海洋环境下液位测量及晃荡特性研究
摘要
海洋核动力平台是核动力技术与船舶工程的有机结合，具有较高的军民应用价值
和前景，对我国经略海洋发展战略具有重要意义。海洋核动力平台在运行时，会受到
风浪、洋流等海洋环境的影响，引入外部附加力场且导致核动力设备空间位置发生变
化，储液容器的自由液面将因此产生非线性晃荡，上述情况将对核动力系统安全运行
带来以下主要影响：储液容器空间位置变化将使得传统差压式测量方案的测量对象发
生偏移，导致液位测量失真；受附加加速度影响，流体在动势能传递过程中发生晃荡
且引入砰击载荷，影响结构强度和压力测量；运动条件下系统回路会形成运动附加压
降，可能会干扰系统运行和相关参数监测。为进一步优化液位测量技术，研究液体晃
荡特性，本课题针对核动力平台典型设备开展测量实验和数值研究，以获得不同运动
参数下的液位信号响应规律及液体晃荡演化特性。通过多方位布置测量仪表，提出引
压管补偿方案、引入惯导数据修正等手段，评估了包括液位计在内的主流仪表在海洋
环境下的测量效果，提升了液位压差测量方法的精度。基于模型固有频率解析结果，
液体晃荡三维数值模拟，防波板效果实验验证等，得到了横纵荡运动下液体晃荡的演
化规律，并确认了数值模型的准确性和抑制晃荡方案的可行性。此外结合机器学习经
典算法，开发了基于DELM的压力晃荡时序预测模型，可为核动力平台的液位遥测及
人工智能技术应用提供参考。
研究结果表明：传统压差测量方法中压降主要由液面高度对应的静水压力、液面
晃荡引入的动压载荷以及容器半径对应的高度变化构成，在典型海洋环境下偏差可达
40%，本文提出的先进液位压差测量方法中设置满水密封的引压管为补偿管，结合姿
态修正，多数情况下可将压差测量偏差控制在3%以内。布置在中心区域的导波雷达液
位计对海洋环境具有较强的抗干扰性，测量偏差基本控制在5%以内，磁翻板液位计受
自身测量原理和安装特点影响，在海洋环境下测量偏差可以超过25%。不同于摇摆运
动，横纵荡会导致液面产生会出现驻波，水跃波，以及三维结构旋转波等大幅非线性
晃动，但其晃荡演化过程随激励频率可以划分为若干种基本构型，通过安装本文设计
的防波板等不同防晃装置，可以在占用较小空间的前提下，消除80%以上的压力波动
振幅，且基于机器学习手段，可以实现较高精度的单-多步时序预测。
关键词：海洋核动力平台；海洋环境；储液设备；液位测量；液面晃荡
海洋环境下液位测量及晃荡特性研究
Abstract
Theoffshorenuclearpowerplatformcombinesnuclearpowertechnologyandship
engineering,providinghighdual-usevalueformilitaryandcivilianapplicationsandplayinga
significantroleineconomicandstrategicmarinedevelopment.Duringtheoperationofan
offshorenuclearpowerplatform,theoceanconditions,suchaswindwavesandoceancurrents,
willintroduceanexternaladditionalforcefieldandchangethespatialpositionofnuclearpower
equipment,whichmaycausethenonlinearsloshingofliquidstorageequipment.Theabove
situationwillbringfollowingsignificantimpactsonoffshorenuclearpowerplatformsafe
operation:thespatialpositionchangeofliquidstorageequipmentwill