第三章 船舶稳性.ppt

第三章船舶稳性 稳性的定义 第三章船舶稳性 船舶稳性是指船舶在外力矩作用下偏离其初始平衡位置而倾斜 船舶具有抵抗外力并当外力矩消除后船舶还具有恢复原来平衡状态的能力 第一节船舶稳性基本概念一 船舶平衡的3种状态船舶漂浮于水面上 其重力为W 浮力为 G为船舶重心 B为船舶初始位置的浮心 在某一性质的外力矩作用下船舶发生倾斜 由于倾斜后水线下排水体积的几何形状改变 浮心B移至B1点 当外力矩消失后船舶能否恢复到初始平衡位置 取决于它处在何种平衡状态 第三章船舶稳性 第三章船舶稳性 第三章船舶稳性 1 稳定平衡船舶倾斜后在重力W和浮力 的作用下产生一稳性力矩 在此力矩作用下 船舶将会恢复到初始平衡位置 称该种船舶初始平衡状态为稳定平衡状态 第三章船舶稳性 2 随遇平衡船舶倾斜后在重力W和浮力 的仍然作用在同一垂线上而不产生力矩 因而船舶不能恢复到初始平衡位置 称该种船舶平衡状态为随遇平衡状态 第三章船舶稳性 3 不稳定平衡船舶倾斜后在重力W和浮力 的作用下产生一倾覆力矩 在此力矩作用下船舶将继续倾斜 称该种船舶初始平衡状态为不稳定平衡状态 第三章船舶稳性 稳性不足的后果 第三章船舶稳性 第三章船舶稳性 第三章船舶稳性 2 船舶平衡状态的判别定义 船舶正浮时浮力作用线和倾斜后浮力作用线的交点定义为稳心 以字母M表示 与稳心位置有关的因素 船舶吃水 或排水量 船舶倾角不同 原因 船舶倾斜后的吃水状态发生变化 船舶的平衡状态分类 稳定平衡 重心G在稳心M之下 GM 0 MR 0随遇平衡 重心G与稳心M重合 GM 0 MR 0不稳定平衡 重心G在稳心M之上 GM 0 MR 0 第三章船舶稳性 处于稳定平衡状态的船舶 其复原能力的大小取决于倾斜后产生的稳性力矩或复原力矩的大小 MS 9 81 GZ 9 81 GMsin 二 船舶稳性的分类1 按倾斜方向分类横稳性 系指船舶在横倾力矩的作用下 饶纵向X轴的横向倾斜称为横倾 船舶在横倾时的稳性称为横稳性 纵稳性 指船舶在纵倾力作用下 绕横向Y轴的纵向倾斜称为纵倾 船舶在纵倾时的稳性称为纵稳性 第三章船舶稳性 2 按倾角大小分类 1 初稳性 Initialstability 船舶微倾时所具有的稳性 小倾角稳性 微倾在实际营运中将倾角扩大至10 15 2 大倾角稳性 Stabilityatlargeangleofinclination 倾角大于10 15 时的稳性 3 按作用力矩的性质分类静稳性 指船舶在倾斜过程中 不计及角加速和惯性矩时的稳性 它是研究倾斜力矩和稳性力矩之间的静平衡问题 动稳性 指船舶在动力作用下倾斜时 及计角加速或角速度的倾斜称为动力倾斜 船舶在动力倾斜时的稳性称为动稳性 它是研究倾斜力矩所作功和稳性力矩所作功之间的动平衡问题 第三章船舶稳性 4 按船舱是否进水分类船体在完整状态的稳性称为完整稳性 船体破损进水后的稳性称为破损稳性 研究破损稳性对海难应急意义重大 第三章船舶稳性 第二节船舶初稳性三个假设前提 1 船舶在微倾条件下 倾斜轴过初始水线面的面积中心即初始漂心F 2 过初始漂心F微倾后船舶排水体积不变 3 当排水量一定时 船舶的稳心M点为一定点 第三章船舶稳性 一 船舶初稳性的基本标志船舶在小倾角条件下 静稳性力矩MS可表示为 第三章船舶稳性 式中 GM表示船舶重心G与稳心M间的垂直距离 称为初稳性高度 Initialstabilityhight GM 船舶倾角结论 在排水量及倾角一定的情况 静稳性力矩的大小取决于重心和稳心的相对位置 即取决于GM的大小 当M点在G点之上 GM为正值 此时船舶具有稳性力矩并与GM值成正比 当当M点在G点之下 GM为负值 此时船舶具有倾覆力矩并与GM值成正比 当M点和G点重合 GM为零 此时稳性力矩为零 GM可以作为衡量船舶初稳性大小的基本标志 欲使船舶具有稳性 必须式GM 0 第三章船舶稳性 由公式可知 静稳性力矩MS与排水量成正比 在排水量较小的状态下 欲保持一定的静稳性力矩 则必须增大船舶的初稳性高度 初稳性方程 MS 9 81 GZ 9 81 GMsin 衡量标志 GM 影响初稳性因素 GM MS 规定 与外力矩Mh反向时 MS 0与外力矩Mh同向时 MS 0 第三章船舶稳性 第三节载荷变动对稳性的影响及计算船上载荷变动包括载荷移动 重量增减和货物悬挂 它们对船舶稳性的影响是不同的 一 载荷移动移动原因 航行中的摇晃 配载时的调整船舶稳性等 1 船内重物水平移动平衡了移动原理 移动力则需附加力偶 且力偶大小 力 移动距离注意 只改变浮态 倾角 不改变初稳性高度由于浮力和重力不再作用于同一垂线上而形成力偶 该力偶矩将迫使船舶向重物移动方向的一侧横倾 第三章船舶稳性 第三章船舶稳性 2 船内重物垂移将引起船舶重心的垂向改变 从而导致初稳性高度的变化 公式推导 平行力移动原理注意 只改变重心高度 稳性 不改变浮态 倾斜度 第三章船舶稳性 二 重量增减1 重量大量增减 P 10 1 求载荷变动后的排水量设船舶原排水量为 原重心距基线高度为KG 则载荷变动后的排水为 2 根据载荷变动后的排水量 1查表确定新的横稳心距基线高度KM1 3 计算确定载荷变动后的船舶重心高度KG1 4 计算载荷变动后的初稳性高度 第三章船舶稳性 2 重量少量增减 P 10 假设 KM 0 即KM不变 则 第三章船舶稳性 三 货物悬挂悬挂载荷的倾侧力矩悬挂载荷对船舶初稳性的影响 第三章船舶稳性 显而易见 悬挂货物对初稳性的影响相当于把货物自重心点垂直移到悬挂点处 从而使船舶重心点上移 致使初稳性高度减少了 可以把它的重心理解为悬挂点处 悬挂点称为悬挂重物的虚重心 第三章船舶稳性 第四节船舶大倾角静稳性一 大倾角静稳性基本概念横倾角大于10 15 时对应的稳性即为大倾角稳性 1 大倾角稳性和初稳性的区别 1 两者对应的船舶横倾角不同 2 船舶在大倾角横倾时相邻两浮力作用线交点不再为定点M 3 船舶大倾角横倾时倾斜轴不再过初始水线面漂心 4 船舶大倾角稳性不能用GM作为基本标志来衡量 第三章船舶稳性 第三章船舶稳性 2 大倾角静稳性基本标志船舶在外力矩作用下发生大倾角倾斜 当外力矩消失后 船舶重力和浮力仍然形成力偶 其力矩即为静稳性力矩 表示式为MS GZ船舶在排水量一定的条件下 稳性力矩MS大小取决于船舶重心G到倾斜后浮力作用线的垂直距离 即取决于静稳性力臂GZ 并与GZ成正比 因此静稳性力臂GZ可以作为衡量大倾角稳性的基本标志 二 静稳性力臂的求算 自学 第三章船舶稳性 三 静稳性曲线1 定义为了反映静稳性力矩MS或静稳性力臂GZ随倾角 的变化规律 将MS或GZ与 关系绘制成一条曲线 该曲线称为静稳性曲线 第三章船舶稳性 2 静稳性曲线的主要特征 1 静稳性曲线在原点处的斜率静稳性曲线在原点处的斜率等于初稳性高度GM 2 静稳性曲线上的反曲点当横倾角增大至甲板浸水角时 静稳性曲线上升段出现一反曲点 3 静稳性曲线上的极值点反映出船舶在横倾中具有的最大静稳性力矩 臂 以及取得静稳性力矩 臂 最大值时船舶的倾斜状态 极值点对应的横倾角一般在35 45 左右 4 稳性消失点曲线与横坐标轴的交点即为稳性消失点 对应的横倾角称为稳性消失角 V 自0 V称为稳性范围 对于一般装载状态下的货船而言 V约为70 80 第三章船舶稳性 第三章船舶稳性 第五节船舶动稳性指船舶在动态外力矩作用下计及横倾角加速度和惯性矩的稳性 第三章船舶稳性 第七节船舶稳性检验与调整一 稳性过小或过大对船舶安全的影响1 稳性过小 1 不能保证船舶具有抵御风浪的能力 导致船舶翻沉 2 影响船舶正常操纵 3 船舶横摇周期增大 维持在倾斜状态的时间增长 对主辅机工况带来不利影响 第三章船舶稳性 2 稳性过大 1 船舶摇摆剧烈 船员工作生活不适 2 船用仪器使用不便 船舶结构受力过大 3 货物因剧烈摇摆而易于移动或翻倒 从而使船舶出现较大初始横倾 船舶稳性降低 甲板易于上浪 船舶操纵困难 具有倾覆的危险性 二 船舶稳性的检验及判断横摇周期定义 船舶横摇周期 是指船舶横摇一个全摆程所需的时间 s 船舶自正浮起横摇至一舷的倾角称为一个摆幅 4个摆幅称为一个全摆程 第三章船舶稳性 三 船舶稳性调整稳性调整的方法可概括为 船内载荷的垂向移动及载荷横向对称增减调整船舶初稳性高度 1 载荷垂移法调整GM载荷垂向移动调整船舶稳性的手段适应于配载计划编制阶段 由于载荷垂移前 后船舶排水量不变 故初稳心距基线高度KM不变 因此 载荷垂移所引起的船舶重心高度改变量在数值上就等于初稳性高度该变量 船舶在配载计划编制时 经校核后若稳性过大 可将载荷上移 反之将载荷下移 第三章船舶稳性 2 载荷增减调整GM船舶配载时 装载后或航行中在某些情况下可利用载荷增减方法调整稳性 载荷增减调整GM包括未满载时加压载水 吃水较大或满载时排压载水 加装货物及抛货 一般此种调整方法属于少量载荷增减 第三章船舶稳性 四 保证船舶适度稳性的措施归纳起来主要有以下若干项 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 第三章船舶稳性 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 第三章船舶稳性 第八节船舶稳性资料的应用一 船舶稳