第十課船舶穩(wěn)性1概述2初穩(wěn)性公式，穩(wěn)性高3裝卸載荷對船舶浮態(tài)及初穩(wěn)性的影響4自由液面對船舶初穩(wěn)性的影響右舷左舷陣風(fēng)

01概述

船舶穩(wěn)性——船舶在外力作用下偏離其平衡位置而傾斜，當(dāng)外力消失后，能自行回復(fù)到原來平衡位置的能力。基本概念WGB

WLW1L1B1MR(－)WGB

WLW1L1B1ZMR(＋)WGB

浮力

和重力W形成一個力;力矩為

MR=

·GZ

稱為復(fù)原力矩GZ稱為復(fù)原力臂無外力的作用受到外力的作用后,外力消失復(fù)原力矩復(fù)原力矩WGB

WLW1L1B1MR(－)WGB

WLW1L1B1ZMR(＋)不穩(wěn)定平衡隨迂平衡穩(wěn)定平衡兩種浮態(tài)及其相應(yīng)的穩(wěn)性問題

船舶的橫向傾斜——向舷左或向右舷一側(cè)的傾斜（橫傾），傾斜力矩（橫傾力矩）的作用平面平行于中橫剖面；

船舶的縱向傾斜——向船首或向船尾的傾斜（縱傾），傾斜力矩（縱傾力矩）的作用平面平行于中縱剖面。橫穩(wěn)性和縱穩(wěn)性——研究船舶抵抗橫向和縱向傾斜的能力穩(wěn)性問題的基本矛盾體擾動力矩復(fù)原力矩?cái)_動力矩（矛盾外因）造成船舶傾斜,這取決于外界條件復(fù)原力矩（矛盾內(nèi)因）取決于排水量、重心高度及浮心移動的距離等因素船舶傾覆外因通過內(nèi)因起作用！穩(wěn)性問題是著重研究和計(jì)算這一矛盾的內(nèi)因(復(fù)原力矩)及其有關(guān)的影響因素靜穩(wěn)性——傾斜力矩的作用是從零開始逐漸增加，使船舶傾斜時的角加速度很小，可忽略不計(jì)；動穩(wěn)性——傾斜力矩是突然作用在船上，使船舶傾斜有明顯的角加速度的變化。從受力觀點(diǎn)區(qū)分有兩種穩(wěn)性初穩(wěn)性（小傾角穩(wěn)性）——傾斜角度小于10°~15°或上甲板邊緣開始入水前的穩(wěn)性。通過某些簡化假定，可簡明獲得影響初穩(wěn)性的因素及其變化規(guī)律；大傾角穩(wěn)性（大傾角橫穩(wěn)性）——傾斜角度大于10°~15°或上甲板邊緣開始入水后的穩(wěn)性，一般只有在橫傾時產(chǎn)生。

注意!

船舶的縱傾屬于小角度的情況從傾斜角度的大小劃分有兩種穩(wěn)性：2

初穩(wěn)性公式，穩(wěn)性高浮心B移至B1，重力與浮力不在同一鉛垂線上而產(chǎn)生復(fù)原力矩MR，即外界條件：船上貨物不變(船舶重心不變)，但受到外界擾動使船產(chǎn)生一傾角

在橫傾角度較小時，sin

，有GM（或h）——表示橫穩(wěn)性高，或初穩(wěn)性高初穩(wěn)性公式（復(fù)原力矩與橫穩(wěn)性高的關(guān)系）橫穩(wěn)性高或初穩(wěn)性高復(fù)原力臂（重力與浮力作用線的距離）WGB

WLW1L1B1

M

穩(wěn)心及穩(wěn)心半徑M點(diǎn)——橫穩(wěn)心或初穩(wěn)心;BM或r——橫穩(wěn)心半徑或初穩(wěn)心半徑。適用范圍：

=10o~15o

的小角度情況WGB

WLW1L1M+MRWGB

WLW1L1

M-MRWGB

WLW1L1MR=0B1B1B1

M1、穩(wěn)定平衡：G在M之下，MR和橫傾方向相反，GM和MR均為正；2、不穩(wěn)定平衡：

G在M之上，MR和橫傾方向相同，GM和MR均為負(fù)；3、隨遇平衡（中性平衡）：

G和M重合，GM=0、MR=0。從復(fù)原力矩MR和橫傾方向，或從穩(wěn)心M和重心G的相對位置之間的關(guān)系，可以判斷船舶的橫穩(wěn)性。如何判斷船舶平衡狀態(tài)的穩(wěn)定性能？橫穩(wěn)性高是衡量船舶初穩(wěn)性的

主要指標(biāo)

橫穩(wěn)性高GM(h)越大，復(fù)原力矩MR也越大，抵抗傾斜力矩的能力越強(qiáng)。

橫穩(wěn)性高是決定船舶橫搖快慢

的一個重要特征數(shù)

初穩(wěn)性高過大的船，搖擺周期短，在海上遇到風(fēng)浪時會產(chǎn)生劇烈的搖擺，反之，橫穩(wěn)性高較小的船舶雖抵抗傾斜的能力較差，但搖擺周期長，搖擺緩和。船舶類型h（米）船舶類型h（米）客船0.3~1.5主力艦2.0~3.0干貨船0.3~1.0巡洋艦0.9~1.8油輪1.5~2.5驅(qū)逐艦0.7~1.2拖輪0.5~0.8魚雷快艇0.5~0.8漁輪0.5~1.0潛水艇（水上）0.3~0.8航空母艦2.7~3.5潛水艇（水下）0.2~0.4各類船舶在設(shè)計(jì)排水量時橫穩(wěn)性高的大體范圍根據(jù)橫穩(wěn)性公式引起船舶橫傾

=1o（1/57.3rad)所需的橫傾力矩：如有橫傾力矩MH作用于船上，則由此引起的橫傾角度為dAdFWL

BLMLFG

L1B1W

W1t對于船舶縱傾的縱穩(wěn)性公式：通常，縱穩(wěn)性高GML與船長L為同一量級，除浮吊等特種船外，一般不必考慮縱向穩(wěn)定性問題。類似于橫穩(wěn)性：小結(jié)船舶穩(wěn)性最重要的問題是：

要弄清三心（浮心B、重心G和穩(wěn)心M）的位置和及其關(guān)系。初穩(wěn)性高=浮心高+初穩(wěn)心半徑－重心高，即MLBGKBGKBMLGMLKGKGBGKBKBGMBMBGM浮心與重心之間的距離為：對于縱穩(wěn)性高：貨物移動對船舶浮態(tài)和穩(wěn)性的影響貨物垂向移動對船舶浮態(tài)和穩(wěn)性的影響貨物垂向移動不改變船舶的浮態(tài)，只改變船舶初穩(wěn)性高度。當(dāng)貨物上移時，重心也上移，初穩(wěn)性高度減??；當(dāng)貨物下移時，重心也下移，初穩(wěn)性高度增加；貨物橫向移動對船舶浮態(tài)和穩(wěn)性的影響貨物橫向移動時，船舶橫穩(wěn)性高度不變，船舶將發(fā)生橫向傾斜pAFG1GBWpAB1W1L1LM1d

dxGxBxFBMG

v3

裝卸載荷對船舶浮態(tài)

及初穩(wěn)性的影響一、裝卸小量載荷對船舶浮態(tài)及初穩(wěn)性的影響裝卸載荷使船的重量和重心都發(fā)生變化pAFG1GBWpAB1W1L1LM1d

dxGxBxFBMG

v未裝載前裝載小量載荷后平均吃水增加值新的初穩(wěn)性高復(fù)原力矩（待定）1.在漂心垂直線上任意位置裝卸載荷對船舶浮態(tài)及穩(wěn)性的影響PALGzWW1L1

dd

WdC所以比較兩式得到：新的初穩(wěn)性高：由圖分析可得出復(fù)原力矩：與載荷p作用點(diǎn)之間距離：（3-27）確定新的初穩(wěn)性高判斷載荷高度Z對初穩(wěn)性的影響:若結(jié)論：存在一極限平面（或稱為中和平面），即船上有一高度為（）的平面。裝載的載荷相對這一平面的位置不同則對初穩(wěn)性有不同的影響。若若初穩(wěn)性高不變初穩(wěn)性高減小初穩(wěn)性高增加判斷載荷高度Z對復(fù)原力矩的影響:可見，當(dāng)載荷高度為時，復(fù)原力矩不變，大于此高度則復(fù)原力矩減??；低于此高度時復(fù)原力矩增加。若

z

則初穩(wěn)性高度減小，但復(fù)原力矩增加。綜合考慮載荷高度Z對初穩(wěn)性高度和復(fù)原力矩的影響：與對橫穩(wěn)性的影響類似，同理得新的縱穩(wěn)性高：裝載貨物p后對縱穩(wěn)性的影響：由于的數(shù)值和相比較是小量，可忽略不計(jì)，因此新的縱穩(wěn)性高可寫成：對于卸載貨物為-p，其對船舶浮態(tài)和穩(wěn)性的影響仍可按上述的公式進(jìn)行計(jì)算，但注意平均吃水的增加

d為負(fù)值。（3-28）pFypAW1L1A1zxxFpAA12.在任意位置裝卸載荷對船舶浮態(tài)及穩(wěn)性的影響A1(xF，o，z)A(x，o，z)pFypAW1L1A1zxxFpAA1(1)先假定p裝在A1(xF，0，z),則得：平均吃水增量新的初穩(wěn)性高新的縱穩(wěn)性高(2)將p自A1(xF，0，z)移至A(x，y，z)，則得橫、縱傾角正切：在任意位置裝卸載荷p引起船舶浮態(tài)及穩(wěn)性的變化，可按如下步驟求得：MLGmW1L1

W

1vBB1C1D1CDa1a

4

自由液面對船舶初穩(wěn)性的影響自由液面——可以自由流動的液面稱為自由液面。自由液面流動變形使液體體積的形狀發(fā)生變化，引起重心向傾斜的一側(cè)移動，因而產(chǎn)生一傾斜力矩，使船的穩(wěn)性降低。注意：液體的虛重心概念！MLGmW1L1

W

1vBB1C1D1CDa

a1

1v船的重心不變，但產(chǎn)生一傾斜力矩：與船舶等體積傾斜相類似，液體重心a至m點(diǎn)的距離:其中:ix為自由液面的面積對其傾斜軸線的慣性矩，v為艙內(nèi)液體的體積。自由液面產(chǎn)生的橫傾力矩：MLGmW1L1

W

1vBB1C1D1CDa

a1

1v船的實(shí)際復(fù)原力矩：則船的實(shí)際初穩(wěn)性高：式中：稱為自由液面對初穩(wěn)性高的修正值，其數(shù)值只與自由液面的大小和船的排水量有關(guān)，而與自由液面的體積無關(guān)。（3-30）自由液面的影響使初穩(wěn)性高減小了。這相當(dāng)于把液體的重心由a點(diǎn)提高到m點(diǎn)，點(diǎn)m稱為液體的虛重心。自由液面對縱穩(wěn)性高的影響與對橫穩(wěn)性的影響類似有：如果船上有多個自由液面的艙柜，則它們對初穩(wěn)性高的修正值為：（3-31）結(jié)論：自由液面的影響使初穩(wěn)性高減小，即降低了船的初穩(wěn)性。如果自由液面很大，慣性矩ix也很大，可能會使船失掉初穩(wěn)性。lbB/2B/2AA1A2設(shè)有一長方形的容器，其自由液面對其傾斜軸的慣性矩：若采用一個縱艙壁后，兩個自由液面對于其傾斜軸的面積慣性矩總和：可以證明，如用采用兩道縱壁將自由液面分為三等分，則自由液面的影響可減小到1/9；自由液面分為n等分，則自由液面的影響可減小到1/n2。MLGW1L1pW

BB1DD1WpAl

未加固定的懸掛重量不改變船的重量，但會使船的重心變化。在船舶傾斜的過程中會對船的穩(wěn)性產(chǎn)生不利的影響，使船的穩(wěn)性降低。用力線平移原理，可看作懸掛重物使船的重心不變，但船增加了一個力矩:船在橫傾角時的實(shí)際復(fù)原力矩力矩:一、懸掛重量對穩(wěn)性的影響§3-8懸掛重量對船舶初穩(wěn)性的影響MLGW1L1pW

BB1DD1WpAl則船的實(shí)際初穩(wěn)性高：（3-30）這個影響相當(dāng)于把重量p自D點(diǎn)垂向移至懸掛點(diǎn)A，故A點(diǎn)稱為懸掛重量的虛重心。懸掛重量情況下船的縱穩(wěn)性高：二、裝卸液體載荷或懸掛重量對船舶浮態(tài)和穩(wěn)性的影響對于這類問題，船舶的重量和重心都發(fā)生變化，在計(jì)算穩(wěn)性高時必須考慮下列兩種影響：（1）首先根據(jù)算出裝卸載荷后的穩(wěn)性高。（2）再考慮自由液面或懸掛載荷對穩(wěn)性高的影響，這可根據(jù)或求得其最后的穩(wěn)性高，并據(jù)此進(jìn)行船舶浮態(tài)的計(jì)算dAdFWL

BLMLFG

L1B1W

W1t用首尾吃水差t來表達(dá)船舶的縱傾情況如有縱傾力矩MT作用于船上，則船舶的縱傾t(cm)為縱傾角代入到縱穩(wěn)性公式得令縱傾t=1cm=1/100m，則引起船舶縱傾1cm所需的縱傾力矩為某海船長LPP=120m，首尾吃水均為d=7.40m，排水量△=10580t，其KB=3.84m，BML=125.64，KG=6.56m，xF=0。當(dāng)船上有一重量p=100t，從船尾移向船首，其移動距離為60m，求此時船的首尾吃水為多少？解：例二、裝卸大量載荷對船舶浮態(tài)及初穩(wěn)性的影響當(dāng)船上增加或卸除大量的載荷（超過排水量的10%）時，應(yīng)用上述的有關(guān)公式計(jì)算船舶的浮態(tài)和穩(wěn)性就不夠準(zhǔn)確了，