技術背景：2015年6月1號重慶東方之星號旅游客輪在長江中游湖北監利水域，遇強對流天氣側翻沉沒，442人遇難。致全國人民都沉浸在悲痛之中。雖然現代船舶多采取了水密艙分段防護措施，相對提高了安全效率，但由于生活和工作的各種原因，依然有大量艙段空間要保持通暢，不能實施水密隔斷防護，所以常年來，各種類型的船舶翻沉事故在世界范圍內時有發生，無疑，我們的安全措施還做的不夠，有鑒于此，本發明給出了有效的解決方案。我們的客輪再也不會翻沉，船舶安全將會有更好的保障。

技術實現要素：
：本發明試圖克服當前艦船在遭遇惡劣海況，強力撞擊，魚雷、炮火的毀傷時，易于側翻甚至沉沒的缺點，提供了一種以安全氣囊為主體的靈敏度高、全自動開啟、易于安裝、方便更換和回收，具備強大的抗沉力的艦船防側翻防沉氣囊系統。它可以在當艦船遭遇強風或海浪沖擊向一側傾斜時提供相對應一側的浮力，以效正船舶的航行姿態避免側翻；還可以在船舶遭遇彈藥毀傷后，配合船舶部分完好的水密艙，提供強大浮力，使艦船免于沉沒，為戰斗或撤離提供寶貴的時間窗口。本艦船防側翻防沉系統主要包括四部分：1、安全氣囊室2、安全氣囊總成3、高壓氣瓶4、電子傳感控制裝置(參照附圖1、2、3、4)安全氣囊室固定連接于船體空載水線以下一定距離的位置并列安裝，呈線形排列，假如船長100米，每隔五米安裝一個，船的兩側共安裝40個，每個安全氣囊室安裝一個氣囊，每個氣囊打開后，應為五米長，使每個氣囊中間沒有空白，以提供最大浮力，氣囊的高度，應稍大于從安全氣囊室開口到船體重載最大側傾時吃水線的高度，氣囊的側寬應為下窄上寬，使得船體在側傾時能提供最大浮力，而恢復正常航行姿態后，所產生的阻力較小。氣囊充氣后，應為上部較大是一個梯形體，下部較小是不規則的錐型體，由于各種船舶的大小、形狀不同，所以它們的安全氣囊的外觀大小和形狀也不同，每個氣囊都相對獨立，既可以打開一個或幾個，也可以一側的氣囊全部打開，或者危急時(比如船艙內大量進水)，兩側氣囊全部打開。安全氣囊室的開口應在滿足順利投放氣囊的情況下，做的盡量小，以求不損壞船體的牢固程度，安全氣囊室的開口處有一個滑動式水密門，側面有一個鉸鏈式水密門，關閉滑動式水密門時，就通過水密滑槽隔斷了安全氣囊室和船體外的空間，等待安全氣囊總成在安全氣囊室的全部安裝完成后，就關閉鉸鏈式水密門，然后打開滑動式水密門，那么安全氣囊系統就處在了待命狀態。安全氣囊的另一側面有一個氣瓶接口孔，以方便高壓氣瓶上的氣瓶接口與安全氣囊上的通氣管連接。安全氣囊室的上面靠氣囊室開口對面一邊內側裝有氣囊掛鉤，外側是掛鉤手柄，通過水密墊圈和螺帽連接于安全氣囊室上。在安全氣囊室內靠近鉸鏈水密門處裝有水密電線插口，安全氣囊的點火器線路，穿過水密電線插口的插口水密墊圈與電線插口連接，電線插口的另一端穿過安全氣囊室的內壁與電子傳感控制裝置的電路連接。安全氣囊總成通過鉸鏈式水密門處裝入安全氣囊室，并與氣囊掛鉤和氣瓶接口連接，同時通過水密電線插口接通電線。安全氣囊總成內部是按照恰當的方式進行折疊的包含有氣體發生器和氣瓶放氣閥的安全氣囊，外部是具有水性密的塑料封裝盒，且其面對安全氣囊室開口處的一面是水密塑料封裝盒的硬質塑料蓋板，該水密塑料封裝盒是為防止氣囊被水腐蝕粘連不利于氣囊順利打開，硬質塑料蓋板與安全氣囊室的開口相耦合，并要承受水的擠壓和摩擦。由于安全氣囊會提供幾十噸的巨大浮力，所以，其結構材料應非常堅韌，特別其收口處的鋼質卡箍應用帶掛鉤套環的卡箍螺桿擰緊，掛鉤套環用于連接安全氣囊室內的氣囊掛鉤，氣囊內部的恰當位置裝有具備一定爆炸力的氣體發生器，氣體發生器由電子點火器點火，促使其內部的化學物質發生反應，產生大量氣體的起爆方式，起爆電線由氣囊收口處穿出。卡箍螺桿穿過塑料封裝盒，并用螺帽壓緊水密墊圈，以保持水密性，同時，氣體發生器的起爆電線亦從此水密墊圈穿出，與安全氣囊室上的水密電線插口連接，氣囊內部還有一個氣瓶放氣閥，放氣閥上的通氣管穿過氣囊表層和安全氣囊室上的氣瓶接口孔，與氣瓶接口相連。放氣閥上的通氣管穿過氣囊表層的地方，用螺帽和墊圈確保氣密性，然后穿過塑料封裝盒與氣瓶接口孔對應的位置，并且氣囊與通氣管連接處應局部選擇容易撕裂的塑料等材料，并采用恰當的折疊和布置方式，以方便更換安全氣囊時，氣囊與放氣閥及通氣管順利分開。氣體發生器在通電起爆時要能完成以下動作：第一，將氣囊總成的硬質塑料蓋板炸開并將安全氣囊的主體部分推出安全氣囊室；第二，利用氣體發生器的爆炸推力將放氣閥的開關打開，使高壓氣瓶的氣體快速進入安全氣囊內，撐開氣囊并產生浮力。可見，高壓氣瓶所放出的氣體與氣體發生器所產生的氣體的總和應等于安全氣囊的容量，它們之間應相互匹配。

安裝安全氣囊總成時，先將安全氣囊總成外部的電線插頭插入安全氣囊室的水密電線插口，并用加壓蓋板壓緊插口水密墊圈，擰緊加壓螺栓，電線從插口水密墊圈穿出，水密電線插口的另一端與電子傳感控制裝置相連。再將安全氣囊總成上的掛鉤套環套入安全氣囊室內側的氣囊掛鉤，預先旋轉掛鉤手柄，使掛鉤指向恰當的角度，方便掛鉤套環套住，套住掛鉤后，轉動掛鉤手柄使氣囊掛鉤指向安全氣囊室的內壁，并與內壁形成閉合狀態，以防止掛鉤套環脫落。同時擰緊掛鉤手柄下部鎖銷孔的定位鎖銷。當要回收或更換安全氣囊時，松開定位鎖銷將掛鉤手柄旋轉180°，由于氣囊掛鉤的背面的斜角型結構將會使掛鉤套環脫離氣囊掛鉤，由于氣囊的巨大浮力，將會撕裂通氣管與氣囊表層連接的塑料部分，進而使氣囊脫離船體。預先在船舷上用長桿鉤住氣囊頂部的回收拉環以方便回收。第三步是將安全氣囊總成上的放氣閥的通氣管穿過安全氣囊室的氣瓶接口孔，與高壓氣瓶上的氣瓶口連接，氣瓶接口孔在安全氣囊室內壁與塑料封裝盒之間使用水密墊圈，擰緊通氣管上的螺帽，確保水密性，打開高壓氣瓶上的通氣開關，通過高壓氣瓶上的氣壓表，確認通氣管與氣瓶接口的氣密性以及放氣閥的封閉性，此時，高壓氣瓶的通氣性能，由氣囊內部的放氣閥控制。最后，關閉安全氣囊室的鉸鏈水密門，通過加壓拉鎖和鎖扣確保水密門墊圈的水密性，并打開滑動水密門，轉動滑動式水密門控制件，利用擠壓滾動摩擦使滑動式水密門平移至安全氣囊室外的滑槽內。至此，整個安全氣囊總成的安裝完畢。何時啟動，則取決于電子傳感控制裝置。以上安全氣囊系統設置了高壓氣瓶，以備需要時撐開和充滿氣囊以提供浮力。實際應用中，亦可選擇不用高壓氣瓶，而是加大氣體發生器的用藥量或者增加氣體發生器的數量，并依次起爆，這種方法，可以更加節省船艙空間，但要恰當控制氣體發生器起爆時的強烈程度，避免對船體和氣囊造成損壞。

電子傳感控制裝置包含有電源、重力傾角傳感器、進行數據采集與處理和指令輸出的計算機控制器，并與多個布置于船艙底層和船舷的水傳感器相連以采集數據。水傳感器是一種底部有進水口的盒狀物，水傳感器的浮閥受到水的浮力就會上浮，浮閥上的電極將與水傳感器上部的電極通電，水傳感器布置于不同的位置和高度，各自擁有不同的編號，方便采集數據和處理，比如，只有一個或者兩個船艙進水，說明情況不太嚴重，但需要警惕并處理險情，如果是底層船艙較高位置的多個水傳感器都顯示出進水險情，說明情況非常嚴重，電子傳感控制裝置將發出指令，啟動全部安全氣囊系統以避免船舶沉沒。如果是船舷部位較低的超載警戒位置的水傳感器顯示進水，說明船舶超載，將啟動語音告警器，發出警告。如果是船舷部位較高的表示嚴重超載位置的多個水傳感器顯示進水險情，說明船舶嚴重超載，有可能沉沒，電子傳感控制裝置將發出指令，啟動船舶兩側部分安全氣囊系統，船舶由于浮力而抬升，直到船舶的吃水線恢復到安全正常的范圍內。因水傳感器的進水孔開在底部，必須水傳感器被水淹沒，才會顯示通電，即使長時間被海浪沖擊也不會被激發。重力傾角傳感器有一個始終垂直于地平線的擺錘，當船舶發生傾斜時，船舶主甲板的中垂線也會傾斜，并與地平線的垂線----擺錘，形成夾角，該夾角越大，說明船舶傾斜的越厲害也越危險。在擺錘的擺動軌跡的各個特定傾角刻度設置電子觸發點，即可讀出船舶傾斜的數據，并由計算機控制器發出不同的指令，由于計算機控制器內儲存著該艦船在不同狀況下是否啟動安全氣囊，啟動多少個各個位置的安全氣囊的相關數據，一旦采集到的信息符合相關數據，它就會發出相應的指令。比如夾角為20°時比較危險，說明船舶受風浪等的沖擊力比較大，應發出指令啟動對應一側數個不同位置的氣囊均衡受力，校正船舶的航行姿態；夾角為30°時，非常危險，應發出指令啟動對應一側全部氣囊，以提供最大單側浮力，避免船舶側翻沉沒。又比如一些高機動的戰艦，在做特定戰術機動動作時，允許戰艦有較大傾斜，并維持一段時間，依然屬于安全的，這些相關的角度，時間等數據都需要計算機控制器進行采集和處理，并發出相應的指令，鑒于重力傾角傳感器是通過擺錘的重力作用，表示出船體側傾角度的一種傳感器，因此安裝電子傳感控制裝置時，應使重力傾角傳感器的擺錘運動面與船體的橫截面平行一致，否則，重力傾角傳感器將不能正常工作。不同類型和噸位的船舶，比如客輪和戰艦，它們抗側翻抗沉的能力不同，所以應選擇使用適合各個船舶自身特點的電子傳感控制裝置和安全氣囊系統。電子傳感控制裝置的電路系統連接著所有氣囊氣體發生器的電子點火器，控制著整個船舶的安全氣囊系統。一般情況下，它會安裝于駕駛艙內以方便監控。如果是戰斗艦艇，考慮到戰斗環境的殘酷性。比如2010年3月韓國天安艦事件中，天安艦被炸成了兩截，沉沒并傷亡40余人，應對類似情況，就應當在艦艏和艦尾各裝一套電子傳感控制裝置，均可分別控制全艦的安全氣囊系統，這樣，即使被炸成兩截，亦可順利啟動安全氣囊系統，配合各自剩余的完好的水密艙段，依然可以保持艦艇不沉，以減少傷亡，甚至繼續戰斗。可見本方案不僅適用于民用的旅游客輪、郵輪、貨輪，對于高價值的各類海軍艦船意義更加重大。

綜上所述，本艦船防側翻防沉氣囊系統具備五個比較重要的功能：第一，當艦船側傾達到警戒角度時、船艙少量進水時或者船舷超載警戒位置水傳感器進水時，本系統語音告警器將會自動預警，以提醒駕乘人員消除危險。第二，當艦船側傾達到危險角度時，本系統將啟動對應一側部分安全氣囊，并以逐漸增多開啟氣囊數量的方式，直到將船舶危險側傾的航行姿態校正至安全正常的航行姿態。第三，當艦船突然側傾達到非常危險角度時，本系統將在極短的時間內作出反應，啟動對應一側全部安全氣囊，以提供單側最大浮力，防止艦船側翻。第四，當艦船船艙內大量進水時，本系統將啟動艦船兩側全部安全氣囊系統以配合完好的水密艙段提供最大浮力，防止船舶沉沒。第五，當船舷部位較高處嚴重超載位置多個水傳感器顯示進水時，本系統將啟動兩側部分安全氣囊，提供足夠浮力抬升船舶以避免嚴重超載沉沒的危險。同時，本系統還具備全自動、靈敏度高、安裝方便、易于更換和回收等優點。有了以上五點的防護，就可基本杜絕各類艦船的側翻和沉沒事故。本方案將是在水密艙普及后，船舶安全防護措施的又一次提升。這將使各類艦船的安全防護得到極大地保障。

附圖附注：(1)船體，(2)重力傾角傳感器，(3)電源，(4)擺錘，(5)電子傳感控制裝置，(6)計算機控制器，(7)甲板，(8)吃水線，(9)高壓氣瓶，(10)安全氣囊總成，(11)點火器，(12)安全氣囊室，(13)甲板中垂線，(14)電線，(15)傾角刻度，(16)指令鍵，(17)安全氣囊，(18)風向，(19)回收拉環，(20)氣瓶開關，(21)氣壓表，(22)掛鉤手柄，(23)安全氣囊室開口，(24)氣囊掛鉤，(25)加壓螺栓，(26)加壓蓋板，(27)鎖扣，(28)滑動式水密門控制件，(29)滑動式水密門，(30)滑槽，(31)放氣閥開關，(32)氣瓶接口，(33)水密墊圈，(34)氣瓶接口孔，(35)鎖銷孔，(36)水密電線插口，(37)插口水密墊圈，(38)鉸鏈式水密門，(39)加壓拉鎖，(40)帶壓緊螺帽的通氣管，(41)放氣閥，(42)氣體發生器，(43)支架，(44)掛鉤套環，(45)卡箍螺桿，(46)有硬質塑料蓋板的塑料封裝盒，(47)水密滑槽，(48)浮閥，(49)水傳感器，(50)傳感器指示器，(51)語音告警器。

附圖1、2說明，本倆圖是艦船防側翻防沉氣囊系統的原理示意圖，本兩圖均以現代隱形驅逐艦的艦橋橫截面為參考對象，分別為正常行駛時和船體側傾時的對照圖，本圖均指出了包含有重力傾角傳感器的電子傳感控制裝置與安全氣囊系統的電路連接關系，安全氣囊室、安全氣囊總成及其點火器、高壓氣瓶等在船體上的大致位置，也指出了安全氣囊展開后在正常行駛和側傾時相對于吃水線的不同位置，以顯示氣囊浮力扶正效應。也著重展示出重力傾角傳感器的擺錘在不同航行姿態時的不同表現，擺錘與傾角刻度分別與電極相連，擺錘指向某傾角刻度時，電路將接通，當船舶傾角較小時，電路不通，傳感器處于待機狀態。當船舶傾角達到警戒角度時，電路接通，電子傳感控制裝置開機并發出告警語音，提示船員警惕航行姿態；當擺錘所指所指傾角達到危險角度時，計算機控制器將發出指令，啟動對應一側數個氣囊，強力校正航行姿態；當擺錘所指傾角達到非常危險角度時，計算機控制器將發出指令啟動對應一側的全部氣囊，以提供最大單側浮力，避免艦船側翻。為更形象的顯示側傾和夾角關系，特將重力傾角傳感器的擺錘與甲板中垂線作為夾角的兩邊。由于電子傳感控制裝置在本圖中格局太小，無法詳細描繪，包括水傳感器和語音告警器的電路結構等都將在圖4(電子傳感控制裝置的工作原理電路圖中)詳細說明。

附圖3說明：本圖為艦船防側翻防沉氣囊系統的結構示意圖，著重參考說明書解說，觀察本圖的安全氣囊總成時，由于安全氣囊是一種柔性的織物，它的不規則性不能用流暢的線條來刻畫，為了使畫面更整潔清晰，現略去了對折疊狀態下的安全氣囊的描繪但其內部的通氣管、放氣閥、放氣閥開關，氣體發生器及其連接支架的相對位置關系，點火器及其線路的穿出都作了描繪，帶掛鉤套環的卡箍螺桿突出于塑料封裝盒的表面，其內面就是由鋼質卡箍所卡牢箍緊的安全氣囊的收口處，本處卡箍的形狀和功能均類似日常水管配件卡箍，但由于它承擔拉力要達到幾十噸以上，所以其材質和強度要得到充分的加強。按照繪圖慣例，安全氣囊室和安全氣囊總成塑料封裝盒的內部結構多用虛線描繪。將氣體發生器畫成立方體的形態，為方便描繪它與放氣閥開關的相對位置。

附圖4說明：本圖為電子傳感控制裝置工作原理電路圖，電子傳感控制裝置是電源、重力傾角傳感器和計算機控制器集合而成的，重力傾角傳感器是最重要的感知系統(參照附圖1、2說明)，它的左右傾角均分為三個等級，分別是警戒角度、危險角度、非常危險角度，其中危險角度與非常危險角度之間亦可多設置電子觸發點使啟動氣囊的數量隨傾角的逐漸變大而增多。船舶事故除了側翻之外，船艙大量進水和嚴重超載也是最重要的事故原因，屆時，水傳感器將為電子傳感控制裝置提供重要的數據信息。圖中水傳感器的不同編號代表它們所處的不同位置，高度不同和分布不同位置的水傳感器被水淹沒觸發表示船艙進水或超載的不同程度。水傳感器是一種底部有進水孔的盒狀物，當被淹沒時，水傳感器的浮閥就會浮起，將使浮閥上的電極與傳感器上部的電極接通。計算機控制器內部的重力傾角傳感器的指示器和水傳感器的指示器擔當傳遞數據信息的任務。計算機控制器對這些信息進行處理，以決定是否啟動氣囊，啟動各個位置的，多少個安全氣囊，當其對應的指令鍵接收到啟動指令時，將接通電路使該點火器點火，釋放安全氣囊系統，當語音告警器的指令鍵獲得啟動指令時，將會接通電路播報告警語音。實際應用中，安全氣囊點火器的數量和水傳感器的數量都遠不止圖中所示的數量，只畫這些數量是為了圖面清晰和方便解說。

具體實施方案：本艦船防側翻防沉氣囊系統的主體結構是，通過重力傾角傳感器和水傳感器對艦船航行姿態的及時感知并將艦船傾斜程度和進水程度的信息數據傳遞給計算機控制器，計算機控制器處理這些數據后決定是否發出指令開啟相應的安全氣囊系統。安全氣囊總成安裝于安全氣囊室內，安全氣囊室位于艦船空載水線以下線性排列，每兩個安全氣囊室的間距約等于安全氣囊展開后的長度以取得最大密度和浮力。當安全氣囊內的氣體發生器點火器點火起爆后，將會炸開安全氣囊總成的硬質塑料蓋板，把安全氣囊的主體部分推出安全氣囊室的開口處，同時爆炸推力將會打開高壓氣瓶的放氣閥開關，氣體快速進入氣囊內，撐開氣囊并產生浮力，氣囊收口處卡箍螺桿上的掛鉤套環，套在安全氣囊室的氣囊掛鉤上，氣囊浮力通過氣囊掛鉤對艦船的航行姿態起到校正作用。下面列舉兩例對本方案進行說明：1、現在一條客輪行駛在長江上，遇上了幾十年難見的強對流天氣，這時傳來語音告警器的告警語音：“艦船航行姿態已明顯側傾，請校正航行姿態，注意安全”。船員們知道該客輪的側傾角的已近20度，因為客輪的安全提示上已經指示出了側傾角度為20度，將會發出告警語音，側傾角度超過25度時，將會在船的頭部、中部和尾部分別逐步啟動安全氣囊系統，強行校正航行姿態，側傾角達到35度時，將啟動對應側全部安全氣囊系統，這時，風浪越來越大，船的航行卻更平穩了，因為已經啟動了一部分安全氣囊系統，它們提供的浮力正好抵消了風浪的推力，風浪的力度是不穩定的，時大時小，甚至會有回風使船倒向與剛才完全相反的方向，這時也會誘發另一側的安全氣囊，但這會使船舶更加穩定，由于氣囊都是上部較大下部較小的錐體狀，當船越是側傾時，它提供的浮力越大，恢復正常姿態時，大部分氣囊露出水面，浮力變得越小，它是一種始終促使艦船穩定的力。在已啟動氣囊校正航行姿態的程序后，幾乎就不會出現上面所說的最危險側傾角35度。有一種拙劣的“航行方式”，就是在惡劣海況下航行時，突然向錯誤的方向轉彎，極易使船舶出現側翻的危險，這將有可能出現上面所說的最危險側傾角度35度的情況，屆時，系統中的電子傳感控制裝置將會在幾秒鐘內開啟全部對應一側的安全氣囊，船舶將迅捷得到最大限度的單側浮力，進而修正航行姿態確保安全。此時浮力的大小取決于安全氣囊的大小和數量，這些數據將由計算機根據該船的材質、構造、噸位，速度以及極端的航行狀況等諸多因素模擬得出。對于旅游客輪、郵輪等低速艦船來說，為了安全它們的側傾角度都將限制在較小的范圍內，不論什么原因，只要它們的側傾角度超過這個范圍，安全氣囊系統就會立刻啟動，這就根本阻止了危險狀況的發生。毫無疑問，這艘長江客輪將毫無懸念的安全抵達目的地，無論是“強對流天氣”還是“駕駛技術問題”都不可能使其側翻沉沒。

2、當戰艦遭遇敵方魚雷后被炸成了兩截，這是殘酷的海戰中，最為慘烈的情景之一，由于艦首和艦尾分別安裝了電子傳感控制裝置，也獲取了從重力傾角傳感器和水傳感器采集到的信息數據，并啟動了所有的安全氣囊系統，以確保各自的分段不會沉沒。由于戰斗艦艇均為高價值船舶，所以其水密艙段應做得力求噸位充足，安全氣囊系統也應當做得加強超大型，可見危機時吃水線以下水密艙總噸位，與安全氣囊的排水量噸位之和應略大于該艦船的總噸位。考慮到戰艦遭遇敵方彈藥攻擊時，會引發大火容易燒毀氣囊，因此，在為戰艦配備安全氣囊時，應當將吃水線以上的部分設置為一個獨立的氣囊分段，單獨安裝氣體發生器及電子點火器，即使被燒毀也與水下部分的氣囊無關，而且吃水線以上氣囊分段應當相對主點火器延遲點火。戰艦盡管遭到重創，但是他不但不會沉沒，甚至可以繼續戰斗，這將是對戰斗力的一種提升和對士氣的極大鼓舞。

由以上事例可以看出本艦船防側翻防沉氣囊系統，無論是極端海況、危急時刻，甚至是殘酷的戰場環境，都能為各類艦船提供最為及時的，自動化的，恰當的安全防護措施。本方案不僅適用于民用的旅游客輪、郵輪和貨輪，對于超高價值的各類海軍艦船意義更加重大。