船舶原理教案2(稳性和吃水差)

1、船舶原理,船舶原理,湛江海洋大学航海学院,4-1 稳性及其分类和初稳性方程 4-2 稳心半径及其与船型的关系 4-3 初稳性方程的应用-船内问题 4-4 初稳性方程的应用-少量、大量装卸问题 4-5 静稳性图、横倾力矩 4-6 动稳性图 4-7 稳性衡准 4-8 船长的责任,船舶原理-第四章 稳性,第四章 稳性-稳性及分类,稳性 概念（内涵） 分类,船舶受倾斜力矩作用偏离其初始平衡位置，当倾斜力矩消除后能自行恢复初始平衡位置的能力称为稳性。,船舶是否具有稳定平衡的能力； 船舶是否具有不致倾覆的能力。,稳性分类： 1.按倾角大小分：初稳性 1015； 2.按倾斜方向分：横稳性（x），纵稳性(y)

2、 ； 3.按作用力矩的性质分：静稳性（不计角速度和惯性矩），动稳性； 4.按船舱状态分：完整稳性，破舱稳性。,第四章 稳性-水面船舶的平衡状态,稳定平衡状态微倾后W和D组成稳性力矩，G点位于M点之下；,M,第四章 稳性-水面船舶的平衡状态,随遇平衡状态微倾后W和D作用于同一铅垂线上，G点和M点重合；,M,稳性-水面船舶的平衡状态,不稳定平衡状态微倾后W和D组成横倾力矩， G点位于M点之下。,M,稳性-水面船舶的平衡状态,可见，水面船舶的平衡状态与其重心G与稳心M的相对位置有关，而水面船舶满足稳定平衡状态的条件是：重心低于稳心，即GM0 。,第四章 稳性-稳性及初稳性方程,在微倾条件下，稳性力矩

3、可表示为：,稳性高度表达式,在微倾条件下，可证明正浮时浮力作用线和微倾后浮力作用线的交点M是定点。M点称为初横稳心稳心,第四章 稳性-稳性及初稳性方程,等容微倾 等容条件 倾斜轴 推广,等容微倾的倾斜轴必然通过正浮水线面的的面积中心，即漂心F点。,广义结论：船舶等容微倾的倾斜轴必通过其任意初始水线的漂心。,漂心的用途：1.少量装卸平行沉浮的条件； 2.等容微倾倾斜轴的通过点。,第四章 稳性-稳性及初稳性方程,稳心半径 表达式 推广,推导：,结论：在等容微倾条件下，稳心M是个定点；浮心移动的轨迹是以稳心M为圆心，以稳心半径的一段圆弧。 稳心的几何意义：浮心移动轨迹的曲率中心；物理意义：两相邻浮力

4、作用线的交点。 范围：1015,广义结论：船舶等容微倾的稳心半径等于任意初始水线面积对其过漂心倾斜轴的面积惯矩与排水体积之商。END,第四章 稳性-稳心半径,规则体稳心半径计算 箱体船 纵柱体船 垂柱体船,稳性-稳心半径,箱体船 箱体船的水线面为矩形；,稳性-稳心半径,横剖面为等腰三角形纵柱体船,稳性-稳心半径,水线面为菱形的垂柱体船,第四章 稳性-初稳性方程的应用(1),船内问题 前提 方法 应用 重物水平横移 重物垂移 悬挂重物 自由液面 散装货物 倾斜试验,初稳性方程式的应用是基于船舶等容微倾时，浮心移动的轨迹以稳心M为中心，以稳心半径为半径的圆弧。故有：,方法：力系平衡法；力矩系平衡法

5、,应用分两大类问题： 1.船内问题；2.装卸问题,船内重物水平横向移动，将使船舶产生横倾角。根据海船安全开航的技术要求，船舶初始漂浮状态的左右横倾角最大应不超过1。当超过上述要求时应予以调整。 这里分别用力系平衡法；力矩系平衡法进行求解。,第四章 稳性-初稳性方程的应用(1),船内重物水平横移 （1）力系平衡法,q1,q2,第四章 稳性-初稳性方程的应用(1),（1）力系平衡法,1.初始状态,2.水平横移,3.横倾,4.表达式,共垂线,第四章 稳性-初稳性方程的应用(1),第四章 稳性-初稳性方程的应用(1),(2)力矩平衡法,2.水平横移,3.横倾,1.初始状态,4.表达式,共垂线,倾斜试验

6、求空船重心,倾斜试验的目的 确定船舶空船重心距基线高 新建或经过重大改建工程后的船舶必须进行倾斜试验，以确定其,倾斜试验求空船重心,试验方法及基本原理 船内重物水平横移,用倾斜仪测出横倾角,倾斜试验求空船重心,根据D对应的平均吃水查对应静水力曲线图得到,第四章 稳性-初稳性方程的应用(1),船内重物垂移,要调整船舶稳性需考虑重物垂移，或因重物垂移需考虑对稳性的影响。,1.初始状态,2.垂移,如图示，根据平行力移动原理有：,第四章 稳性-初稳性方程的应用(1),船内重物垂移,要调整船舶稳性需考虑重物垂移，或因重物垂移需考虑对稳性的影响。,4.结论,3.表达式,船内重物上移对初稳性方程式的影响，表

7、现为船舶重心的上移，稳性高度降低，,其降低值为,第四章 稳性-初稳性方程的应用(1),船内悬挂重物,1.初始状态,2.横倾,3.表达式,4.结论,如图示,存在：,代入得：,则有：,第四章 稳性-初稳性方程的应用(1),结论,第四章 稳性-初稳性方程的应用(1),自由液面 稳性高度计算 通式及i,1.初始状态,2.横倾,3.表达式,对于液货船（如：油轮）及船上的燃油、淡水、压载水等舱柜，在液体没有充满整个容器或抽空时都具有自由液面。当船舶倾斜时，它们与悬挂物相似，液体的重心也将随之横移。,4.分析END,第四章 稳性-初稳性方程的应用(1),通式及i,第四章 稳性-初稳性方程的应用(1),面积惯

8、矩,第四章 稳性-初稳性方程的应用(1),面积惯矩 资料查取 公式计算,第四章 稳性-初稳性方程的应用(1),公式计算,第四章 稳性-初稳性方程的应用(1),降低自由液面影响的措施,1.结构措施：设置水密纵向舱壁,2.营运过程的措施：尽可能使船舱装满或空舱；确保甲板两舷排水口畅通；注意纵向水密分隔没有漏水连通现象，减少舱室积水；避免甲板上浪。end,第四章 稳性-初稳性方程的应用(1),散装货物,1.初始状态,2.下沉,散货物理特征：下沉 58； 摩擦角，散货产生与自由液面类似的影响。,散货移动的横倾角表达式：,重心垂向改变量：,第四章 稳性-初稳性方程的应用(1),散装货物,3.上移,重心垂

9、向改变量：,4.水平横移,第四章 稳性-初稳性方程的应用(1),散装货物 减少散货移动的措施,货移形成一个静倾角，船将不能返回正浮状态，船在摇摆中静倾角将愈摇愈大。 最基本的措施：防止货移。,1.设置纵舱壁（止移板）,2.表层装袋装货,3.特殊的船舱结构end,第四章 稳性-初稳性方程的应用(1),倾斜试验 试验目的 基本原理 重心高度 注意事项,1.确定船舶空船重心距基线的高度,2.重心高度的作用（或重要性）,3.原理,第四章 稳性-初稳性方程的应用(1),倾斜试验 注意事项,第四章 稳性-初稳性方程的应用(2),少量装卸问题 装卸前后的GM改变 处理问题的思路,1. 少量重物是指装卸重量P

10、小于110的排水量。,2. 调整稳性的方法：船内重物垂移；装卸少量重物。,3. 处理问题的核心：确定装卸前后的稳性高度改变量GM,第四章 稳性-初稳性方程的应用(2),装卸前后的GM改变,1.初始状态,2.平行沉浮后的GM表达式,3.稳性高度界限面,等于,的水平面称为“稳性度界限面”。,第四章 稳性-初稳性方程的应用(2),处理问题的思路 基本思路 重物横向偏于一侧装卸 液体重物装卸,第四章 稳性-初稳性方程的应用(2),重物横向偏于一侧装卸,第四章 稳性-初稳性方程的应用(2),液体重物装卸,第四章 稳性-初稳性方程的应用(2),大量装卸问题,第四章 稳性-静稳性图、横倾力矩,静稳性图 初稳

11、性方程的用途 局限性 静稳性图 静稳性图资料 稳性交叉曲线,稳性方程：,用途：,局限性：,局限性1：,局限性2：,第四章 稳性-静稳性图、横倾力矩,静稳性图,1.大倾角稳性只能用图线的形式表达。,2.一般船舶的GZ曲线,第四章 稳性-静稳性图、横倾力矩,静稳性图 GZ曲线的特征值 曲线分析,第四章 稳性-静稳性图、横倾力矩,GZ曲线分析,第四章 稳性-静稳性图、横倾力矩,静稳性图的两种表达,1.船舶横倾的稳性力矩：,2.稳性力矩Ms曲线,第四章 稳性-静稳性图、横倾力矩,静稳性图资料,1.稳性报告书中的两种资料,2.典型装载状态的静稳性图,静稳性图,静稳性图,第四章 稳性-静稳性图、横倾力矩,

12、稳性交叉曲线,1.基点法,方法：基点法；假定重心点法；稳心点法,KN,KH的影响因素,第四章 稳性-静稳性图、横倾力矩,稳性交叉曲线,2.假定重心点法（GZ的表达式）,3.初稳心点法,4.相互转换,第四章 稳性-静稳性图、横倾力矩,横倾力矩,1.静力横倾力矩：倾斜过程中不计及角加速度和惯性矩,载重不对称引起的横倾力矩 风力横倾力矩 拖力横倾力矩 其他,2.动力横倾力矩：倾斜过程中计及角加速度和惯性矩,瞬时力引起的横倾力矩 随时间改变或突然作用的横倾力矩,第四章 稳性-静平衡和动平衡,静平衡,1.静平衡条件：,2.静平衡角,3.静力不倾覆的衡准条件：,第四章 稳性-静平衡和动平衡,动平衡 条件

13、动平衡角 动力不倾覆条件 影响Mq的因素,第四章 稳性-动稳性图,动稳性图 用动稳性图求d和Mq 动稳性力臂,第四章 稳性-稳性衡准,通则 适用范围 航区 倾斜实验 核算的装载状态 进水角 基本要求 稳性报告书,稳性规范是船舶验船部门根据船舶的航区、类型和装载状态等因素，对船舶规定的最低要求。,第四章 稳性-稳性衡准,进水角,第四章 稳性-稳性衡准,稳性基本要求 基本要求 基本衡准 最低限值 特殊要求,根据基本衡准；最低限值；特殊要求确定的最小值。,1.,2.基本衡准,最小倾覆力矩（力臂）的确定 风压力矩（力臂）的确定,第四章 稳性-稳性衡准,最低限值,第四章 稳性-稳性衡准,特殊要求 临界稳

14、性高度,曲线图,第四章 稳性-稳性衡准,曲线图,第四章 稳性-稳性衡准,稳性报告书,con,第四章 稳性-稳性衡准,稳性报告书,end,第四章 稳性-船长责任,最低和必须的要求 理论和计算状态的相对性 设计和营运状态的差异,船舶原理-第五章 吃水差,5-1 纵稳心半径的计算 5-2 纵稳性方程的应用 5-3 大量装卸问题 5-4 纵向浮态衡准 5-5 静水力曲线图,第五章 吃水差-纵稳心半径的计算,纵倾 概念 吃水差 纵稳心半径,船舶相对于基线具有纵向倾斜的浮态称为纵倾。,船舶纵倾状态下，首吃水与尾吃水的差值称为吃水差。,第五章 吃水差-纵稳心半径的计算,纵稳性半径 规则体,第五章 吃水差-纵

15、稳心半径的计算,纵稳性半径 统计法 估算法 详算法,利用实船型线图和近似积分法，求出各个吃水的I和R值，画出R曲线或纵稳心距基线高度曲线。,第五章 吃水差-纵稳性方程的应用,船内重物水平纵移 初始状态 水平纵移 MTC 首尾吃水 少量装卸 其他应用问题,第五章 吃水差-纵稳性方程的应用,船内重物水平纵移 初始状态 水平纵移,（推导）,吃水差：,第五章 吃水差-纵稳性方程的应用,MTC 推导 应用,第五章 吃水差-纵稳性方程的应用,首尾吃水 改变量 表达式 例题（P94）,稳性方程的应用-少量装卸,少量装卸 前提 吃水差计算,少量装卸-吃水差计算,初始状态 平行下沉 水平纵移 吃水差改变量 首尾

16、吃水,如果少量卸货则有：,第五章 吃水差-大量装卸问题,分析 吃水差计算,大量装卸问题-吃水差计算,初始状态 排水量和重心 平均吃水及静水力参数 纵倾力矩 吃水差改变量 首尾吃水,第五章 吃水差-纵向浮态衡准,万吨轮尾倾 空船压载衡准 IMO衡准,第五章 吃水差-静水力曲线图,船舶原理-第六章 抗沉性,6-1 船舶进水后的浮态和稳性计算 抗沉性、完整稳性和破舱稳性 进水类型和计算方法 逐步逼近法 浮力损失法 6-2 抗沉性衡准 纵向浮态衡准 横向对称进水稳性衡准 横向不对称进水浮态衡准 等效规则 几点说明,第六章 抗沉性-浮态和稳性计算,抗沉性 完整稳性 破舱稳性 END,船舶在一舱或数舱进水后仍能保持一定的浮态和稳性的性能称为抗沉性。,船舶进水前的稳性称为完整稳性。 船舶进水后（达到新的平衡状态后）的稳性称为破舱稳性。 为保证船舶进水后不致倾覆，必须保证船舶具有一定的破舱稳性。,第六章 抗沉性-浮态和稳性计算,进水类型和计算方法,第一类：舱柜上部封闭，破口位于水线以下（a)；处理：作为装载