第二章-浮性.

1、第二章第二章 浮性浮性第二章第二章 浮性浮性一一、船舶平衡条件、船舶平衡条件2-1 浮性概述浮性概述WGB阿基米德原理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物体水中所受到的浮力等于该物体所排开的水的重量的重量，即，即 = 船舶排船舶排水量；水量； 船舶排水船舶排水体积；体积； 水的重量密度，水的重量密度，t/m3。淡淡水水 =1.0t/m3 ，海，海水水 =1.025t/m3船舶平衡条件船舶平衡条件yzxo(1)重力与浮力的大小相等方向相反重力与浮力的大小相等方向相反，即，即 W= (2)重心重心G与浮心与浮心B在同一铅垂线上。在同一铅垂线上。 浮心浮心B也就是排也就是排水体积水

2、体积 的形心。的形心。船舶平衡条件船舶平衡条件船船舶的浮态舶的浮态浮态浮态正浮正浮横倾横倾纵倾纵倾横倾纵倾横倾纵倾吃水吃水（T）横倾横倾角（角（ ）纵倾纵倾角（角（ ）表示方法船船舶的浮态舶的浮态1、正浮、正浮l船船舶漂浮于静水面，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一一种种浮态，浮态，ox、oy轴轴水平（和静水面平行），水平（和静水面平行），无横倾和无横倾和纵倾。纵倾。平衡条件平衡条件表表达参数达参数 吃水吃水 TBG0(,y0y0 )GBBGWxxyy 船舶左右舷对称，正浮时 浮心在对称面上根据平衡条件船船舶的浮态舶的浮态2、横倾、横倾

3、船舶自正浮状态向左舷或右舷方向倾斜的一种浮态。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的水线面的夹角 （横倾角）（横倾角） 。l船舶横倾的大小以横倾角表示船舶横倾的大小以横倾角表示 ，有正负：，有正负： 正值，右舷方向横倾；正值，右舷方向横倾； 负值，左舷方向横倾。负值，左舷方向横倾。 船船舶的浮态舶的浮态平衡条件平衡条件表示参数表示参数 吃水吃水 T ，横倾角，横倾角 ()GBBGGBWxxyyzztg 船船舶的浮态舶的浮态 3、纵倾、纵倾l船舶自正

4、浮位置向船尾方向或船首方向倾斜的一种浮态。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轴轴是水平的，船体中纵剖面垂直于水面是水平的，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“纵倾纵倾角角”，船舶纵倾大小用首尾吃水差或纵倾角表示。，船舶纵倾大小用首尾吃水差或纵倾角表示。l正负：正负：首倾为正值；尾倾为负值。首倾为正值；尾倾为负值。船船舶的浮态舶的浮态 平衡条件平衡条件 表示参数表示参数 平均吃水平均吃水 ，纵倾角，纵倾角 。()BGGBGBWxxzz tgyy 2

5、AFTTT船船舶的浮态舶的浮态4、任意状态、任意状态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。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舶破损后进水等引起，对船舶的使用以及航海性能不利。利。船船舶的浮态舶的浮态W= = xBxG =(zGzB)tg yByG =(zGzB )tg T=(TF+TA)/2 横倾角横倾角 纵倾角纵倾角 浮态表示浮态表示 依据总布置及依据总布置及有关有

6、关图纸确图纸确定定依据型线图和依据型线图和型值表及水线型值表及水线面位置确定面位置确定船舶的船舶的重量重量W及其及其重心重心船舶船舶排水体积排水体积及其及其浮心浮心 浮性和稳性的关键问题浮性和稳性的关键问题研研究究四四者者关关系系2-2 船舶重心位置的计算船舶重心位置的计算船船舶总重量是船上各项重量的总和。舶总重量是船上各项重量的总和。若已知各个项目的若已知各个项目的重量重量W i ，则船舶总重量为：，则船舶总重量为： W= W1+W2+W3+W n= 式中：式中：n 组成船舶总重量的各个重量项目的数目。组成船舶总重量的各个重量项目的数目。niiW1niiiniiGniiiniiGniiini

7、iGWzWzWyWyWxWx111111/若若已知各个项目的重量已知各个项目的重量W i的重心的重心坐标位置（坐标位置（ x i、y i、z i ），则船），则船舶的重心位置（舶的重心位置（ x G、y G、z G ）可按下式求得：可按下式求得：船舶重量项目的分类船舶重量项目的分类 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。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：船舶都有各自相应的排水量定义：一、民用船舶排水量定义一、民用船舶排水量定义

8、（1）空载排水量：）空载排水量：指船舶在全部建成后交船时的排指船舶在全部建成后交船时的排水量，即水量，即空空船船船重船重量。量。空载出港：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。设计所规定的数量带足。空载到港：空载到港：无客无货航行到终点时，通常假定消耗品还剩余无客无货航行到终点时，通常假定消耗品还剩余10%的情况。的情况。（2）满载排水量：）满载排水量：指船舶装载预先规定的设计载重量指船舶装载预先规定的设计载重量的排水量。的排水量。（1）空载排水量：）空载排水量：指建造全部完工后军舰的排水量，

9、指建造全部完工后军舰的排水量， 即即空船重量空船重量。（2）标准排水量：）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。战准备时的排水量。（3）正常排水量：）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指正式试航时的排水量，即相当于标准排水量加上保证保证50%航程所需的燃料、润滑油和锅炉用水的重量。航程所需的燃料、润滑油和锅炉用水的重量。（4）满载排水）满载排水量：量：相当于标准排水量加上保证全航程所需的燃料、润滑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。油和锅炉用水的重量。（5）最大排

10、水量）最大排水量：指船舶装载预先规定的设计载重量的排水量。指船舶装载预先规定的设计载重量的排水量。规规定为定为军用舰艇的设计排水量军用舰艇的设计排水量。2-3 船舶排水体积和船舶排水体积和浮心位置的计算浮心位置的计算 l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。来进行的。基本内基本内容：容：p 在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

11、总和，即求其总和，即船舶的排水体船舶的排水体积积；p计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，即得排排水体积的形心距该平面的距离水体积的形心距该平面的距离。计算方法有两种：计算方法有两种： 1水下体积沿轴垂向分割；水下体积沿轴垂向分割； 2水下体积沿轴纵向分割。水下体积沿轴纵向分割。 即根据：即根据： 1水线面计算；水线面计算； 2横剖面计横剖面计算。算。一、水线面计算方法一、水线面计算方法吃水为吃水为T处的水线面

12、面积：处的水线面面积：水线面面积对水线面面积对oy轴的静矩：轴的静矩：漂心纵向坐标：漂心纵向坐标：2/2/2LLWydxA2/2/2LLoyxydxM2/2/2/2/LLLLWoyFydxxydxAMx船舶排水体积和船舶排水体积和浮心位置的计算浮心位置的计算 dzAdWdzxAxddMFWFyozdzzAzddMWxoy船舶排水体积和船舶排水体积和浮心位置的计算浮心位置的计算 吃水吃水d时的排水体积：时的排水体积：排水体积对中站面静矩：排水体积对中站面静矩：排水体积对基平面静矩：排水体积对基平面静矩：/200/22TTLyozWFLMA x dzxydxdz /200/22TTLxoyWLMA

13、 zdzzydxdz /200/22TTLWLA dzydxdz 船舶排水体积和船舶排水体积和浮心位置的计算浮心位置的计算 /200/2/200/2TTLWFyozLBTTLWLA x dzxydxdzMxA dzydxdz /200/2/200/2TTLWxoyLBTTLWLA zdzzydxdzMzA dzydxdz 船舶排水体积和船舶排水体积和浮心位置的计算浮心位置的计算 二、横剖面计算法二、横剖面计算法1、基本公式、基本公式dxAdS022TSsdAy dzAydz220222LLTLLSA dxydzdx 船舶排水体积和船舶排水体积和浮心位置的计算浮心位置的计算 xyozSxoyAS

14、AdMx AdxdMzAdxz是离中站面 处的横剖面面积的形心垂向坐标oy 0oy 002TTATSMzydzzydzMzAydz220222202222LLTyozLLyozSBLLTxoyLLxoyASABMMxA dxxydzdxxMMz A dxz ydzdxz 船舶排水体积和船舶排水体积和浮心位置的计算浮心位置的计算 船舶排水体积和船舶排水体积和浮心位置的计算浮心位置的计算 纵向和垂向积分计算系统，只是积分的先后次序不纵向和垂向积分计算系统，只是积分的先后次序不同，而在吃水为同，而在吃水为T时的排水体积以及浮心坐标的结时的排水体积以及浮心坐标的结果是相同的。果是相同的。在船舶设计时，

15、计算在船舶设计时，计算正浮正浮排水体积和浮心坐标采用排水体积和浮心坐标采用垂向积分较为方便，垂向积分较为方便，纵倾纵倾时多采用纵向计算方法。时多采用纵向计算方法。船舶排水体积和船舶排水体积和浮心位置的计算浮心位置的计算 浮性曲线浮性曲线：对于不同的吃水，算出相应水线下水线面面：对于不同的吃水，算出相应水线下水线面面积积AW，漂心纵向坐标，漂心纵向坐标xf，排水体积，排水体积，浮心坐标，浮心坐标xB和和zB，横剖面面积横剖面面积AS等，将这些参数的计算结果绘制出曲线称等，将这些参数的计算结果绘制出曲线称为浮性曲线。为浮性曲线。浮性曲线及其特性浮性曲线及其特性 1、横、横剖面面积剖面面积曲线曲线：

16、反映了船舶排水体积沿船长方向的分布情况。：反映了船舶排水体积沿船长方向的分布情况。特性： （1） （2） （3）22LLSA dx 2222LLSBLLSxA dxxA dxabcdpMCA L曲线所围面积矩形面积浮性曲线及其特性浮性曲线及其特性 2、水线面面积水线面面积曲线：曲线：反映了船舶排水体积沿吃水方向的分布情况。反映了船舶排水体积沿吃水方向的分布情况。dzATw0TwTwBdzAdzAzz00TAOCDFOCDECVPwd面积面积曲线特征：曲线特征：l某一吃水某一吃水T T下包围的面积下包围的面积=该吃水下的排水体积该吃水下的排水体积l包围面积的形心垂向坐标包围面积的形心垂向坐标=浮

17、心垂向坐标浮心垂向坐标 l垂向菱形系数垂向菱形系数浮性曲线及其特性浮性曲线及其特性 wwATAT T11100Tcmm100wATPC( )100pTmTPC具体应用具体应用3、每厘米吃水吨数曲线每厘米吃水吨数曲线浮性曲线及其特性浮性曲线及其特性 4、排水体积曲线排水体积曲线排排水体积曲线包括：水体积曲线包括：型型排水体积排水体积曲线：曲线：由由型线图计算所得体积型线图计算所得体积总总排水体积曲线排水体积曲线 ：由由型排水体积乘以船壳系数所得型排水体积乘以船壳系数所得排水量排水量曲线曲线 ：由由总排水体积乘以水的重量密度总排水体积乘以水的重量密度所得所得K浮性曲线及其特性浮性曲线及其特性 排排

18、水体积曲线特性水体积曲线特性xoyOEFBMSz （1） 在任意吃水在任意吃水Ti时的排水体积曲线与时的排水体积曲线与o 轴所围的面积轴所围的面积OEF等等于该吃水下的水线面面积曲线与于该吃水下的水线面面积曲线与oZ轴所围的面积轴所围的面积OAB对对oAw轴的轴的静矩，即排水体积曲线与静矩，即排水体积曲线与o 轴所围面积轴所围面积OEF等于排水体积等于排水体积 对对基平面的静矩基平面的静矩。i浮性曲线及其特性浮性曲线及其特性 排排水体积曲线特性水体积曲线特性浮性曲线及其特性浮性曲线及其特性 （2）排水体积曲线和）排水体积曲线和OZ轴所围的面积轴所围的面积OAE等于排水体积等于排水体积 对吃水对

19、吃水Ti=OA所对应的水平面的静矩。所对应的水平面的静矩。i00()1()OAEOAEFOEFiiBiiBiTiTiOEAiBiBiiiiSSSTzTzSdzTzzTdzT 排排水体积曲线特性水体积曲线特性浮性曲线及其特性浮性曲线及其特性 （3）通过排水体积上任一点）通过排水体积上任一点E的切线与的切线与oZ轴的夹角的正切等于该轴的夹角的正切等于该处的水线面面积处的水线面面积wiA0tantanTwwwiiiwidA dzAdzdAdzAEAcAcAcA 即0BFdxdxFBxx（1）当）当 时时 , 如漂心纵向坐标曲线和浮心纵向坐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

20、纵向坐标曲线与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。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）当吃水变化dz时，浮心纵向坐标变化量为时，浮心纵向坐标变化量为（3）xB、xF曲线，曲线，T越大，越靠近船中位置。越大，越靠近船中位置。()()WBFBFBAddxxxdzxx浮性曲线及其特性浮性曲线及其特性 5、浮心浮心纵向坐标曲线纵向坐标曲线6、浮心垂向坐标特性浮心垂向坐标特性l结论结论：由于浮心总是在水线以下，即：由于浮心总是在水线以下，即Z-ZB0，因此船舶的，因此船舶的浮心垂向坐标曲线总是随吃

21、水或排水量的增加而增长的。浮心垂向坐标曲线总是随吃水或排水量的增加而增长的。()wBBAdzzzdz浮性曲线及其特性浮性曲线及其特性 。24 船舶在纵倾状态下排水体积和浮心坐标计算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）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）自纵倾水线与各站号垂线的交点作平行与基线的直线，并分别与各站的各站的As=f(z)曲线相交于曲线相交于 ，与各站的，与各站的Moy=f(z)曲线相交于曲线相交于 ，根据各自的曲线比例量出各

22、站的横剖面面积和面积对基平面的静矩；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）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下的横剖面面积曲线As=f(x)及横剖面静矩曲线及横剖面静矩曲线Moy=f(x)。4）根据横剖面面积曲线的特征，可知该曲线）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。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）同理，横剖面面积对基平面的静矩曲线Moy=f(x)

23、下的面积等于排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。坐标。oyiMsiA邦戎曲线邦戎曲线邦戎曲线的应用邦戎曲线的应用邦戎曲线用途：n 可算出任意纵倾水线下（含正浮状态）排水体积和浮心位置；n 可以计算稳性、舱容、可浸长度、总强度等。2-6 在在水的重水的重量密量密度改变时船舶浮态变化度改变时船舶浮态变化 一、吃水一、吃水变化变化12222122()()wwwdA dTA dTdA dT 2wddTA112Bww pBW PCLBTACLBCddTTC WA讨论讨论：淡水淡水 海水海水，d0，则，则dT0，吃水减小；吃水减小； 海水海水 淡水淡水，d0，吃水增大。吃水增大。二、浮心变化二、浮心变化22()()wBFBwBFBAdxdxxdTdzAddxxx 12()BBddzTz 讨论讨论（1）