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、船舶平衡條件、船舶平衡條件2-1 浮性概述浮性概述WGB阿基米德原理阿基米德原理物體水中所受到的浮力等于該物體所排開(kāi)的水物體水中所受到的浮力等于該物體所排開(kāi)的水的重量的重量，即，即 = 船舶排船舶排水量；水量； 船舶排水船舶排水體積；體積； 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船舶平衡條件船舶平衡條件yzxo(1)重力與浮力的大小相等方向相反重力與浮力的大小相等方向相反，即，即 W= (2)重心重心G與浮心與浮心B在同一鉛垂線上。在同一鉛垂線上。 浮心浮心B也就是排也就是排水體積水

2、體積 的形心。的形心。船舶平衡條件船舶平衡條件船船舶的浮態(tài)舶的浮態(tài)浮態(tài)浮態(tài)正浮正浮橫傾橫傾縱傾縱傾橫傾縱傾橫傾縱傾吃水吃水（T）橫傾橫傾角（角（ ）縱傾縱傾角（角（ ）表示方法船船舶的浮態(tài)舶的浮態(tài)1、正浮、正浮l船船舶漂浮于靜水面，船體中縱剖面和中橫剖面都垂直于水面的舶漂浮于靜水面，船體中縱剖面和中橫剖面都垂直于水面的一一種種浮態(tài)，浮態(tài)，ox、oy軸軸水平（和靜水面平行），水平（和靜水面平行），無(wú)橫傾和無(wú)橫傾和縱傾?？v傾。平衡條件平衡條件表表達(dá)參數(shù)達(dá)參數(shù) 吃水吃水 TBG0(,y0y0 )GBBGWxxyy 船舶左右舷對(duì)稱，正浮時(shí) 浮心在對(duì)稱面上根據(jù)平衡條件船船舶的浮態(tài)舶的浮態(tài)2、橫傾、橫傾

3、船舶自正浮狀態(tài)向左舷或右舷方向傾斜的一種浮態(tài)。船舶自正浮狀態(tài)向左舷或右舷方向傾斜的一種浮態(tài)。ox軸是軸是水平的，中縱剖面與鉛垂面成一角度，即正浮時(shí)水線面與橫傾后水平的，中縱剖面與鉛垂面成一角度，即正浮時(shí)水線面與橫傾后的水線面的夾角的水線面的夾角 （橫傾角）（橫傾角） 。l船舶橫傾的大小以橫傾角表示船舶橫傾的大小以橫傾角表示 ，有正負(fù)：，有正負(fù)： 正值，右舷方向橫傾；正值，右舷方向橫傾； 負(fù)值，左舷方向橫傾。負(fù)值，左舷方向橫傾。 船船舶的浮態(tài)舶的浮態(tài)平衡條件平衡條件表示參數(shù)表示參數(shù) 吃水吃水 T ，橫傾角，橫傾角 ()GBBGGBWxxyyzztg 船船舶的浮態(tài)舶的浮態(tài) 3、縱傾、縱傾l船舶自正

4、浮位置向船尾方向或船首方向傾斜的一種浮態(tài)。船舶自正浮位置向船尾方向或船首方向傾斜的一種浮態(tài)。oy軸軸是水平的，船體中縱剖面垂直于水面是水平的，船體中縱剖面垂直于水面,中橫剖面與鉛垂平面相交中橫剖面與鉛垂平面相交成一角度，即正浮時(shí)水線面與縱傾后水線面相交的角度成一角度，即正浮時(shí)水線面與縱傾后水線面相交的角度“縱傾縱傾角角”，船舶縱傾大小用首尾吃水差或縱傾角表示。，船舶縱傾大小用首尾吃水差或縱傾角表示。l正負(fù)：正負(fù)：首傾為正值；尾傾為負(fù)值。首傾為正值；尾傾為負(fù)值。船船舶的浮態(tài)舶的浮態(tài) 平衡條件平衡條件 表示參數(shù)表示參數(shù) 平均吃水平均吃水 ，縱傾角，縱傾角 。()BGGBGBWxxzz tgyy 2

5、AFTTT船船舶的浮態(tài)舶的浮態(tài)4、任意狀態(tài)、任意狀態(tài)一般船舶設(shè)計(jì)或正常使用情況下，都應(yīng)處于正浮狀態(tài)或稍有尾傾狀態(tài)一般船舶設(shè)計(jì)或正常使用情況下，都應(yīng)處于正浮狀態(tài)或稍有尾傾狀態(tài)。橫。橫傾、大角度縱傾狀態(tài)和任意狀態(tài)由于外力作用或船上重量位置的改變或船傾、大角度縱傾狀態(tài)和任意狀態(tài)由于外力作用或船上重量位置的改變或船舶破損后進(jìn)水等引起，對(duì)船舶的使用以及航海性能不舶破損后進(jìn)水等引起，對(duì)船舶的使用以及航海性能不利。利。船船舶的浮態(tài)舶的浮態(tài)W= = xBxG =(zGzB)tg yByG =(zGzB )tg T=(TF+TA)/2 橫傾角橫傾角 縱傾角縱傾角 浮態(tài)表示浮態(tài)表示 依據(jù)總布置及依據(jù)總布置及有關(guān)有

6、關(guān)圖紙確圖紙確定定依據(jù)型線圖和依據(jù)型線圖和型值表及水線型值表及水線面位置確定面位置確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體積排水體積及其及其浮心浮心 浮性和穩(wěn)性的關(guān)鍵問(wèn)題浮性和穩(wěn)性的關(guān)鍵問(wèn)題研研究究四四者者關(guān)關(guān)系系2-2 船舶重心位置的計(jì)算船舶重心位置的計(jì)算船船舶總重量是船上各項(xiàng)重量的總和。舶總重量是船上各項(xiàng)重量的總和。若已知各個(gè)項(xiàng)目的若已知各個(gè)項(xiàng)目的重量重量W i ，則船舶總重量為：，則船舶總重量為： W= W1+W2+W3+W n= 式中：式中：n 組成船舶總重量的各個(gè)重量項(xiàng)目的數(shù)目。組成船舶總重量的各個(gè)重量項(xiàng)目的數(shù)目。niiW1niiiniiGniiiniiGniiini

7、iGWzWzWyWyWxWx111111/若若已知各個(gè)項(xiàng)目的重量已知各個(gè)項(xiàng)目的重量W i的重心的重心坐標(biāo)位置（坐標(biāo)位置（ x i、y i、z i ），則船），則船舶的重心位置（舶的重心位置（ x G、y G、z G ）可按下式求得：可按下式求得：船舶重量項(xiàng)目的分類船舶重量項(xiàng)目的分類 排水量隨裝載情況變化，引起船舶的各種技術(shù)性能發(fā)生變化。排水量隨裝載情況變化，引起船舶的各種技術(shù)性能發(fā)生變化。為了反映各種裝載狀態(tài)的船舶的技術(shù)性能，軍用艦艇和民用為了反映各種裝載狀態(tài)的船舶的技術(shù)性能，軍用艦艇和民用船舶都有各自相應(yīng)的排水量定義：船舶都有各自相應(yīng)的排水量定義：一、民用船舶排水量定義一、民用船舶排水量定義

8、（1）空載排水量：）空載排水量：指船舶在全部建成后交船時(shí)的排指船舶在全部建成后交船時(shí)的排水量，即水量，即空空船船船重船重量。量。空載出港：空載出港：無(wú)客無(wú)貨時(shí)，燃料、潤(rùn)滑油、淡水、糧食及其他給養(yǎng)物品都按無(wú)客無(wú)貨時(shí)，燃料、潤(rùn)滑油、淡水、糧食及其他給養(yǎng)物品都按設(shè)計(jì)所規(guī)定的數(shù)量帶足。設(shè)計(jì)所規(guī)定的數(shù)量帶足?？蛰d到港：空載到港：無(wú)客無(wú)貨航行到終點(diǎn)時(shí)，通常假定消耗品還剩余無(wú)客無(wú)貨航行到終點(diǎn)時(shí)，通常假定消耗品還剩余10%的情況。的情況。（2）滿載排水量：）滿載排水量：指船舶裝載預(yù)先規(guī)定的設(shè)計(jì)載重量指船舶裝載預(yù)先規(guī)定的設(shè)計(jì)載重量的排水量。的排水量。（1）空載排水量：）空載排水量：指建造全部完工后軍艦的排水量，

9、指建造全部完工后軍艦的排水量， 即即空船重量空船重量。（2）標(biāo)準(zhǔn)排水量：）標(biāo)準(zhǔn)排水量：指人員配備齊全，必需的供應(yīng)品備足，作好出海作指人員配備齊全，必需的供應(yīng)品備足，作好出海作戰(zhàn)準(zhǔn)備時(shí)的排水量。戰(zhàn)準(zhǔn)備時(shí)的排水量。（3）正常排水量：）正常排水量：指正式試航時(shí)的排水量，即相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)排水量加上指正式試航時(shí)的排水量，即相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)排水量加上保證保證50%航程所需的燃料、潤(rùn)滑油和鍋爐用水的重量。航程所需的燃料、潤(rùn)滑油和鍋爐用水的重量。（4）滿載排水）滿載排水量：量：相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)排水量加上保證全航程所需的燃料、潤(rùn)滑相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)排水量加上保證全航程所需的燃料、潤(rùn)滑油和鍋爐用水的重量。油和鍋爐用水的重量。（5）最大排

10、水量）最大排水量：指船舶裝載預(yù)先規(guī)定的設(shè)計(jì)載重量的排水量。指船舶裝載預(yù)先規(guī)定的設(shè)計(jì)載重量的排水量。規(guī)規(guī)定為定為軍用艦艇的設(shè)計(jì)排水量軍用艦艇的設(shè)計(jì)排水量。2-3 船舶排水體積和船舶排水體積和浮心位置的計(jì)算浮心位置的計(jì)算 l排水體積和排水體積形心坐標(biāo)的計(jì)算是根據(jù)型線圖和型值表排水體積和排水體積形心坐標(biāo)的計(jì)算是根據(jù)型線圖和型值表來(lái)進(jìn)行的。來(lái)進(jìn)行的?；緝?nèi)基本內(nèi)容：容：p 在在計(jì)算船舶的排水體積時(shí)，用若干個(gè)與任一坐標(biāo)平面平行的平面計(jì)算船舶的排水體積時(shí)，用若干個(gè)與任一坐標(biāo)平面平行的平面把船舶水下體積分割成若干個(gè)薄層微體積算出這些薄層微體積，并把船舶水下體積分割成若干個(gè)薄層微體積算出這些薄層微體積，并求其

11、總和，即求其總和，即船舶的排水體船舶的排水體積積；p計(jì)計(jì)算排水體積形心坐標(biāo)時(shí)，要先算出薄層微體積對(duì)某一坐標(biāo)平面的算排水體積形心坐標(biāo)時(shí)，要先算出薄層微體積對(duì)某一坐標(biāo)平面的靜矩，并求出這些靜矩總和，然后將其總和除以排水體積，即得靜矩，并求出這些靜矩總和，然后將其總和除以排水體積，即得排排水體積的形心距該平面的距離水體積的形心距該平面的距離。計(jì)算方法有兩種：計(jì)算方法有兩種： 1水下體積沿軸垂向分割；水下體積沿軸垂向分割； 2水下體積沿軸縱向分割。水下體積沿軸縱向分割。 即根據(jù)：即根據(jù)： 1水線面計(jì)算；水線面計(jì)算； 2橫剖面計(jì)橫剖面計(jì)算。算。一、水線面計(jì)算方法一、水線面計(jì)算方法吃水為吃水為T處的水線面

12、面積：處的水線面面積：水線面面積對(duì)水線面面積對(duì)oy軸的靜矩：軸的靜矩：漂心縱向坐標(biāo)：漂心縱向坐標(biāo)：2/2/2LLWydxA2/2/2LLoyxydxM2/2/2/2/LLLLWoyFydxxydxAMx船舶排水體積和船舶排水體積和浮心位置的計(jì)算浮心位置的計(jì)算 dzAdWdzxAxddMFWFyozdzzAzddMWxoy船舶排水體積和船舶排水體積和浮心位置的計(jì)算浮心位置的計(jì)算 吃水吃水d時(shí)的排水體積：時(shí)的排水體積：排水體積對(duì)中站面靜矩：排水體積對(duì)中站面靜矩：排水體積對(duì)基平面靜矩：排水體積對(duì)基平面靜矩：/200/22TTLyozWFLMA x dzxydxdz /200/22TTLxoyWLMA

13、 zdzzydxdz /200/22TTLWLA dzydxdz 船舶排水體積和船舶排水體積和浮心位置的計(jì)算浮心位置的計(jì)算 /200/2/200/2TTLWFyozLBTTLWLA x dzxydxdzMxA dzydxdz /200/2/200/2TTLWxoyLBTTLWLA zdzzydxdzMzA dzydxdz 船舶排水體積和船舶排水體積和浮心位置的計(jì)算浮心位置的計(jì)算 二、橫剖面計(jì)算法二、橫剖面計(jì)算法1、基本公式、基本公式dxAdS022TSsdAy dzAydz220222LLTLLSA dxydzdx 船舶排水體積和船舶排水體積和浮心位置的計(jì)算浮心位置的計(jì)算 xyozSxoyAS

14、AdMx AdxdMzAdxz是離中站面 處的橫剖面面積的形心垂向坐標(biāo)oy 0oy 002TTATSMzydzzydzMzAydz220222202222LLTyozLLyozSBLLTxoyLLxoyASABMMxA dxxydzdxxMMz A dxz ydzdxz 船舶排水體積和船舶排水體積和浮心位置的計(jì)算浮心位置的計(jì)算 船舶排水體積和船舶排水體積和浮心位置的計(jì)算浮心位置的計(jì)算 縱向和垂向積分計(jì)算系統(tǒng)，只是積分的先后次序不縱向和垂向積分計(jì)算系統(tǒng)，只是積分的先后次序不同，而在吃水為同，而在吃水為T時(shí)的排水體積以及浮心坐標(biāo)的結(jié)時(shí)的排水體積以及浮心坐標(biāo)的結(jié)果是相同的。果是相同的。在船舶設(shè)計(jì)時(shí)，

15、計(jì)算在船舶設(shè)計(jì)時(shí)，計(jì)算正浮正浮排水體積和浮心坐標(biāo)采用排水體積和浮心坐標(biāo)采用垂向積分較為方便，垂向積分較為方便，縱傾縱傾時(shí)多采用縱向計(jì)算方法。時(shí)多采用縱向計(jì)算方法。船舶排水體積和船舶排水體積和浮心位置的計(jì)算浮心位置的計(jì)算 浮性曲線浮性曲線：對(duì)于不同的吃水，算出相應(yīng)水線下水線面面：對(duì)于不同的吃水，算出相應(yīng)水線下水線面面積積AW，漂心縱向坐標(biāo)，漂心縱向坐標(biāo)xf，排水體積，排水體積，浮心坐標(biāo)，浮心坐標(biāo)xB和和zB，橫剖面面積橫剖面面積AS等，將這些參數(shù)的計(jì)算結(jié)果繪制出曲線稱等，將這些參數(shù)的計(jì)算結(jié)果繪制出曲線稱為浮性曲線。為浮性曲線。浮性曲線及其特性浮性曲線及其特性 1、橫、橫剖面面積剖面面積曲線曲線：

16、反映了船舶排水體積沿船長(zhǎng)方向的分布情況。：反映了船舶排水體積沿船長(zhǎng)方向的分布情況。特性： （1） （2） （3）22LLSA dx 2222LLSBLLSxA dxxA dxabcdpMCA L曲線所圍面積矩形面積浮性曲線及其特性浮性曲線及其特性 2、水線面面積水線面面積曲線：曲線：反映了船舶排水體積沿吃水方向的分布情況。反映了船舶排水體積沿吃水方向的分布情況。dzATw0TwTwBdzAdzAzz00TAOCDFOCDECVPwd面積面積曲線特征：曲線特征：l某一吃水某一吃水T T下包圍的面積下包圍的面積=該吃水下的排水體積該吃水下的排水體積l包圍面積的形心垂向坐標(biāo)包圍面積的形心垂向坐標(biāo)=浮

17、心垂向坐標(biāo)浮心垂向坐標(biāo) l垂向菱形系數(shù)垂向菱形系數(shù)浮性曲線及其特性浮性曲線及其特性 wwATAT T11100Tcmm100wATPC( )100pTmTPC具體應(yīng)用具體應(yīng)用3、每厘米吃水噸數(shù)曲線每厘米吃水噸數(shù)曲線浮性曲線及其特性浮性曲線及其特性 4、排水體積曲線排水體積曲線排排水體積曲線包括：水體積曲線包括：型型排水體積排水體積曲線：曲線：由由型線圖計(jì)算所得體積型線圖計(jì)算所得體積總總排水體積曲線排水體積曲線 ：由由型排水體積乘以船殼系數(shù)所得型排水體積乘以船殼系數(shù)所得排水量排水量曲線曲線 ：由由總排水體積乘以水的重量密度總排水體積乘以水的重量密度所得所得K浮性曲線及其特性浮性曲線及其特性 排排

18、水體積曲線特性水體積曲線特性xoyOEFBMSz （1） 在任意吃水在任意吃水Ti時(shí)的排水體積曲線與時(shí)的排水體積曲線與o 軸所圍的面積軸所圍的面積OEF等等于該吃水下的水線面面積曲線與于該吃水下的水線面面積曲線與oZ軸所圍的面積軸所圍的面積OAB對(duì)對(duì)oAw軸的軸的靜矩，即排水體積曲線與靜矩，即排水體積曲線與o 軸所圍面積軸所圍面積OEF等于排水體積等于排水體積 對(duì)對(duì)基平面的靜矩基平面的靜矩。i浮性曲線及其特性浮性曲線及其特性 排排水體積曲線特性水體積曲線特性浮性曲線及其特性浮性曲線及其特性 （2）排水體積曲線和）排水體積曲線和OZ軸所圍的面積軸所圍的面積OAE等于排水體積等于排水體積 對(duì)吃水對(duì)

19、吃水Ti=OA所對(duì)應(yīng)的水平面的靜矩。所對(duì)應(yīng)的水平面的靜矩。i00()1()OAEOAEFOEFiiBiiBiTiTiOEAiBiBiiiiSSSTzTzSdzTzzTdzT 排排水體積曲線特性水體積曲線特性浮性曲線及其特性浮性曲線及其特性 （3）通過(guò)排水體積上任一點(diǎn)）通過(guò)排水體積上任一點(diǎn)E的切線與的切線與oZ軸的夾角的正切等于該軸的夾角的正切等于該處的水線面面積處的水線面面積wiA0tantanTwwwiiiwidA dzAdzdAdzAEAcAcAcA 即0BFdxdxFBxx（1）當(dāng)）當(dāng) 時(shí)時(shí) , 如漂心縱向坐標(biāo)曲線和浮心縱向坐如漂心縱向坐標(biāo)曲線和浮心縱向坐標(biāo)曲線是以同一比例給出，則在漂心

20、縱向坐標(biāo)曲線與浮心縱向坐標(biāo)曲線是以同一比例給出，則在漂心縱向坐標(biāo)曲線與浮心縱向坐標(biāo)曲線相交處，浮心縱向坐標(biāo)曲線有最大值或最小值。標(biāo)曲線相交處，浮心縱向坐標(biāo)曲線有最大值或最小值。（2）當(dāng)吃水變化）當(dāng)吃水變化dz時(shí)，浮心縱向坐標(biāo)變化量為時(shí)，浮心縱向坐標(biāo)變化量為（3）xB、xF曲線，曲線，T越大，越靠近船中位置。越大，越靠近船中位置。()()WBFBFBAddxxxdzxx浮性曲線及其特性浮性曲線及其特性 5、浮心浮心縱向坐標(biāo)曲線縱向坐標(biāo)曲線6、浮心垂向坐標(biāo)特性浮心垂向坐標(biāo)特性l結(jié)論結(jié)論：由于浮心總是在水線以下，即：由于浮心總是在水線以下，即Z-ZB0，因此船舶的，因此船舶的浮心垂向坐標(biāo)曲線總是隨吃

21、水或排水量的增加而增長(zhǎng)的。浮心垂向坐標(biāo)曲線總是隨吃水或排水量的增加而增長(zhǎng)的。()wBBAdzzzdz浮性曲線及其特性浮性曲線及其特性 。24 船舶在縱傾狀態(tài)下排水體積和浮心坐標(biāo)計(jì)算船舶在縱傾狀態(tài)下排水體積和浮心坐標(biāo)計(jì)算邦戎曲線邦戎曲線1）根據(jù)船舶的首吃水和尾吃水在邦戎曲線圖上作出縱傾水線）根據(jù)船舶的首吃水和尾吃水在邦戎曲線圖上作出縱傾水線W1L1。2）自縱傾水線與各站號(hào)垂線的交點(diǎn)作平行與基線的直線，并分別與）自縱傾水線與各站號(hào)垂線的交點(diǎn)作平行與基線的直線，并分別與各站的各站的As=f(z)曲線相交于曲線相交于 ，與各站的，與各站的Moy=f(z)曲線相交于曲線相交于 ，根據(jù)各自的曲線比例量出各

22、站的橫剖面面積和面積對(duì)基平面的靜矩；根據(jù)各自的曲線比例量出各站的橫剖面面積和面積對(duì)基平面的靜矩；3）根據(jù)量出的數(shù)值，可繪制該縱傾水線）根據(jù)量出的數(shù)值，可繪制該縱傾水線W1L1下的橫剖面面積曲線下的橫剖面面積曲線As=f(x)及橫剖面靜矩曲線及橫剖面靜矩曲線Moy=f(x)。4）根據(jù)橫剖面面積曲線的特征，可知該曲線）根據(jù)橫剖面面積曲線的特征，可知該曲線As=f(x)下的面積及其形下的面積及其形心縱向坐標(biāo)分別為船舶在縱傾水線下的排水體積和浮心縱向坐標(biāo)。心縱向坐標(biāo)分別為船舶在縱傾水線下的排水體積和浮心縱向坐標(biāo)。5）同理，橫剖面面積對(duì)基平面的靜矩曲線）同理，橫剖面面積對(duì)基平面的靜矩曲線Moy=f(x)

23、下的面積等于排下的面積等于排水體積對(duì)基平面的靜矩，將此靜矩除以排水體積后，便得到浮心垂向水體積對(duì)基平面的靜矩，將此靜矩除以排水體積后，便得到浮心垂向坐標(biāo)。坐標(biāo)。oyiMsiA邦戎曲線邦戎曲線邦戎曲線的應(yīng)用邦戎曲線的應(yīng)用邦戎曲線用途：n 可算出任意縱傾水線下（含正浮狀態(tài)）排水體積和浮心位置；n 可以計(jì)算穩(wěn)性、艙容、可浸長(zhǎng)度、總強(qiáng)度等。2-6 在在水的重水的重量密量密度改變時(shí)船舶浮態(tài)變化度改變時(shí)船舶浮態(tài)變化 一、吃水一、吃水變化變化12222122()()wwwdA dTA dTdA dT 2wddTA112Bww pBW PCLBTACLBCddTTC WA討論討論：淡水淡水 海水海水，d0，則，則dT0，吃水減小；吃水減小； 海水海水 淡水淡水，d0，吃水增大。吃水增大。二、浮心變化二、浮心變化22()()wBFBwBFBAdxdxxdTdzAddxxx 12()BBddzTz 討論討論（1）