海上貨物運(yùn)輸,第3章保證船舶適度的穩(wěn)性,3保證船舶適度的穩(wěn)性,本章要求掌握船舶穩(wěn)性的基本概念；掌握初穩(wěn)性、大傾角穩(wěn)性和動(dòng)穩(wěn)性的表示方法和校核方法；了解靜穩(wěn)性曲線圖和動(dòng)穩(wěn)性曲線圖的特征和應(yīng)用掌握船舶穩(wěn)性的要求；掌握船舶穩(wěn)性的檢驗(yàn)和調(diào)整方法。,3保證船舶適度的穩(wěn)性,重點(diǎn)船舶穩(wěn)性（初穩(wěn)性、大傾角穩(wěn)性和動(dòng)穩(wěn)性）的表示和核算方法；船舶穩(wěn)性衡準(zhǔn)要求；船舶穩(wěn)性的檢驗(yàn)和調(diào)整方法。難點(diǎn)船舶靜穩(wěn)性曲線圖和動(dòng)穩(wěn)性曲線圖。,穩(wěn)性很重要,31船舶穩(wěn)性的基本概念,一、船舶的靜平衡狀態(tài)穩(wěn)定平衡狀態(tài)：（Stablequilibrium)：船舶穩(wěn)心M在重心G之上，GM0。船舶傾斜后重力W與浮力構(gòu)成的穩(wěn)性力矩能使船舶恢復(fù)到初始平衡狀態(tài)。,一、船舶的靜平衡狀態(tài),隨遇平衡狀態(tài)（Neutralequilibrium)：船舶穩(wěn)心M與重心G重合，GM=0。船舶傾斜后重力W與浮力所構(gòu)成的穩(wěn)性力矩不能使船舶恢復(fù)到初始平衡狀態(tài),一、船舶的靜平衡狀態(tài),不穩(wěn)定平衡狀態(tài)（Unstableequilibrium)船舶穩(wěn)心M在重心G之下，GM0。船舶傾斜后重力W與浮力所構(gòu)成的穩(wěn)性力矩能使船舶繼續(xù)傾斜。,二、穩(wěn)性分類,穩(wěn)性及其分類1）穩(wěn)性（stability）：船舶在外力矩(TheExternalmoment)作用下發(fā)生傾斜，當(dāng)外力消除后能自行恢復(fù)初始平衡位置的能力。2）物理意義：船舶傾斜后具有復(fù)原力矩(rightingmoment)或力臂(rightingarm）。,穩(wěn)性及其分類,3）分類：按傾斜方向：橫穩(wěn)性（Transversestability）縱穩(wěn)性（Longitudinalstability）按傾斜角大?。撼醴€(wěn)性（initialstability）大傾角穩(wěn)性(Stabilityatlargeangles),穩(wěn)性及其分類,按受力性質(zhì)：靜穩(wěn)性（staticalstability）動(dòng)穩(wěn)性（Dynamicalstability）按船艙是否破損：完整穩(wěn)性（Intactstability）破艙穩(wěn)性（Damagedstability）,32初穩(wěn)性,一、初穩(wěn)性的基本標(biāo)志靜穩(wěn)性：船舶受靜態(tài)外力矩的作用，不計(jì)及傾斜角速度復(fù)原力矩MR=9.81GZ(KNm)GZ為復(fù)原力臂MR與、KG、有關(guān),32初穩(wěn)性,32初穩(wěn)性,初穩(wěn)性船舶傾角1015或上甲板邊緣開(kāi)始入水前的穩(wěn)性1）特征：傾斜軸過(guò)正浮時(shí)漂心穩(wěn)心M為定點(diǎn)，BM（r）為定值,32初穩(wěn)性,2）相關(guān)概念：浮心、穩(wěn)心（initialmetacenter)漂心、穩(wěn)性半徑3）初穩(wěn)性的表示方法初穩(wěn)性方程：MR=9.81GZ=9.81GMsin衡量標(biāo)志：GM影響初穩(wěn)性因素：、GMMR,32初穩(wěn)性,二、GM的表達(dá)式GM=KB+BMKGGMf=KMKGGMfh=Zb+rZgGMf,初穩(wěn)性高度GM值的計(jì)算,三、GM的求取GM=KB+BMKGGMf=KMKGGMfKM:查靜水力資料,初穩(wěn)性高度GM值的計(jì)算,KG:,KG的計(jì)算,載荷Pi重心距基線高Zi的確定a.計(jì)算法：按SF歸類求近似貨堆高計(jì)算各貨重心高：平行中體:0.5Hc首尾：0.540.58Hc,KG的計(jì)算,b.艙容曲線：縱：貨堆表面距基線高下橫：艙容上橫：容積中心距基線高應(yīng)用：根據(jù)貨堆表面高度求貨物所占艙容和貨物重心距基線高；,b.艙容曲線,KG,c.取艙內(nèi)貨物體積中心。d.取艙容中心，實(shí)用，偏于安全,GM經(jīng)驗(yàn)值,四、自由液面對(duì)GM值的影響,自由液面的影響：GZ減小GM下降,FreeSurfaceEffect,四、自由液面對(duì)GM值的影響,GMf的計(jì)算（FreeSurfaceCorrection）:GM=-FreesurfacemomentIxi液艙自由液面的面積對(duì)橫傾軸的慣性矩（m4）查資料,或：A、具有折點(diǎn)且液面對(duì)稱的艙（柜）ix=l(b1+b2)(b12+b22)(m4)a.矩形：ix=lb3/12b.等腰三角形：ix=lb3/48ix與液面寬的三次方成正比,四、自由液面對(duì)GM值的影響,B、具有折點(diǎn)且液面不對(duì)稱的艙（柜）ix=l(b1+b2)(b12+b22)(m4)直角三角形：ix=lb3直角梯形：原式ix與液面寬的三次方成正比,四、自由液面對(duì)GM值的影響,C、無(wú)折點(diǎn)且液面對(duì)稱液化氣船的液艙為球形、圓柱形或橢圓形ix=lb3l、b分別為液面最大長(zhǎng)度和最大寬度。,四、自由液面對(duì)GM值的影響,四、自由液面對(duì)GM值的影響,3.GM表達(dá)式：GM=KB+BMKGGMf=KMKGGMf,a.結(jié)構(gòu)措施矩形液艙寬b,n等分ix=ix/n2b.營(yíng)運(yùn)措施：裝滿排空排水通暢,4.減小自由液面影響的措施,一、載荷移動(dòng)：少量P條件：Pi0.11.載荷水平橫移tg=py/GM=p（y2-y1）/GM,3-3載荷變動(dòng)對(duì)穩(wěn)性的影響及計(jì)算,3-3載荷變動(dòng)對(duì)穩(wěn)性的影響及計(jì)算,2.載荷垂移：假設(shè)KM不變GM=-KG=-P（Z2-Z1）/=P（Z1-Z2）/=PZ/,3-3載荷變動(dòng)對(duì)穩(wěn)性的影響及計(jì)算,二、重量增減1.大量增減2.少量增減GM=-KG=-GoG=-=-多票：GM=單票：,3-3載荷變動(dòng)對(duì)穩(wěn)性的影響及計(jì)算,三、貨物懸掛m虛重心,3-4大傾角穩(wěn)性,一、大傾角穩(wěn)性的基本概念1）區(qū)別：橫傾軸不過(guò)正浮時(shí)漂心M點(diǎn)不為定點(diǎn)B點(diǎn)軌跡不是固定半徑和圓心的圓弧,2大傾角穩(wěn)性,2）大傾角穩(wěn)性的基本標(biāo)志GZMR=9.81GZ一定時(shí)：GZMR,2大傾角穩(wěn)性,3）GZ值的計(jì)算基點(diǎn)法：GZ=KN-KHKH重量穩(wěn)性力臂KH=KGsin，與KG，有關(guān)KN形狀穩(wěn)性力臂，與，有關(guān),由穩(wěn)性交叉曲線查取,3）GZ值的計(jì)算,穩(wěn)性交叉曲線(CrossCurvesofStability)：橫坐標(biāo)：型排水體積V或縱坐標(biāo)：KN（或lf）;1080,法一：GZ=KN-KH,3）GZ值的計(jì)算,KGA假定重心高度GAZA假定重心高度處復(fù)原力臂值，查穩(wěn)性交叉曲線將假定重心處的GAZA修正到實(shí)際重心處的GZ,假定重心法：GZ=GAZA+（KGA-KG）sin,GZ=GAZA+（KGA-KG）sin,2大傾角穩(wěn)性,4）自由液面對(duì)大傾角穩(wěn)性修正特點(diǎn)：自由液面傾側(cè)力矩（力臂）隨而變法直接利用自由液面傾側(cè)力矩關(guān)系資料修正（大傾角的自由液面修正力矩Mfs）GZ=Mfs各艙自由液面修正力矩代數(shù)（KN.m）,4）自由液面對(duì)大傾角穩(wěn)性修正,方法修正重心高度（通過(guò)對(duì)初穩(wěn)性進(jìn)行修正）將自由液面對(duì)初穩(wěn)性高度的修正值看作船舶重心升高GM=-KG=（KG-KGo）KG=KGo+GMfGZ=KNKGsin=KN(KGo+GMf)sin,4）自由液面對(duì)大傾角穩(wěn)性修正,復(fù)原力臂值減少：GZ=GMsin(重量穩(wěn)性力臂增加)(m)此法未考慮自由液面對(duì)橫傾軸慣性矩變化。,2大傾角穩(wěn)性,5)靜穩(wěn)性曲線(CurveofIntactStaticalStabilityorRightingArmCurve)一定下，MR或GZ（lR）與關(guān)系曲線,5)靜穩(wěn)性曲線,（1）繪制步驟：計(jì)算KG和據(jù)在穩(wěn)性橫交曲線上查取各（1080）下KN值。計(jì)算各的sin值計(jì)算KH=KGsin計(jì)算GZ（lR）=KN-KH或計(jì)算MR=9.81GZ標(biāo)連各點(diǎn),5)靜穩(wěn)性曲線,PositiveStability,NegativeStability,NeutralStability,5)靜穩(wěn)性曲線,（2）靜穩(wěn)性曲線的特性特征值：GM、GZmaxsmaxv,（2）靜穩(wěn)性曲線的特性,靜傾角（靜平衡角）SMR=Mh(外力),（2）靜穩(wěn)性曲線的特性,MaximumRightingArm(GZmax)或MaximumRightingmoment(Mrmax)靜穩(wěn)性曲線的最大值,（2）靜穩(wěn)性曲線的特性,MRmax或GZmax對(duì)應(yīng)角smax(極限靜傾角,AngleofGZmax),（2）靜穩(wěn)性曲線的特性,穩(wěn)性消失角(Capsizingangle)v靜穩(wěn)性曲線x橫軸交點(diǎn)對(duì)應(yīng)角穩(wěn)性范圍(RangeofStability)：0v,（2）靜穩(wěn)性曲線的特性,甲板浸水角im原點(diǎn)到最高點(diǎn)水反曲點(diǎn)，im后GZ增長(zhǎng)減緩,（2）靜穩(wěn)性曲線的特性,GM值GZ曲線在原點(diǎn)處的切線斜率GZ|=0=GMcos|=0=GMa.作原點(diǎn)處曲線的切線b.=1rad(57.3)處作軸垂線交切線于C點(diǎn)c.GM=DC,（2）靜穩(wěn)性曲線的特性,=30對(duì)應(yīng)的復(fù)原力臂GZ|=30靜態(tài)外力矩作用所出現(xiàn)的最大橫傾角30GZ|=30可用以表征船舶的大傾角穩(wěn)性,5)靜穩(wěn)性曲線,(3)影響靜穩(wěn)性曲線的主要因素：B：GZmaxf、smax、v,(3)影響靜穩(wěn)性曲線的主要因素,F(D):GZmaxsmaxvf曲線在甲板入水角之后有區(qū)別F(D)對(duì)初穩(wěn)性無(wú)影響大傾角穩(wěn)性隨F而變好,(3)影響靜穩(wěn)性曲線的主要因素,KGGZ,(3)影響靜穩(wěn)性曲線的主要因素,KNGZ但MR隨而增加自由液面Ix：大傾角穩(wěn)性的Ix隨的增大而變大,35動(dòng)穩(wěn)性,一、動(dòng)平衡及動(dòng)傾角動(dòng)穩(wěn)性：船舶在外力矩的動(dòng)力作用下表現(xiàn)的穩(wěn)性，考慮橫搖慣性矩（或角加速度）。,動(dòng)平衡過(guò)程分析,35動(dòng)穩(wěn)性,動(dòng)平衡：Wh(橫傾力矩作功)=WS（復(fù)原力矩作功）Wh=WR=,二.動(dòng)穩(wěn)性的基本標(biāo)志,動(dòng)穩(wěn)性的表示方法的右邊邊界線以內(nèi)，MS或lS曲線下面積，即：1）動(dòng)穩(wěn)性力矩函數(shù)WS()WS()=(KN.m.rad),二.動(dòng)穩(wěn)性的基本標(biāo)志,2)動(dòng)穩(wěn)性力臂函數(shù)ld()ld()=,三、最小傾覆力矩,1.基本概念SOME=SEFN時(shí)對(duì)應(yīng)的傾覆力矩（Mh）Mhmin與船舶裝載狀態(tài)有關(guān)比較：ssmaxdmax(極限動(dòng)傾角),F,F,sm,三、最小傾覆力矩,Mh30至少25,二、IMO對(duì)船舶穩(wěn)性的要求,7天氣衡準(zhǔn)（船長(zhǎng)LBP24m的船舶）圖中面積ba,7天氣衡準(zhǔn),lw1穩(wěn)定風(fēng)壓力臂0lw1對(duì)應(yīng)靜傾角lw2突風(fēng)力臂lw2=1.5lw12=min(f,50,c)clw2為GZ曲線第二個(gè)交點(diǎn),7天氣衡準(zhǔn),Mw1=Pw.Aw.Zw(KN.m)lw1=Mw1/9.81.Lw1Aw面積中心到吃水一半處的垂直距離,3保證船舶適度的穩(wěn)性,第三節(jié)船舶穩(wěn)性的校核與檢驗(yàn)一、船舶穩(wěn)性的校核1.船舶穩(wěn)性報(bào)告書(shū)(Stabilityreport)：船舶設(shè)計(jì)或建造部門(mén)負(fù)責(zé)向船舶提供經(jīng)船檢部門(mén)(船級(jí)社）核準(zhǔn)的船舶穩(wěn)性報(bào)告書(shū)或船舶裝載手冊(cè)或穩(wěn)性計(jì)算資料。,一、船舶穩(wěn)性的校核,法定規(guī)則規(guī)定的報(bào)告書(shū)或手冊(cè)的主要內(nèi)容1)船舶主要參數(shù);2)基本裝載情況穩(wěn)性總結(jié)表;3)主要使用說(shuō)明;4)各類基本裝載情況穩(wěn)性計(jì)算;5)液體艙自由液面慣性矩表及對(duì)初穩(wěn)性高度修正的說(shuō)明,6)進(jìn)水點(diǎn)位置和進(jìn)水角曲線,7)許用重心高度曲線圖或最小許用初穩(wěn)性高度曲線圖。,船舶穩(wěn)性報(bào)告書(shū),另外還包括：船舶靜水力參數(shù)、各類艙艙容及其中心位置、風(fēng)壓傾側(cè)力臂、穩(wěn)性橫交參數(shù),邦金戎)參數(shù)等資料形式的曲線圖或數(shù)據(jù)表。,一、船舶穩(wěn)性的校核,完整的校核過(guò)程通常包括兩方面l)對(duì)穩(wěn)性最低要求的校核應(yīng)選擇在每一離到港航段中對(duì)穩(wěn)性最不利的裝載狀態(tài),以保證船舶在整個(gè)航段的任一時(shí)刻,其完整穩(wěn)性的全部要求均能同時(shí)滿足。,l)對(duì)穩(wěn)性最低要求的校核,穩(wěn)性的校核通常有三種方法：（1）比對(duì)基本裝載狀態(tài)當(dāng)船舶選定的核算裝載狀態(tài)與穩(wěn)性報(bào)告書(shū)中某一基本裝載狀況相同或更好，可免于校核。,l)對(duì)穩(wěn)性最低要求的校核,（2）利用KGc或GMc當(dāng)船舶提供有“許用重心高度KGc曲線圖或最小許用初穩(wěn)性高度GMc曲線圖時(shí),經(jīng)自由液面修正后的KG必或GM必須滿足：GMGMc+Ch或KGKGc-Ch(3)缺少KGc或GMc資料時(shí)，按相關(guān)衡準(zhǔn)要求逐項(xiàng)校核,一、船舶穩(wěn)性的校核,2)對(duì)船舶橫搖周期的校核航行中的船舶,在滿足對(duì)其完整穩(wěn)性最低要求的前提下,所核算裝載狀態(tài)下未經(jīng)自由液面修正的GM0應(yīng)滿足:（m）,一、船舶穩(wěn)性的校核,3.保證船舶穩(wěn)性的經(jīng)驗(yàn)方法駕駛?cè)藛T應(yīng)總結(jié)特定船舶,在不同排水量條件下,各層艙集裝箱船為艙內(nèi)和艙面)之間貨物重量的合理地分配比例。對(duì)于具有兩層艙的近海和遠(yuǎn)洋的萬(wàn)噸級(jí)貨船的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),接近滿載時(shí)：無(wú)甲板貨：二層艙約35%,底艙的裝貨重量占約65%.,3.保證船舶穩(wěn)性的經(jīng)驗(yàn)方法,有甲板貨：甲板貨重量不超過(guò)10%,甲板貨的堆高一般不得超過(guò)船寬的1/51/6。二層艙加甲板上的裝貨重量之和占約35%,底艙仍占約65%。,第三節(jié)船舶穩(wěn)性的校核與檢驗(yàn),二、船舶初穩(wěn)性高度的檢驗(yàn)駕駛?cè)藛T應(yīng)當(dāng)利用各種條件,進(jìn)行實(shí)船的初穩(wěn)性高度的檢驗(yàn)。1.航行中的檢驗(yàn)方法船舶橫搖周期：是指船舶橫搖一個(gè)全擺程（四個(gè)擺幅)所需的時(shí)間(s)。影響因素：船舶的自搖周期、舷外水的阻尼力矩、波浪等擾動(dòng)外力矩、船舶液體艙內(nèi)未滿艙的液體自搖周期的影響等有關(guān)。營(yíng)運(yùn)船舶通常使用船舶自搖周期的計(jì)算公式來(lái)粗略地計(jì)算其橫搖周期。,1.航行中的檢驗(yàn)方法,我國(guó)法定規(guī)則中提供的橫搖周期(自搖周期與GM0的關(guān)系式為：（s）式中:f按船寬吃水比B/d值，查表求得的系數(shù);B船舶型寬m),d所核算裝載下的型吃水(m)KG。所核算裝載下船舶重心距基線高度(m)GM。所核算裝載下船舶未經(jīng)自由液面修正的初穩(wěn)性高度(m)。,1.航行中的檢驗(yàn)方法,實(shí)用中也常用下列公式：式中:f-橫搖周期系數(shù),其值與船舶大小、形狀及重量分布等因素有關(guān)。對(duì)一般貨船,f=0.70.8。,1.航行中的檢驗(yàn)方法,船舶的穩(wěn)性報(bào)告書(shū)也提供有橫搖周期與GM。的關(guān)系曲線圖（橫搖曲線)數(shù)據(jù)表。,二、船舶初穩(wěn)性高度的檢驗(yàn),2.停泊時(shí)的檢驗(yàn)方法船舶在停泊時(shí)檢驗(yàn)初穩(wěn)性高度的基本原理與船舶傾斜試驗(yàn)的原理相同.設(shè)船舶的排水量為,處于無(wú)橫傾狀態(tài)時(shí),將船上重物P橫向移動(dòng)距離Y，由此引起的橫傾角PY=GMtanGM=PY/tan(m),二、船舶初穩(wěn)性高度的檢驗(yàn),3.穩(wěn)性不足的征兆船舶受較小的外力矩作用,會(huì)發(fā)生明顯的橫傾,傾斜過(guò)程相對(duì)緩慢。通常作用于船舶的較小橫向外力矩有:船舶吊桿向一側(cè)移動(dòng)；受較小的橫風(fēng)吹襲；一次較大舵角的操作；拖輪在一側(cè)有橫向分力的拖帶；船舶在一舷油水消耗或打排壓載水稍有左右不均衡等。,二、船舶初穩(wěn)性高度的檢驗(yàn),4、措施避免操舵角度過(guò)大,調(diào)整航向減少船舶橫傾角度,并應(yīng)迅速查明原因。其他可能采取的措施包括：注滿或排盡自由液面影響大的液艙內(nèi)液體；,4、措施,在艙位較低、自由液面影響小的液艙注入壓載水；將較高艙位液體或貨物移至較低艙位；進(jìn)入就近港口以進(jìn)行有助于降低重心高度的港口作業(yè)；拋棄部分甲板貨或選擇合適淺灘主動(dòng)擱淺等。,第七節(jié)船舶穩(wěn)性的校核與檢驗(yàn),穩(wěn)性的調(diào)整垂向移動(dòng)載荷KG=GMKG=PZ,