《船舶管理》-第一章 第四节 任务三

船舶构造与适航性第四节船舶稳性控制任务三横倾及其纠正对于船体几何形状固定、结构和水密性均符合标准的船舶，其稳定性不仅受海上风浪强度的影响，还与船舶吃水深度d和船舶重心高度ZG密切相关，即取决于船舶的装载状态，换言之，与静稳性曲线的形态和幅度息息相关。1．静态横倾力矩与动态横倾力矩作用在船上的横倾力矩，若按其性质划分，可分为静态横倾力矩和动态横倾力矩。(1）静态横倾力矩船舶在横倾力矩的作用下，假定在倾斜的过程中不会产生角加速度（假想的过程）时，则该种横倾力矩称为静态横倾力矩，即船舶在倾斜过程中，当横倾力矩Mh等于船舶稳性力矩MS时，船舶就停止倾斜，处于平衡状态。因此，静态横倾力矩指的是船舶处于静平衡状态时，作用于船体的横倾力矩。在此力矩影响下，船舶的稳定性归属于静稳性范畴。(2）动态横倾力矩当作用在船上的横倾力矩导致船舶倾斜过程中产生角加速度时，这种横倾力矩被称为动态横倾力矩。船上的重物突然横移、横向突风作用、拖索急牵等情况所产生的力矩，均可视为动态横倾力矩。在动态横倾力矩的作用下，船舶在倾斜过程中，即使横倾力矩Mh与船舶稳性力矩Ms相等，船舶也不会立即停止倾斜，而是会在惯性的作用下继续倾斜一定角度。在船舶稳性研究中，假定船舶在倾斜过程中，静态横倾力矩和动态横倾力矩均被视为常量，即不随倾角和时间的改变而变化。船舶在动态横倾力矩作用下的稳性属于动稳性问题。2．静平衡与动平衡由于作用在船舶上的横倾力矩的性质不同，则船舶在倾斜过程中的平衡状态及其横倾角也不同。(1）静平衡如图1-81所示，船舶的稳性力矩以Ms曲线表示，而作用在船上的静态横倾力矩则为Mh。在船舶倾斜过程中，稳性力矩Ms随着倾斜角θ的增大而逐渐增加。由于受到静态横倾力矩的影响，当Ms与Mh相等时，船舶将停止继续倾斜，而是维持在Ms等于Mh所对应的角度上。这种平衡状态是力矩的均衡，因此被称为静平衡。其对应的横倾平衡角θs，被称为静横倾角。船舶的最大静稳性力矩为Msm，在静态横倾力矩作用下，船舶的稳性必须满足条件：Mh≤Msm。由此可见，船舶的最大静稳性力矩Msm是衡量其静稳性的关键指标，它反映了船舶抵抗静态横倾力矩作用的能力。然而，在实际情况下，船舶所受的横倾力矩通常是动态横倾力矩，因此必须采用动态横倾力矩来评估船舶的稳性。图1-81静平衡(2）动平衡当船舶受一个动态横倾力矩Mh作用时（如图1-82所示），船舶会带有一定的角加速度倾斜。所以当Mh=MR时，由于惯性作用船舶不会立即停止而将继续倾斜，直至动态横倾力矩对船舶所做的功Wh被稳性力矩所做的功Ws全部抵消掉，船舶不再继续倾斜。因此，动平衡的条件为Wh=WR，即船舶的动平衡实质上是功的平衡。具体而言，船舶在动态横倾力矩作用下的平衡状态，被称为动平衡。图1-82动平衡当Wh=WR时，所对应的横倾角度θd称为动横倾角。在同样大小的Mh作用下，θd比θs大许多。当船舶倾斜至θd时，不会再继续倾斜，但此时Ms>Mh，船舶在﹣Mx=Mh-Ms的作用下将向回摇，摇至某一角度Mh>Ms，又向外摇，经过反复左右摇摆，由于水的阻尼作用摆幅逐渐减小，最后停止在Mh=Ms所对应的θs角处。3．最小倾覆力矩Mq当横倾力矩增大时，如图1-83所示(a、b)，此时面积OME等于面积EFN。若Mh再增大，Wh>Ws，船舶不会有动平衡而将倾覆。在此极限情况下的横倾力矩Mh=OM，是使船舶倾覆的最小动态横倾力矩，称为最小倾覆力矩，通常以符号Mq表示。最小倾覆力矩Mq的大小是表示船舶抵抗动态横倾力矩的能力。因此，船舶在动态横倾力矩作用下，稳性应满足的条件为Mh≤Mq。图1-83最小倾覆力矩4．船舶受到的动态横倾力矩在海船稳性规范中，所规定的船舶稳性应满足的基本要求，即衡量船舶稳性的基本衡准，是以Mh≤Mq为依据。由于动态横倾力矩主要由海上突风引起的横倾力矩Mh所致，因此在稳性规范中将其称为风压倾侧力矩Mf，而最小倾覆力矩则为Mq。在稳性规范中，还考虑了浪的影响。影响风压倾侧力矩Mf大小的因素有：①航区海上风压（即作用在单位受风面积上风的压力P的大小），与船舶距离陆地的远近密切相关。通常情况下，离岸越远，风力越大。基于此，航区被划分为以下几类：I类航区（无限航区，风力最大）；II类航区（近海，风力相对较小）；III类航区（沿海，风力最小）。在不同航区航行的船舶，可能遭受的最大风压倾侧力矩存在差异，因而对船舶稳性的要求也各不相同。②船舶受风面积是指船体在水线以上的侧向受风面积。当船舶的大小和形状固定时，受风面积的大小与船舶的吃水深度d密切相关。具体而言，吃水深度越小（例如空载状态），船舶的受风面积随之增大，进而导致所受的风压倾侧力矩也相应增大。③受风面积中心距水面的高度，海上风压倾侧力矩的大小与距海平面的高度有关，距海平面高，则风压倾侧力矩也越大。由此可见，不同航区的船舶可能遭受的最大风压倾侧力矩存在差异。即使是同一艘船，当吃水深度发生变化时，所承受的风压倾侧力矩也会有所不同，因此对船舶稳性的要求也随之改变。在稳性规范中，还考虑了浪对最小倾覆力矩的影响。浪的影响与许多因素有关，如船舶种类，批龙骨总面积Ab。对船长L和船宽B乘积的比值（Ab/L*B),ZG/d；船舶自由横摇周期Tθ，和航区等。当上述诸因素一定时，船舶稳性主要与吃水d和重心距基线高度ZG有关。特别需要指出的是，由于航行过程中船舶燃料和淡水的消耗，船舶的吃水深度和重心位置会持续变化。因此，在同一个航次中，船舶在出港、航行中途以及到港时的最小倾覆力矩Mq是不同的，这也导致船舶的稳性在航行过程中有所差异。换言之，船舶在出港时可能满足稳性要求，但在到港时却不一定能继续满足这一要求。5．稳性基本衡准综上所述，当船体几何形状固定时，判断船的稳性是否达标的标准为：稳性衡准数K需满足K=Mq/Mf≥1。影响K值的Mq和Mf，主要取决于船舶的装载状态（包括吃水深度d和重心高度ZG）以及船舶航行的区域。6．船舶横倾角的调整当船舶的重心偏离中纵剖面时，会产生横倾角，这将导致船舶稳性力矩减小，进而降低船舶的稳性，对船舶的安全营运极为不利。因此，船舶在航行过程中，应保持横向正浮状态。按照船舶安全航行的技术规范，船舶初始漂浮状态的左（右）横倾角通常不应超过1°。若超出该值，需及时进行调整。(1）船舶横倾的原因①配载时各舱货物重量左右不对称。②货物装卸时左右不均衡。③液舱柜内的液体左右不均衡。④货物横移。⑤使用船上重吊装卸重大件货物。(2）船舶横倾的调整船舶出现横倾后应予以调整，调整方法有以下两种。①载荷横移用载荷横移方法调整船舶横倾适用于配载图编制时货物