第三章 稳性.doc

第三章 稳性第一节 稳性的基本概念（一）船舶平衡的3种状态1、稳定平衡 G点在M点之下，GM0，MR02、随遇平衡 G点与M点重合，GM=0，MR=03、不稳定平衡 G点在M点之上，GM0，MR0（二）稳性的定义船舶稳性是指船舶受给定的外力作用后发生倾侧而不致倾覆，当外力消失后仍能回复到原来的平衡位置的能力。（三）稳性分类分类方法: 按倾斜方向、倾角大小、倾斜力矩性质、船舱是否进水 破舱稳性 稳性 初稳性(小倾角稳性) 横稳性 静稳性 完整稳性 大倾角稳性 纵稳性 动稳性其中，倾角小于等于1015度称为小倾角，否则称为大倾角。倾斜力矩性质指静力或动力，或者说有无角速度、角加速度。第二节 稳性指标的计算（一） 船舶初稳性的基本标志1稳心M 与稳心距基线高度KM 船舶小倾角横倾前、后其浮力作用线交点称为横稳心，简称稳心。稳心M距基线的垂向坐标称为稳心距基线高度。 2初稳性的衡准指标稳心M至重心G的垂距称为初稳性高度GM。初稳性高度GM是衡准船舶是否具有初稳性的指标。初稳性高度大于零，即船舶重心在稳心之下，船舶就有初稳性。3初稳性中的假设(对于任一给定的吃水或排水量)（1）小倾角横倾(微倾)；（2）在微倾过程中稳心M和重心G的位置固定不变；（3）在微倾过程中浮心B的移动轨迹是一段以稳心为圆心的圆弧；（4）在微倾过程中倾斜轴过漂心。（二）初稳性高度GM的表达式GM=KB+BM-KG=KM-KG（三） 初稳性高度的求取1、 KM 可在静水力曲线图、静水力参数表或载重表中查取。2、 KG 的计算式中，Pi 组成船舶总重量（含空船重量等）的第i项载荷，tZi 载荷Pi的重心距基线高度，m 3、Zi 确定 （1）舱容曲线图表查取法船舶资料中通常有各个货舱和液舱的舱容曲线图或数据表，利用舱容曲线图表，可方便确定舱内散货或液货的重心高度Zi，方法如下：i）对于匀质散货或液货，已知货堆表面距基线高度，在图中左纵轴上对应点做水平线交舱容中心距基线高度曲线得B点，过B点做垂线交上横轴得C点，对应值即为该舱货物重心距基线高度Zi 。ii）对于积载因素相近、合理积载的件杂货，根据所装货物的体积，在下横轴找到相应点向上做垂线，交舱容曲线得A点，过A点做水平线交舱容中心距基线高度曲线得B点，过B点向上做垂线交上横轴得C点，对应值即为该舱货物重心距基线高度Zi 。（2）舱容中心高度法无论舱内载荷匀质与否和数量多少，均以该舱的几何中心高度作为该舱载荷的重心距基线高度Zi 。该方法的优点有二：一是查取方便，船舶资料中通常有各个货舱和液舱的舱容中心高度数据可查；二是结果高于实际值，偏于安全。缺点是当舱内货物较少时误差较大。（四）自由液面对GM的影响1、自由液面（Free surface) 船舶的液体舱柜中装有液体但未满舱时的液面。2、自由液面的影响结果 自由液面的存在 使初稳性高度GM 恒减小。 3、自由液面计算公式 ix自由液面对过液面中心倾斜轴的面积惯性矩（m4）。 4、自由液面惯性矩ix的求取（1）查取船舶资料求取ix “各液舱自由液面惯性矩ix表”，“各液舱自由液面对初稳性高度修正值表”（2）利用公式法计算ix 自由液面的形状为矩形、三角形 矩形：k=1/12；直角三角形：k=1/36；等腰三角形：k=1/48 自由液面的形状为梯形 直角梯形：k=1/36；等腰梯形：k=1/48 5、减小自由液面影响的措施 设置水密纵隔壁 减少甲板上浪和存水，及时排出积水 液体舱柜应根据实际情况尽量装满或排空 航行中，应逐舱使用油水并尽量减少同时存在自由液面的液舱数。 液体散货船装载货物时，尽量少留部分装载舱。部分装载舱应选择舱室宽度较小的货舱。保证液体舱柜内的纵向水密隔壁的完整性 船舶大倾角静稳性（一）大倾角静稳性基本概念 1、大倾角稳性和初稳性的区别 横倾角的范围不同 船舶在大倾角横倾时，横稳心点M不再是定点。M点变为浮心B的渐近线，随横倾角的变化而变化。 船舶大倾角横倾时倾斜轴不再过初始水线面漂心F。 大倾角稳性不能用GM作衡量标志。2、大倾角静稳性的基本标志船舶在大倾角倾斜时稳性力矩的计算公式为：GZ：静稳性力臂（复原力臂或扶正力臂）作为衡量大倾角静稳性的基本标志（二）静稳性力臂的求算1、基点法KN：形状稳性力臂KH：重量稳性力臂2、假定重心法求取GZ3、稳心点法 MS剩余稳性力臂（三）静稳性曲线 1、定义：静稳性力矩MR或静稳性力臂GZ与船舶横倾角的关系曲线图。 MR的关系曲线图称为静稳性力矩曲线 GZ的关系曲线图称为静稳性力臂曲线 2、绘制 根据公式GZ=KN-KGsinq及KN曲线图可得。 将经自由液面对大倾角稳性影响修正后的复原力臂GZ随横倾角变化关系画成静稳性曲线3、静稳性曲线图的主要特征 静平衡位置 静平衡角(静倾角)S 甲板浸水角 曲线反曲点对应的角度。甲板浸水后稳性增长减缓。该点的曲线斜率最大。 最大复原力臂GZmax 最大复原力矩MR.max 极限静倾角S.max 稳性消失角v 0v 的范围定义为船舶的稳性范围。曲线原点处的斜率等于初稳性高度GM4、影响静稳性曲线的因素（1） 船宽B （2） 干舷F：对初稳性没有影响。（3） 重心高度KG 若排水量一定，则： （4） 排水量（吃水）：若KG相同，则： （5） 自由液面 自由液面的影响可以看作船舶重心高度KG增大，所以影响结果同KG的影响。 （6） 初始横倾（常定横倾）： 船舶重心偏离纵中剖面。船舶动稳性（一） 船舶动平衡及动倾角1.船舶动平衡：研究船舶横倾过程中，功之间的平衡关系。动平衡条件：2.动倾角（动平衡角）：船舶达到动平衡时的横倾角（二 ）船舶动稳性的基本标志 船舶动稳性的大小取决于船舶复原力矩所作功Md（动稳性力矩）的大小。 动稳性力矩Md在数值上等于静稳性力矩MR曲线下的面积。 动稳性力臂ld在数值上等于静稳性力臂GZ曲线下的面积。 (三)最小倾覆力矩Mh.min 1 定义l 船舶在动平衡条件下能够承受的横倾力矩的极限值。l 能使船舶倾覆的最小外力矩。l 船舶在动平衡条件下，稳性所允许的最大横倾力矩。 2 结论l 船舶在动力作用下不致倾覆的条件：MhMh.min l 船舶在静力作用下不致倾覆的条件：MhMR.max （四）动稳性曲线图1、定义 动稳性力矩曲线：WR 的关系曲线图。 动稳性力臂曲线：ld 的关系曲线图。 2、绘制 动稳性力矩曲线为MR曲线的积分曲线 动稳性力臂曲线为GZ曲线的积分曲线3、动稳性曲线的特征 曲线过原点 曲线反曲点对应角为极限动倾角d.max 曲线极值点对应角为稳性消失角v4、动稳性曲线的用途已知恒定外力矩Mh，求动倾角d ；求取Mh.min和d.max5、初始横摇角及船舶进水角j对Mh.min的修正5.1 初始横摇角i的修正风浪联合作用的不利条件下求取Mh.min。 5.2 船舶进水角j 对Mh.min的修正进水角(Angle of flooding)：船舶横倾至非水密开口时的横倾角。法定规则规定，当船舶横倾至进水角后，船舶将被视为稳性丧失。第三节 对稳性的基本要求（一）、中国船级社法定规则对船舶稳性的基本要求 1、稳性衡准基本要求*稳性衡准数K的计算 AW船舶正浮时水线上船体和甲板货的侧面积投影(m2)； PW单位计算风压(kPa)，根据ZW和限定航区查取PW曲线图； ZW计算风力作用力臂(m)，AW的中心至水线的垂直距离。2、临界稳性高度GMC和极限重心高度KGmax GMC 从初稳性、大倾角稳性及动稳性的要求出发提出的对初稳性高度的下限限制值，即同时满足法定规则对船舶稳性衡准的五点要求时，船舶初稳性高度的最低值。 极限重心高度KGmax 从初稳性、大倾角稳性及动稳性的要求出发提出的对重心高度的上限限制值，即同时足法定规则对船舶稳性衡准的五点要求时，船舶重心高度的最大值。3、稳性特殊要求 集装箱船舶的稳性衡准 木材船的稳性衡准 液货船的稳性衡准 散装谷物船舶的稳性衡准（二）IMO对船舶稳性的要求1、IMO对普通货船完整稳性的基本要求 大倾角稳性2、对动稳性的要求（天气衡准要求）对LBP24m的船舶，应满足天气衡准。即船舶在各种装载状态下，具有抵抗横风和横 摇（风浪)联合作用的能力。3、船舶受稳定风压的作用，产生稳定风压倾侧力臂lw1，同时产生静横倾角0 。PW0.0514t/m2； AW横向受风面积(m2)；ZWAW的中心至水下船体侧面积中心或d/2处4、IMO对特殊船舶的稳性要求 集装箱船舶的稳性衡准 木材船的稳性衡准 散装谷物船舶的稳性衡准 液货船的稳性衡准注：以上特种船舶的稳性衡准要求是独立的衡准条件。第四节 稳性的校核与检验（一） 稳性过小或稳性过大对船舶安全的影响1. 稳性过小船容易导致船舶倾覆，舶操纵困难，主辅机工况不良，对船员心理产生影响 2.稳性过大 对船员生活工作不利 对航海仪器的使用不利 对船舶结构不利 货物容易发生移动 （二）船舶稳性的实用范围1、普通货船适宜的稳性范围 2、保证适宜稳性范围的经验方法 二层甲板船，二层舱的装货量应占全船载货总重量的35，底舱占65； 若需装载部分甲板货，其重量一般不超过10，且堆积高度不超过1/51/6B。 三层甲板船，上二层舱占20，下二层 舱占25，底舱占55。（三）船舶稳性的检验及判断1、测定船舶横摇周期 l IMO稳性规则中的公式：l L70m的船舶，IMO的建议简化公式：v 根据经验，万吨轮最适宜的横摇周期为15s16s。2.船上载荷横移或横向不对称增减1）载荷横向移动产生横倾角2）横向不对称加减载荷产生横倾角 3、观察征状法 1） 稳性过大的征状l 稍有风浪即摇摆剧烈，恢复较快。 2） 稳性过小的征状l 风浪较小，横倾较大，且恢复缓慢；l 用舵转向、拖轮拖顶时横倾异常；l 甲板上浪、货舱进水、油水使用左右不均等产生较大的横倾角或出现永倾角；l 在装卸过程中横倾异常。（四）稳性的调整 1、载荷垂移（船内问题） 单向移动载荷（适于不满舱） 双向轻重货等体积对调（适于满舱）2、载荷增减（船外问题）l 注意：dGM=要求的GM值调整前的GM值l 注意：因为通常情况下是少量载荷变动 调整稳性，所以可假定KM值不变。（五）船舶初始横倾调整1、初始横倾的原因：l 货物配置左右不均；货物装卸左右不均；l 油水使用左右不均；压载水左右不均；l 舱内货物横向移动；使用船吊装卸重大件货物。2、初始横倾角的存在对稳性的影响 使复原力矩减小，稳性降低。3、初始横倾的调整l 从产生的原因上加以消除。横向移动载荷或侧翼压载。（六）保证船舶适度稳性的措施1.了解船舶状况及航线情况2.合理配载3.合理调整船舶稳性4.货物紧密堆垛，防止大风浪航行中位移5.合理平舱6.尽量减少自由液面影响7.消除船舶初始横倾8.航行中做好货物检查和加固9.改变船舶与波浪的相对位置10.船长的责任第五节 稳性的调整（一） 载荷移动1、 船内重物水平移动2、 船内重物垂移 l 载荷下移，重心下移，Z取“+”，GM1增加；载荷上移，重心上移，Z取“”，GM1减小（二） 重量增减1、 重量大量增减2、 重量少量增减假定条件：（1）载荷变动时，稳心距基线高度KM保持不变； （2）载荷变动时，自由液面对初稳性的影响保持不变。（三）货物悬挂悬挂重物对稳性的影响：相当于将其重心从实际位置上移到悬挂点。GM1=GM-(四)船舶倾斜试验1、 试验目的 确定船舶的空船重心高度KG0和空船初稳性高度GM0。2、试验条件 新建船舶或经重大改建的船舶在出场前应进行倾斜试验。3、进行倾斜试验的注意事项 试验现场风力不大于2级，水面平静无流，无来往船只 船舶应尽量保持正浮空船状态，并系牢可移动物 尽量减少自由液面的存在 船上多余重量或不足重量对于空船排水量大于3000t的船舶，应不大于0.5L 倾斜角一般为2 4，但不得小于1 试验时缆绳应处于不受力状态船舶横倾角的调整假想船舶本来是正浮的，因配载不当等原因，使少量载荷P“横移”了距离Y，因而出现横倾角。因此，将船舶调整回正浮状态有以下二种方法（参考图35，注意，仅为示意图）： 1横移船内载荷 将倾斜一侧的少量载荷P横向回移距离Y。 2装卸少量载荷 装卸少量载荷最常见的方法是在边压载舱打排压载水。（1）将倾斜一侧横向距中纵剖面距离Y处的少量载荷P卸载；（2）在对称一侧横向距中纵剖面距离Y处加装少量载荷P。设调整前船舶排水量为，初稳性高度为GM 。无论是横移船内载荷还是装卸载荷，其中少量载荷P均由下式计算：注意：（1）不论横移或装卸，只与横移或装卸的方向及P*Y乘积有关，而与起始位置、终了位置无关。（2）通过装卸少量载荷调整横倾至正浮，计算时不受排水量和初稳性高度变化的影响，只与装卸前的排水量和初稳性高度有关；但如果是将横倾从1调整为2，则计算时与装卸后的排水量和初稳性高度有关。（3）（3.16）式适用于小倾角范围。三船舶初稳性高度的调整调整初稳性高度GM主要是调整船舶重心高度KG，方法有垂向移动船内载荷和装卸少量载荷两种。 1垂向移动船内载荷载荷上移，稳性下降，反之，载荷下移，稳性上升。设船舶排水量为，移动载荷前、后的初稳性高度分别为GM和GM1，其变化量为GM。现将少量载荷P垂移，移距为Z 。则载荷与移距的乘积P*Z由下式计算： P*Z = *（GM1 GM）= *GM （3.17） 2装卸少量载荷由（3.5）式，若少量载荷P装卸前后，船舶初稳性高度保持不变，则d +P/200TPC ZP GM = 0。换言之，若