损坏船体的牢固程度，安全气囊室的开口处有一个滑动式水密门，侧面有一个铰链式水密门，关闭滑动式水密门时，就通过水密滑槽隔断了安全气囊室和船体外的空间，等待安全气囊总成在安全气囊室的全部安装完成后，就关闭铰链式水密门，然后打开滑动式水密门，那么安全气囊系统就处在了待命状态。安全气囊的另一侧面有一个气瓶接口孔，以方便高压气瓶上的气瓶接口与安全气囊上的通气管连接。安全气囊室的上面靠气囊室开口对面一边内侧装有气囊挂钩，外侧是挂钩手柄，通过水密垫圈和螺帽连接于安全气囊室上。在安全气囊室内靠近铰链水密门处装有水密电线插口，安全气囊的点火器线路，穿过水密电线插口的插口水密垫圈与电线插口连接，电线插口的另一端穿过安全气囊室的内壁与电子传感控制装置的电路连接。安全气囊总成通过铰链式水密门处装入安全气囊室，并与气囊挂钩和气瓶接口连接，同时通过水密电线插口接通电线。安全气囊总成内部是按照恰当的方式进行折叠的包含有气体发生器和气瓶放气阀的安全气囊，外部是具有水性密的塑料封装盒，且其面对安全气囊室开口处的一面是水密塑料封装盒的硬质塑料盖板，该水密塑料封装盒是为防止气囊被水腐蚀粘连不利于气囊顺利打开，硬质塑料盖板与安全气囊室的开口相耦合，并要承受水的挤压和摩擦。由于安全气囊会提供几十吨的巨大浮力，所以，其结构材料应非常坚韧，特别其收口处的钢质卡箍应用带挂钩套环的卡箍螺杆拧紧，挂钩套环用于连接安全气囊室内的气囊挂钩，气囊内部的恰当位置装有具备一定爆炸力的气体发生器，气体发生器由电子点火器点火，促使其内部的化学物质发生反应，产生大量气体的起爆方式，起爆电线由气囊收口处穿出。卡箍螺杆穿过塑料封装盒，并用螺帽压紧水密垫圈，以保持水密性，同时，气体发生器的起爆电线亦从此水密垫圈穿出，与安全气囊室上的水密电线插口连接，气囊内部还有一个气瓶放气阀，放气阀上的通气管穿过气囊表层和安全气囊室上的气瓶接口孔，与气瓶接口相连。放气阀上的通气管穿过气囊表层的地方，用螺帽和垫圈确保气密性，然后穿过塑料封装盒与气瓶接口孔对应的位置，并且气囊与通气管连接处应局部选择容易撕裂的塑料等材料，并采用恰当的折叠和布置方式，以方便更换安全气囊时，气囊与放气阀及通气管顺利分开。气体发生器在通电起爆时要能完成以下动作：第一，将气囊总成的硬质塑料盖板炸开并将安全气囊的主体部分推出安全气囊室；第二，利用气体发生器的爆炸推力将放气阀的开关打开，使高压气瓶的气体快速进入安全气囊内，撑开气囊并产生浮力。可见，高压气瓶所放出的气体与气体发生器所产生的气体的总和应等于安全气囊的容量，它们之间应相互匹配。

安装安全气囊总成时，先将安全气囊总成外部的电线插头插入安全气囊室的水密电线插口，并用加压盖板压紧插口水密垫圈，拧紧加压螺栓，电线从插口水密垫圈穿出，水密电线插口的另一端与电子传感控制装置相连。再将安全气囊总成上的挂钩套环套入安全气囊室内侧的气囊挂钩，预先旋转挂钩手柄，使挂钩指向恰当的角度，方便挂钩套环套住，套住挂钩后，转动挂钩手柄使气囊挂钩指向安全气囊室的内壁，并与内壁形成闭合状态，以防止挂钩套环脱落。同时拧紧挂钩手柄下部锁销孔的定位锁销。当要回收或更换安全气囊时，松开定位锁销将挂钩手柄旋转180°，由于气囊挂钩的背面的斜角型结构将会使挂钩套环脱离气囊挂钩，由于气囊的巨大浮力，将会撕裂通气管与气囊表层连接的塑料部分，进而使气囊脱离船体。预先在船舷上用长杆钩住气囊顶部的回收拉环以方便回收。第三步是将安全气囊总成上的放气阀的通气管穿过安全气囊室的气瓶接口孔，与高压气瓶上的气瓶口连接，气瓶接口孔在安全气囊室内壁与塑料封装盒之间使用水密垫圈，拧紧通气管上的螺帽，确保水密性，打开高压气瓶上的通气开关，通过高压气瓶上的气压表，确认通气管与气瓶接口的气密性以及放气阀的封闭性，此时，高压气瓶的通气性能，由气囊内部的放气阀控制。最后，关闭安全气囊室的铰链水密门，通过加压拉锁和锁扣确保水密门垫圈的水密性，并打开滑动水密门，转动滑动式水密门控制件，利用挤压滚动摩擦使滑动式水密门平移至安全气囊室外的滑槽内。至此，整个安全气囊总成的安装完毕。何时启动，则取决于电子传感控制装置。以上安全气囊系统设置了高压气瓶，以备需要时撑开和充满气囊以提供浮力。实际应用中，亦可选择不用高压气瓶，而是加大气体发生器的用药量或者增加气体发生器的数量，并依次起爆，这种方法，可以更加节省船舱空间，但要恰当控制气体发生器起爆时的强烈程度，避免对船体和气囊造成损坏。

电子传感控制装置包含有电源、重力倾角传感器、进行数据采集与处理和指令输出的计算机控制器，并与多个布置于船舱底层和船舷的水传感器相连以采集数据。水传感器是一种底部有进水口的盒状物，水传感器的浮阀受到水的浮力就会上浮，浮阀上的电极将与水传感器上部的电极通电，水传感器布置于不同的位置和高度，各自拥有不同的编号，方便采集数据和处理，比如，只有一个或者两个船舱进水，说明情况不太严重，但需要警惕并处理险情，如果是底层船舱较高位置的多个水传感器都显示出进水险情，说明情况非常严重，电子传感控制装置将发出指令，启动全部安全气囊系统以避免船舶沉没。如果是船舷部位较低的超载警戒位置的水传感器显示进水，说明船舶超载，将启动语音告警器，发出警告。如果是船舷部位较高的表示严重超载位置的多个水传感器显示进水险情，说明船舶严重超载，有可能沉没，电子传感控制装置将发出指令，启动船舶两侧部分安全气囊系统，船舶由于浮力而抬升，直到船舶的吃水线恢复到安全正常的范围内。因水传感器的进水孔开在底部，必须水传感器被水淹没，才会显示通电，即使长时间被海浪冲击也不会被激发。重力倾角传感器有一个始终垂直于地平线的摆锤，当船舶发生倾斜时，船舶主甲板的中垂线也会倾斜，并与地平线的垂线----摆锤，形成夹角，该夹角越大，说明船舶倾斜的越厉害也越危险。在摆锤的摆动轨迹的各个特定倾角刻度设置电子触发点，即可读出船舶倾斜的数据，并由计算机控制器发出不同的指令，由于计算机控制器内储存着该舰船在不同状况下是否启动安全气囊，启动多少个各个位置的安全气囊的相关数据，一旦采集到的信息符合相关数据，它就会发出相应的指令。比如夹角为20°时比较危险，说明船舶受风浪等的冲击力比较大，应发出指令启动对应一侧数个不同位置的气囊均衡受力，校正船舶的航行姿态；夹角为30°时，非常危险，应发出指令启动对应一侧全部气囊，以提供最大单侧浮力，避免船舶侧翻沉没。又比如一些高机动的战舰，在做特定战术机动动作时，允许战舰有较大倾斜，并维持一段时间，依然属于安全的，这些相关的角度，时间等数据都需要计算机控制器进行采集和处理，并发出相应的指令，鉴于重力倾角传感器是通过摆锤的重力作用，表示出船体侧倾角度的一种传感器，因此安装电子传感控制装置时，应使重力倾角传感器的摆锤运动面与船体的横截面平行一致，否则，重力倾角传感器将不能正常工作。不同类型和吨位的船舶，比如客轮和战舰，它们抗侧翻抗沉的能力不同，所以应选择使用适合各个船舶自身特点的电子传感控制装置和安全气囊系统。电子传感控制装置的电路系统连接着所有气囊气体发生器的电子点火器，控制着整个船舶的安全气囊系统。一般情况下，它会安装于驾驶舱内以方便监控。如果是战斗舰艇，考虑到战斗环境的残酷性。比如2010年3月韩国天安舰事件中，天安舰被炸成了两截，沉没并伤亡40余人，应对类似情况，就应当在舰艏和舰尾各装一套电子传感控制装置，均可分别控制全舰的安全气囊系统，这样，即使被炸成两截，亦可顺利启动安全气囊系统，配合各自剩余的完好的水密舱段，依然可以保持舰艇不沉，以减少伤亡，甚至继续战斗。可见本方案不仅适用于民用的旅游客轮、邮轮、货轮，对于高价值的各类海军舰船意义更加重大。

综上所述，本舰船防侧翻防沉气囊系统具备五个比较重要的功能：第一，当舰船侧倾达到警戒角度时、船舱少量进水时或者船舷超载警戒位置水传感器进水时，本系统语音告警器将会自动预警，以提醒驾乘人员消除危险。第二，当舰船侧倾达到危险角度时，本系统将启动对应一侧部分安全气囊，并以逐渐增多开启气囊数量的方式，直到将船舶危险侧倾的航行姿态校正至安全正常的航行姿态。第三，当舰船突然侧倾达到非常危险角度时，本系统将在极短的时间内作出反应，启动对应一侧全部安全气囊，以提供单侧最大浮力，防止舰船侧翻。第四，当舰船船舱内大量进水时，本系统将启动舰船两侧全部安全气囊系统以配合完好的水密舱段提供最大浮力，防止船舶沉没。第五，当船舷部位较高处严重超载位置多个水传感器显示进水时，本系统将启动两侧部分安全气囊，提供足够浮力抬升船舶以避免严重超载沉没的危险。同时，本系统还具备全自动、灵敏度高、安装方便、易于更换和回收等优点。有了以上五点的防护，就可基本杜绝各类舰船的侧翻和沉没事故。本方案将是在水密舱普及后，船舶安全防护措施的又一次提升。这将使各类舰船的安全防护得到极大地保障。

附图附注：(1)船体，(2)重力倾角传感器，(3)电源，(4)摆锤，(5)电子传感控制装置，(6)计算机控制器，(7)甲板，(8)吃水线，(9)高压气瓶，(10)安全气囊总成，(11)点火器，(12)安全气囊室，(13)甲板中垂线，(14)电线，(15)倾角刻度，(16)指令键，(17)安全气囊，(18)风向，(19)回收拉环，(20)气瓶开关，(21)气压表，(22)挂钩手柄，(23)安全气囊室开口，(24)气囊挂钩，(25)加压螺栓，(26)加压盖板，(27)锁扣，(28)滑动式水密门控制件，(29)滑动式水密门，(30)滑槽，(31)放气阀开关，(32)气瓶接口，(33)水密垫圈，(34)气瓶接口孔，(35)锁销孔，(36)水密电线插口，(37)插口水密垫圈，(38)铰链式水密门，(39)加压拉锁，(40)带压紧螺帽的通气管，(41)放气阀，(42)气体发生器，(43)支架，(44)挂钩套环，(45)卡箍螺杆，(46)有硬质塑料盖板的塑料封装盒，(47)水密滑槽，(48)浮阀，(49)水传感器，(50)传感器指示器，(51)语音告警器。

附图1、2说明，本俩图是舰船防侧翻防沉气囊系统的原理示意图，本两图均以现代隐形驱逐舰的舰桥横截面为参考对象，分别为正常行驶时和船体侧倾时的对照图，本图均指出了包含有重力倾角传感器的电子传感控制装置与安全气囊系统的电路连接关系，安全气囊室、安全气囊总成及其点火器、高压气瓶等在船体上的大致位置，也指出了安全气囊展开后在正常行驶和侧倾时相对于吃水线的不同位置，以显示气囊浮力扶正效应。也着重展示出重力倾角传感器的摆锤在不同航行姿态时的不同表现，摆锤与倾角刻度分别与电极相连，摆锤指向某倾角刻度时，电路将接通，当船舶倾角较小时，电路不通，传感器处于待机状态。当船舶倾角达到警戒角度时，电路接通，电子传感控制装置开机并发出告警语音，提示船员警惕航行姿态；当摆锤所指所指倾角达到危险角度时，计算机控制器将发出指令，启动对应一侧数个气囊，强力校正航行姿态；当摆锤所指倾角达到非常危险角度时，计算机控制器将发出指令启动对应一侧的全部气囊，以提供最大单侧浮力，避免舰船侧翻。为更形象的显示侧倾和夹角关系，特将重力倾角传感器的摆锤与甲板中垂线作为夹角的两边。由于电子传感控制装置在本图中格局太小，无法详细描绘，包括水传感器和语音告警器的电路结构等都将在图4(电子传感控制装置的工作原理电路图中)详细说明。

附图3说明：本图为舰船防侧翻防沉气囊系统的结构示意图，着重参考说明书解说，观察本图的安全气囊总成时，由于安全气囊是一种柔性的织物，它的不规则性不能用流畅的线条来刻画，为了使画面更整洁清晰，现略去了对折叠状态下的安全气囊的描绘但其内部的通气管、放气阀、放气阀开关，气体发生器及其连接支架的相对位置关系，点火器及其线路的穿出都作了描绘，带挂钩套环的卡箍螺杆突出于塑料封装盒的表面，其内面就是由钢质卡箍所卡牢箍紧的安全气囊的收口处，本处卡箍的形状和功能均类似日常水管配件卡箍，但由于它承担拉力要达到几十吨以上，所以其材质和强度要得到充分的加强。按照绘图惯例，安全气囊室和安全气囊总成塑料封装盒的内部结构多用虚线描绘。将气体发生器画成立方体的形态，为方便描绘它与放气阀开关的相对位置。

附图4说明：本图为电子传感控制装置工作原理电路图，电子传感控制装置是电源、重力倾角传感器和计算机控制器集合而成的，重力倾角传感器是最重要的感知系统(参照附图1、2说明)，它的左右倾角均分为三个等级，分别是警戒角度、危险角度、非常危险角度，其中危险角度与非常危险角度之间亦可多设置电子触发点使启动气囊的数量随倾角的逐渐变大而增多。船舶事故除了侧翻之外，船舱大量进水和严重超载也是最重要的事故原因，届时，水传感器将为电子传感控制装置提供重要的数据信息。图中水传感器的不同编号代表它们所处的不同位置，高度不同和分布不同位置的水传感器被水淹没触发表示船舱进水或超载的不同程度。水传感器是一种底部有进水孔的盒状物，当被淹没时，水传感器的浮阀就会浮起，将使浮阀上的电极与传感器上部的电极接通。计算机控制器内部的重力倾角传感器的指示器和水传感器的指示器担当传递数据信息的任务。计算机控制器对这些信息进行处理，以决定是否启动气囊，启动各个位置的，多少个安全气囊，当其对应的指令键接收到启动指令时，将接通电路使该点火器点火，释放安全气囊系统，当语音告警器的指令键获得启动指令时，将会接通电路播报告警语音。实际应用中，安全气囊点火器的数量和水传感器的数量都远不止图中所示的数量，只画这些数量是为了图面清晰和方便解说。

具体实施方案：本舰船防侧翻防沉气囊系统的主体结构是，通过重力倾角传感器和水传感器对舰船航行姿态的及时感知并将舰船倾斜程度和进水程度的信息数据传递给计算机控制器，计算机控制器处理这些数据后决定是否发出指令开启相应的安全气囊系统。安全气囊总成安装于安全气囊室内，安全气囊室位于舰船空载水线以下线性排列，每两个安全气囊室的间距约等于安全气囊展开后的长度以取得最大密度和浮力。当安全气囊内的气体发生器点火器点火起爆后，将会炸开安全气囊总成的硬质塑料盖板，把安全气囊的主体部分推出安全气囊室的开口处，同时爆炸推力将会打开高压气瓶的放气阀开关，气体快速进入气囊内，撑开气囊并产生浮力，气囊收口处卡箍螺杆上的挂钩套环，套在安全气囊室的气囊挂钩上，气囊浮力通过气囊挂钩对舰船的航行姿态起到校正作用。下面列举两例对本方案进行说明：1、现在一条客轮行驶在长江上，遇上了几十年难见的强对流天气，这时传来语音告警器的告警语音：“舰船航行姿态已明显侧倾，请校正航行姿态，注意安全”。船员们知道该客轮的侧倾角的已近20度，因为客轮的安全提示上已经指示出了侧倾角度为20度，将会发出告警语音，侧倾角度超过25度时，将会在船的头部、中部和尾部分别逐步启动安全气囊系统，强行校正航行姿态，侧倾角达到35度时，将启动对应侧全部安全气囊系统，这时，风浪越来越大，船的航行却更平稳了，因为已经启动了一部分安全气囊系统，它们提供的浮力正好抵消了风浪的推力，风浪的力度是不稳定的，时大时小，甚至会有回风使船倒向与刚才完全相反的方向，这时也会诱发另一侧的安全气囊，但这会使船舶更加稳定，由于气囊都是上部较大下部较小的锥体状，当船越是侧倾时，它提供的浮力越大，恢复正常姿态时，大部分气囊露出水面，浮力变得越小，它是一种始终促使舰船稳定的力。在已启动气囊校正航行姿态的程序后，几乎就不会出现上面所说的最危险侧倾角35度。有一种拙劣的“航行方式”，就是在恶劣海况下航行时，突然向错误的方向转弯，极易使船舶出现侧翻的危险，这将有可能出现上面所说的最危险侧倾角度35度的情况，届时，系统中的电子传感控制装置将会在几秒钟内开启全部对应一侧的安全气囊，船舶将迅捷得到最大限度的单侧浮力，进而修正航行姿态确保安全。此时浮力的大小取决于安全气囊的大小和数量，这些数据将由计算机根据该船的材质、构造、吨位，速度以及极端的航行状况等诸多因素模拟得出。对于旅游客轮、邮轮等低速舰船来说，为了安全它们的侧倾角度都将限制在较小的范围内，不论什么原因，只要它们的侧倾角度超过这个范围，安全气囊系统就会立刻启动，这就根本阻止了危险状况的发生。毫无疑问，这艘长江客轮将毫无悬念的安全抵达目的地，无论是“强对流天气”还是“驾驶技术问题”都不可能使其侧翻沉没。

2、当战舰遭遇敌方鱼雷后被炸成了两截，这是残酷的海战中，最为惨烈的情景之一，由于舰首和舰尾分别安装了电子传感控制装置，也获取了从重力倾角传感器和水传感器采集到的信息数据，并启动了所有的安全气囊系统，以确保各自的分段不会沉没。由于战斗舰艇均为高价值船舶，所以其水密舱段应做得力求吨位充足，安全气囊系统也应当做得加强超大型，可见危机时吃水线以下水密舱总吨位，与安全气囊的排水量吨位之和应略大于该舰船的总吨位。考虑到战舰遭遇敌方弹药攻击时，会引发大火容易烧毁气囊，因此，在为战舰配备安全气囊时，应当将吃水线以上的部分设置为一个独立的气囊分段，单独安装气体发生器及电子点火器，即使被烧毁也与水下部分的气囊无关，而且吃水线以上气囊分段应当相对主点火器延迟点火。战舰尽管遭到重创，但是他不但不会沉没，甚至可以继续战斗，这将是对战斗力的一种提升和对士气的极大鼓舞。

由以上事例可以看出本舰船防侧翻防沉气囊系统，无论是极端海况、危急时刻，甚至是残酷的战场环境，都能为各类舰船提供最为及时的，自动化的，恰当的安全防护措施。本方案不仅适用于民用的旅游客轮、邮轮和货轮，对于超高价值的各类海军舰船意义更加重大。