客船应急防倾覆系统的制作方法

本实用新型属于船舶安全应急领域，具体涉及一种客船应急防倾覆系统。

背景技术：

在2014年韩国“岁月号”的救援中，韩国海军将巨型气囊绑客轮上，防止其继续下沉。而此处气囊的运用也只是在船体彻底沉没后的救援中，对事故应急救援的帮助并不大。如果能在船体发生倾覆危险时减缓船体下沉、为救援赢得时间，将会取得较好效果。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种客船应急防倾覆系统，该系统可以在船舶发生倾覆危险时在任何环境状态下减缓船舶倾覆速度，为船上人员自救及消防救援争取更多宝贵的时间，减少生命财产损失。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种客船应急防倾覆系统，包括供电模块以及分别与供电模块连接的控制模块、传感模块和气囊模块，传感器模块包括姿态传感器、水压传感器、风速传感器和A/D转换器，姿态传感器分别安装在船舶的艏、舯、艉3个区域的中线面上，水压传感器和风速传感器分别分布在船体的左舷和右舷上，姿态传感器、水压传感器和风速传感器通过A/D转换器分别与控制模块连接，气囊模块分别安装在船体左舷的上层和下层以及船体右舷的上层和下层，气囊模块主体由呈类蜂窝状排布的气室组成，气室之间相互连接且连通，气囊环向折叠形成一个类圆柱体，每一个气室内都设有一个烟火式气体发生器或者每一片相同大小的区域中处于中心位置的气室内设有一个烟火式气体发生器，烟火式气体发生器与控制模块连接。

进一步地，供电模块包括依次连接的单刀双置开关、整流电路、滤波电路、稳压电路和限流电路，其中单刀双置开关分别与和船体上的光伏电池和船体上的用电网络连接。

进一步地，烟火式气体发生器上的排气孔为口径不一的一组孔，每个排气孔上都设有密封膜。

本实用新型的有益效果是：

1.由于客船沉没事故主要原因是横倾后船体进水，船体产生的恢复力矩小于倾斜力矩，因此，将气囊模块分别安装在船体左舷和船体右舷上，当发生横倾时，倾斜一舷(吃水大的一舷)的气囊模块投入使用用以延缓船舶倾覆。但是船舶发生倾覆时存在两种情况，一种是所处环境风浪较小，此时，不考虑船体会以气囊模块为支点做旋转运动，以气囊模块最快起到延缓效果为目的，将气囊模块安装在下层，另一种是所处环境风浪较大，需考虑船体可能会以气囊模块为支点做旋转运动，将气囊模块安装在上层，气囊产生的力矩较大，最起码能使船体处于平躺状态。

2.气室呈类蜂窝状排布，稳定结构，气室之间相互连通，可以有效分散产气药剂，避免因为产气药剂燃烧气囊局部温度过高引发燃烧及触礁局部气囊破损不能使用，提高耐久性和适用范围。

3.气囊模块充气时一般分为初始展开和充气工作两个阶段，不同的折叠方式会对初始展开时气囊内部的瞬间最大压力产生影响，目前气囊常用的折叠方式是对称折叠和卷式折叠，这两种折叠方式充气速度虽然很快但是初始展开时气囊内部的瞬间最大压力较大，容易造成气囊破裂。本发明采用环向折叠的方式形成一个类圆柱体，并对称折叠、卷式折叠和环向折叠各自做了一组静态起爆试验，得到了囊内部压力的曲线图，发现采用对称折叠、卷式折叠和环向折叠的充气速度相同(最终完成充气的时间相同)，但是，采用环向折叠的初始展开时气囊内部的瞬间最大压力明显小于其它两种折叠方式的初始展开时气囊内部的瞬间最大压力。

4.烟火式气体发生器通过点火器将产气药剂点燃，放出大量气体将气室充满同时将气囊弹出，相较贮气瓶式气体发生器，烟火式气体发生器排气速度快(在30ms内可将气囊充满)，产气药剂为固体，便于保存，制造成本低廉，便于批量化生产。

5.在传感器模块中，姿态传感器可以实时监测船体的运动姿态数据，多个姿态传感器共同作用，可有效防止安装位置松动、船体碰撞或挤压后骨材或板材变形导致安装部位扭曲、货物或人员碰触等情况下船舶未发生横倾而某个传感器能捕捉横倾角度而误测船舶发生横倾的情况；水压传感器可以获取船舷处多组水压力值，控制模块通过获得水压场的信息时延，计算出船舶左右两侧水压差即可判断船舶漂浮姿态；风速传感器用于检测风速，为控制模块判断释放上层还是下层的气囊模块提供参考。

附图说明

图1是本实用新型实施例的结构示意图。

图2是静态起爆试验中三种折叠方式的气囊模块内部压力曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，一种客船应急防倾覆系统，包括供电模块以及分别与供电模块连接的控制模块、传感模块和气囊模块，传感器模块包括姿态传感器、水压传感器、风速传感器和A/D转换器，姿态传感器分别安装在船舶的艏、舯、艉3个区域的中线面上，水压传感器和风速传感器分别分布在船体的左舷和右舷上，姿态传感器、水压传感器和风速传感器通过A/D转换器分别与控制模块连接，气囊模块分别安装在船体左舷的上层和下层以及船体右舷的上层和下层，气囊模块主体由呈类蜂窝状排布的气室组成，气室之间相互连接且连通，气囊环向折叠形成一个类圆柱体，每一个气室内都设有一个烟火式气体发生器或者每一片相同大小的区域中处于中心位置的气室内设有一个烟火式气体发生器，烟火式气体发生器与控制模块连接。

由于客船沉没事故主要原因是横倾后船体进水，船体产生的恢复力矩小于倾斜力矩，因此，将气囊模块分别安装在船体左舷和船体右舷上，当发生横倾时，倾斜一舷(吃水大的一舷)的气囊模块投入使用用以延缓船舶倾覆。但是船舶发生倾覆时存在两种情况，一种是所处环境风浪较小，此时，不考虑船体会以气囊模块为支点做旋转运动，以气囊模块最快起到延缓效果为目的，将气囊模块安装在下层，另一种是所处环境风浪较大，需考虑船体可能会以气囊模块为支点做旋转运动，将气囊模块安装在上层，气囊产生的力矩较大，最起码能使船体处于平躺状态。

气室呈类蜂窝状排布，稳定结构，气室之间相互连通，可以有效分散产气药剂，避免因为产气药剂燃烧气囊局部温度过高引发燃烧及触礁局部气囊破损不能使用，提高耐久性和适用范围。

气囊模块充气时一般分为初始展开和充气工作两个阶段，不同的折叠方式会对初始展开时气囊内部的瞬间最大压力产生影响，目前气囊常用的折叠方式是对称折叠和卷式折叠，这两种折叠方式充气速度虽然很快但是初始展开时气囊内部的瞬间最大压力较大，容易造成气囊破裂。本发明采用环向折叠的方式形成一个类圆柱体，如图2所示，并对称折叠、卷式折叠和环向折叠各自做了一组静态起爆试验，得到了囊内部压力的曲线图，发现采用对称折叠、卷式折叠和环向折叠的充气速度相同(最终完成充气的时间相同)，但是，采用环向折叠的初始展开时气囊内部的瞬间最大压力明显小于其它两种折叠方式的初始展开时气囊内部的瞬间最大压力。

烟火式气体发生器通过点火器将产气药剂点燃，放出大量气体将气室充满同时将气囊弹出，相较贮气瓶式气体发生器，烟火式气体发生器排气速度快(在30ms内可将气囊充满)，产气药剂为固体，便于保存，制造成本低廉，便于批量化生产。

在传感器模块中，姿态传感器可以实时监测船体的运动姿态数据，多个姿态传感器共同作用，可有效防止安装位置松动、船体碰撞或挤压后骨材或板材变形导致安装部位扭曲、货物或人员碰触等情况下船舶未发生横倾而某个传感器能捕捉横倾角度而误测船舶发生横倾的情况；水压传感器可以获取船舷处多组水压力值，控制模块通过获得水压场的信息时延，计算出船舶左右两侧水压差即可判断船舶漂浮姿态；风速传感器用于检测风速，为控制模块判断释放上层还是下层的气囊模块提供参考。

在本实施例中，供电模块包括依次连接的单刀双置开关、整流电路、滤波电路、稳压电路和限流电路，其中单刀双置开关分别与和船体上的光伏电池和船体上的用电网络连接。单刀双置开关可以分别独立的接入船体上的光伏电池和船体上的用电网络，输入电源可选。

在本实施例中，烟火式气体发生器上的排气孔为口径不一的一组孔，每个排气孔上都设有密封膜。当烟火式气体发生器工作时，燃烧室中的压力是由产气药剂单位时间的产气量和该时间内气体的排出速度共同决定的，单位时间内的产气量是由产气药剂的线性燃速和燃烧面积共同决定的，因此，排气孔对烟火式气体发生器的作用效果有着至关重要的影响，一方面它影响产气药剂的燃速，另一方面影响气体的排出速度，排气孔为口径不一的一组孔，当产气药剂开始燃烧后，气体达到一定的压力时，部分孔(大直径孔)密封膜先冲破，若压力持续升高，小孔膜被冲破，从而降低气体发生器内的压力，保证药剂以一定的速率稳定燃烧。

在本实施例中，烟火式气体发生器上的点火器所采用的传火药为BNO₃或KNO₃。传火药一般是含铅、汞等重金属的盐，具有一定的毒性，但是船用类蜂窝应急气囊体量很大，所需传火药也很多，因此会对乘客造成毒害，选用BNO₃或KNO₃作为传火药，火焰感度好，燃速快，燃烧热高，燃烧后除生成少量NO、NO2外，无其它有毒有害物质，有利于产气药剂快速点火。

在本实施例中，烟火式气体发生器上的产气药剂由Sr(NO₃)₂、NH₄NO₃、CH₄N₄O₃、聚乙烯醇和MnO₂组成。产气药剂由Sr(NO₃)₂、NH₄NO₃(氧化剂)、CH₄N₄O₃(可燃剂)、聚乙烯醇(粘合剂)和MnO₂(催化剂)组成，由药剂燃烧应接近0氧平衡的反应原理，为使生成的气体最大限度的向着期望的方向发展，因此，以0氧平衡进行计算得出Sr(NO₃)₂∶NH₄NO₃∶CH₄N₄O₃＝25∶26∶49(由于催化剂和粘合剂的含氧量很少，计算时忽略)。该产气药剂具有较高的产气效率，具有较低的燃烧压力指数，产生的气体中有毒有害气体较少，易于点火，成本低廉。

由反应式：

NH₄NO₃+0.4Sr(NO₃)₂+1.5CH₄N₄O₂→0.4S_rO+4.4N₂+5H₂O+1.5CO₂

产气药剂比容：

V＝22.41×n_i(g)

其中，n_i(g)-1kg产气药燃烧产物中第i种气态产物的摩尔数；V-产气药比容。

根据阿佛加德罗定律，1mol气体在标准状态下所占有的体积为22.41L。容易计算得出1000g产气药剂约可产生34mol气体，约合标准状态下762L气体。

在本实施例中，控制模块采用手动启动和自动启动两组操作模式，其中，手动启动优先于自动启动。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。