第二章-浮性..ppt

第二章浮性 船舶各种漂浮状态及平衡时的平衡条件 船舶各种浮性参数的计算原理与计算方法 本章主要内容 如水线面面积S及漂心xF 排水体积及体积心 浮性 船舶在一定装载情况下具有漂浮在水面 或浸没水中 保持平衡位置的能力 第二章浮性 浮体漂浮于静水面一定位置时 作用的力有两个 船舶重力W 船舶浮力 重力是由船舶本身各部分的重量 自重和载荷重 所组成的合力 合力的作用点G称为船舶的重心 浮力是由船舶水下部分静水压力产生的合力 合力的作用点B为浮心 一 船舶平衡条件 2 1浮性概述 阿基米德原理 物体水中所受到的浮力等于该物体所排开的水的重量 即 船舶排水量 船舶排水体积 水的重量密度 t m3 淡水 1 0t m3 海水 1 025t m3 船舶平衡条件 1 重力与浮力的大小相等方向相反 即W 2 重心G与浮心B在同一铅垂线上 浮心B也就是排水体积 的形心 船舶平衡条件 船舶平衡条件 浮态 船舶浮于静水的平衡状态称为浮态 为确切描述其位置 选用固定在船上的直角坐标系 坐标原点O 基平面 中线面和中站面的交点 OX轴 基平面与中线面的交线 轴的正方向指向首 OY轴 基平面与中站面的交线 轴的正方向指向右舷 OZ轴 中线面与中站面的交线 轴的正方向指向上 直角坐标系 船舶的浮态 船舶的浮态 1 正浮船舶漂浮于静水面 船体中纵剖面和中横剖面都垂直于水面的一种浮态 ox oy轴水平 和静水面平行 无横倾和纵倾 平衡条件表达参数吃水T 船舶的浮态 2 横倾船舶自正浮状态向左舷或右舷方向倾斜的一种浮态 ox轴是水平的 中纵剖面与铅垂面成一角度 即正浮时水线面与横倾后的水线面的夹角 横倾角 船舶横倾的大小以横倾角表示 有正负 正值 右舷方向横倾 负值 左舷方向横倾 船舶的浮态 平衡条件表示参数吃水T 横倾角 船舶的浮态 3 纵倾船舶自正浮位置向船尾方向或船首方向倾斜的一种浮态 oy轴是水平的 船体中纵剖面垂直于水面 中横剖面与铅垂平面相交成一角度 即正浮时水线面与纵倾后水线面相交的角度 纵倾角 船舶纵倾大小用首尾吃水差或纵倾角表示 正负 首倾为正值 尾倾为负值 船舶的浮态 平衡条件表示参数平均吃水 纵倾角 船舶的浮态 4 任意状态船舶既有横倾又有纵倾的一种浮态 其平衡方程 一般船舶设计或正常使用情况下 都应处于正浮状态或稍有尾倾状态 横倾 大角度纵倾状态和任意状态由于外力作用或船上重量位置的改变或船舶破损后进水等引起 对船舶的使用以及航海性能不利 船舶的浮态 W xB xG zG zB tg yB yG zG zB tg T TF TA 2横倾角 纵倾角 浮态表示 总结 依据总布置及有关图纸确定 依据型线图和型值表及水线面位置确定 船舶的重量W及其重心 船舶排水体积 及其浮心 浮性和稳性的关键问题 研究四者关系 2 2船舶重心位置的计算 船舶总重量是船上各项重量的总和 若已知各个项目的重量Wi 则船舶总重量为 W W1 W2 W3 Wn 式中 n 组成船舶总重量的各个重量项目的数目 若已知各个项目的重量Wi的重心坐标位置 xi yi zi 则船舶的重心位置 xG yG zG 可按下式求得 船舶总重量 空船重量 船体本身各部件的重量 包括船体钢料 木作舾装 机电设备以及武器等 重量和重心在使用过程中固定不变 称为固定重量 船舶总重量 包括货物 船员 行李 旅客 淡水 粮食 燃油 润滑油以及弹药等 重量和重心在使用过程中变化 称为变动重量 载重量 船上装载的各项重量 船舶重量项目的分类 船舶排水量 空船重量 载重量 随装载情况不同而变化 排水量定义 排水量随装载情况变化 引起船舶的各种技术性能发生变化 为了反映各种装载状态的船舶的技术性能 军用舰艇和民用船舶都有各自相应的排水量定义 一 民用船舶排水量定义 1 空载排水量 指船舶在全部建成后交船时的排水量 即空船船重量 船舶排水量 空船重量 载重量 空载出港 无客无货时 燃料 润滑油 淡水 粮食及其他给养物品都按设计所规定的数量带足 空载到港 无客无货航行到终点时 通常假定消耗品还剩余10 的情况 2 满载排水量 指船舶装载预先规定的设计载重量的排水量 满载出港 客货按设计满额装载时 燃料 润滑油 淡水 粮食及其他给养物品都按设计所规定的数量带足 如果没有特别说明 满载排水量就是指满载出港排水量 民用船舶的满载出港排水量就是它的最大排水量通常也作为民用船舶的设计排水量 满载到港 客货按设计满额装载航行到终点时 通常假定消耗品还剩余10 的情况 排水量定义 二军用舰艇排水量定义 1 空载排水量 指建造全部完工后军舰的排水量 即空船重量 2 标准排水量 指人员配备齐全 必需的供应品备足 作好出海作战准备时的排水量 3 正常排水量 指正式试航时的排水量 即相当于标准排水量加上保证50 航程所需的燃料 润滑油和锅炉用水的重量 4 满载排水量 相当于标准排水量加上保证全航程所需的燃料 润滑油和锅炉用水的重量 5 最大排水量 指船舶装载预先规定的设计载重量的排水量 规定为军用舰艇的设计排水量 排水量定义 2 3船舶排水体积和浮心位置的计算 排水体积和排水体积形心坐标的计算是根据型线图和型值表来进行的 基本内容 在计算船舶的排水体积时 用若干个与任一坐标平面平行的平面把船舶水下体积分割成若干个薄层微体积算出这些薄层微体积 并求其总和 即船舶的排水体积 计算排水体积形心坐标时 要先算出薄层微体积对某一坐标平面的静矩 并求出这些静矩总和 然后将其总和除以排水体积 即得排水体积的形心距该平面的距离 计算方法有两种 1水下体积沿轴垂向分割 2水下体积沿轴纵向分割 即根据 1水线面计算 2横剖面计算 一 水线面计算方法 吃水为T处的水线面面积 水线面面积对oy轴的静矩 漂心纵向坐标 船舶排水体积和浮心位置的计算 吃水z和z dz间的微体积 微体积对基平面静矩 微体积对中站面静矩 船舶排水体积和浮心位置的计算 吃水d时的排水体积 排水体积对中站面静矩 排水体积对基平面静矩 船舶排水体积和浮心位置的计算 浮心的纵坐标和垂向坐标 正浮时yB 0 船舶排水体积和浮心位置的计算 二 横剖面计算法 1 基本公式 船舶排水体积和浮心位置的计算 船舶排水体积和浮心位置的计算 采用垂向积分或纵向积分法 依据水线面要素 垂向积分 纵向积分 依据横剖面要素 依据型线图和型值 用若干个与基平面平行的平面 把船舶水下体积分割成若干薄层微体积 再沿垂向积分 得船舶的排水体积 微体积对某一个坐标平面求静矩 再沿垂向积分 然后将其除以排水体积 即得到浮心相对该坐标平面的坐标 用若干个与中横剖面平行的平面 把船舶水下体积分割成若干薄片微体积 再沿纵向积分 得船舶的排水体积 微体积对某一个坐标平面求静矩 再沿纵向积分 然后将其除以排水体积 即得到浮心相对该坐标平面的坐标 正浮状态 其它浮态 船舶排水体积和浮心位置的计算 总结 纵向和垂向积分计算系统 只是积分的先后次序不同 而在吃水为T时的排水体积以及浮心坐标的结果是相同的 在船舶设计时 计算正浮排水体积和浮心坐标采用垂向积分较为方便 纵倾时多采用纵向计算方法 船舶排水体积和浮心位置的计算 浮性曲线 对于不同的吃水 算出相应水线下水线面面积AW 漂心纵向坐标xf 排水体积 浮心坐标xB和zB 横剖面面积AS等 将这些参数的计算结果绘制出曲线称为浮性曲线 浮性曲线及其特性 1 横剖面面积曲线 反映了船舶排水体积沿船长方向的分布情况 特性 1 2 3 浮性曲线及其特性 2 水线面面积曲线 反映了船舶排水体积沿吃水方向的分布情况 曲线特征 某一吃水T下包围的面积 该吃水下的排水体积包围面积的形心垂向坐标 浮心垂向坐标垂向菱形系数 浮性曲线及其特性 定义 船舶正浮时吃水每增加 或减小 1厘米时 引起排水量增加 或减小 的吨数称为每厘米吃水吨数TPC 它随吃水不同而不同 曲线形状与水线面面积曲线完全类似 船舶在吃水为T时的水线面面积为Aw 吃水改变的排水体积变化 TPC只与Aw有关 如已知船舶在吃水T时的TPC值 可迅速求出装卸小量货物p吨 10 排水量 后的平均吃水变化量 具体应用 3 每厘米吃水吨数曲线 浮性曲线及其特性 4 排水体积曲线 排水体积曲线包括 型排水体积曲线 由型线图计算所得体积总排水体积曲线 由型排水体积乘以船壳系数所得排水量曲线 由总排水体积乘以水的重量密度所得 浮性曲线及其特性 排水体积曲线特性 1 在任意吃水Ti时的排水体积曲线与o轴所围的面积OEF等于该吃水下的水线面面积曲线与oZ轴所围的面积OAB对oAw轴的静矩 即排水体积曲线与o轴所围面积OEF等于排水体积对基平面的静矩 浮性曲线及其特性 排水体积曲线特性 浮性曲线及其特性 2 排水体积曲线和OZ轴所围的面积OAE等于排水体积对吃水Ti OA所对应的水平面的静矩 排水体积曲线特性 浮性曲线及其特性 3 通过排水体积上任一点E的切线与oZ轴的夹角的正切等于该处的水线面面积 1 当时 如漂心纵向坐标曲线和浮心纵向坐标曲线是以同一比例给出 则在漂心纵向坐标曲线与浮心纵向坐标曲线相交处 浮心纵向坐标曲线有最大值或最小值 2 当吃水变化dz时 浮心纵向坐标变化量为 3 xB xF曲线 T越大 越靠近船中位置 浮性曲线及其特性 5 浮心纵向坐标曲线 6 浮心垂向坐标特性 结论 由于浮心总是在水线以下 即Z ZB 0 因此船舶的浮心垂向坐标曲线总是随吃水或排水量的增加而增长的 浮性曲线及其特性 邦戎曲线 定义 以各站号处的吃水为纵坐标 横剖面面积为横坐标形成的一组曲线称为邦戎曲线 19世纪末由法国人邦戎最早制成使用得名 使用中 为便于确定纵倾水线下的浮心及各舱形心的垂向坐标 图上还画出横剖面面积曲线对基面静矩曲线 2 4船舶在纵倾状态下排水体积和浮心坐标计算 邦戎曲线 邦戎曲线 横剖面面积求解步骤 1 根据船舶的首吃水和尾吃水在邦戎曲线图上作出纵倾水线W1L1 2 自纵倾水线与各站号垂线的交点作平行与基线的直线 并分别与各站的As f z 曲线相交于 与各站的Moy f z 曲线相交于 根据各自的曲线比例量出各站的横剖面面积和面积对基平面的静矩 3 根据量出的数值 可绘制该纵倾水线W1L1下的横剖面面积曲线As f x 及横剖面静矩曲线Moy f x 4 根据横剖面面积曲线的特征 可知该曲线As f x 下的面积及其形心纵向坐标分别为船舶在纵倾水线下的排水体积和浮心纵向坐标 5 同理 横剖面面积对基平面的静矩曲线Moy f x 下的面积等于排水体积对基平面的静矩 将此静矩除以排水体积后 便得到浮心垂向坐标 邦戎曲线 邦戎曲线的应用 邦戎曲线用途 可算出任意纵倾水线下 含正浮状态 排水体积和浮心位置 可以计算稳性 舱容 可浸长度 总强度等 2 6在水的重量密度改变时船舶浮态变化 一 吃水变化 为船在吃水T1时的排水体积 为船在吃水T1时的水线面面积 讨论 淡水 海水 d 0 则dT0 吃水增大 二 浮心变化 讨论 1 对大多数船舶而言xf小于xb 即xf0 dxb 0 浮心向船首移动同时船舶的重量都没有改变 浮心和重心不在同一铅垂线上 便形成纵倾力矩 是船舶发生尾倾 海水 淡水 使船舶发生首倾 2 xf xb浮心 漂心在同一铅垂线上 改变对纵倾无影响 3 T zb 0淡水 海水 d 0 dzb0 dzb 0浮心向上移动 2