浮標性能設(shè)計

1、關(guān)于浮標性能設(shè)計的論述1決定浮標性能的墓本要素及其相互間的關(guān)系浮標布設(shè)在江河湖海，除了在設(shè)計水線以下要有相當(dāng)?shù)呐潘w積以提供足夠的浮力外，還必須在其水線以上保留一定的水密體積，以保證浮標因系鏈重量而增加其吃水時仍具有適當(dāng)?shù)母×Χ３终５母訝顟B(tài)。同時，要求浮標在處于最小吃水至最大吃水時都有良好的穩(wěn)性。這就是說，當(dāng)浮標受風(fēng)、水流、波浪等外力作用而發(fā)生傾斜后仍能復(fù)原到平衡狀態(tài)，并使浮標擺動比較緩和。浮標的這些基本性能主要取決于浮標的重心O、浮心B、穩(wěn)心M和穩(wěn)心距吞OM這幾個基本要素。這些基本要素均隨浮標的尺度、重量、入水體積及其傾斜角的改變而變化。穩(wěn)心M是決定浮標穩(wěn)性的主要因素，要保持浮標的穩(wěn)性

2、，不一定浮心要在重心之上，但必須使穩(wěn)心位于重心的上方，即KB+BM>KG，KM>KG，GM為正值（圖1）。倘浮標的重心升高到穩(wěn)心的上面，即KM<KG出現(xiàn)了負值，則浮標受外力而傾斜后，重力和浮力所形成的力矩就不是復(fù)原力矩，而是傾復(fù)力矩（圖2、3），它使浮標繼續(xù)傾斜，直至傾覆。還有一種情況是重心和穩(wěn)心重合，則浮標本身不能產(chǎn)生力矩（圖4），顯然也是不容許的。由此可見，重心與穩(wěn)心的相對位置對浮標的穩(wěn)性關(guān)系極大。降低重心G，使其位于穩(wěn)心對之下一定間距對保證和改善浮標的穩(wěn)性有決定的意義。因此設(shè)計時，要用相當(dāng)重量的壓重（如尾管下部置鑄鐵圈或浮體底部澆混凝土），或?qū)⑽补芊诺竭m當(dāng)長度，并在不影

3、響結(jié)構(gòu)強度的前提下，盡量減輕浮體以上的重量，以降低浮標的重心。根據(jù)浮標復(fù)原力矩GZ=x GMsina（圖2）( 為浮標排水量)，GZ與GM成正比，故通常以GM值的大小來衡量浮標穩(wěn)性的好差，但GM值并非愈大愈好。倘GM值過大，對浮標傾斜后的復(fù)原能力雖然是加強了，但由于復(fù)原力矩的慣性，會使浮標產(chǎn)生頻繁搖擺，這對航標員操作和浮標發(fā)光設(shè)備都有一定影響。故設(shè)計時，對G M 值還得有個適當(dāng)?shù)姆秶?，使之既能保證浮標的穩(wěn)性，又能使浮標搖擺比較緩和。兼顧的辦法是，不使GM值過大。我國鋼質(zhì)罐形浮標的GM值通常為:對1.2 一1.8 m 的，取0.3一o.4 m;對于1.1 m 以下的,取0.1一o.2 5 m;對

4、小2.4m的可略大于0.5 m (均指未系錨鏈時的數(shù)值)。為使浮標在不同布標水深下GM值均比較適當(dāng),設(shè)計時，應(yīng)對最小和最大布標水深都進行計算。還有一點要注意的是小1.8m (含)以上的浮標，常需要名航標員上去維修或調(diào)換燈器，當(dāng)人員登上燈架頂部時，浮標重心升高，GM值變小，會影響浮標的復(fù)原力矩，計算中應(yīng)考慮這個因素。2確定浮標的主要尺度及其吃水線的方法確定浮標主要尺度應(yīng)根據(jù)設(shè)標水域的環(huán)境條件和使用要求，適當(dāng)結(jié)合航標船的起吊能力和操作條件，并注意經(jīng)濟效果。通常浮體直徑達1.5 m 以上方可為浮標提供足夠的穩(wěn)性和較遠的視距。設(shè)計時可先繪草圖初步提出浮標各主要部位的尺度，特別是與浮標排水量V關(guān)系最為密

5、切的浮體的尺度和平衡浮標上層結(jié)構(gòu)重量的尾管和鑄鐵壓重的尺寸。通過浮標外殼強度計算確定浮體的厚度。粗略計算浮標的總重量（指除系鏈以外所有裝備和登標操作人員的重量) 及其排水量V。務(wù)必使護Vx 1025 ( 海水) >總重; 浮標才能浮起。但浮標僅能浮起是不行的，它必須具有足夠的儲備浮力，以備系上錨鏈拋設(shè)于最大水深時仍有相當(dāng)?shù)氖Ｓ喔×?。在肯定浮標已具有足夠的浮力后，可著手浮標的具體設(shè)計，包括燈架、能源箱、頂標( 或冀板) 等及浮體內(nèi)外部的結(jié)構(gòu)。然后計算除系鏈外整套浮標的荷重(包括燈器、能源，有的浮標還要裝雷達反射器或音響設(shè)備)，再通過浮標排水體積的計算，就可求出未系錨鏈時的浮標吃水線位置。2

6、浮標吃水線的求法( 1 ) 罐形浮標設(shè)V為浮標排水體積=W/1025 式中：W-除系鏈外整套浮標的重量( k g )； V-浮標下封頭以下各部件的總排水體積( m3 )；V-水線以下浮體的排水體積( m3 )，故V=V一V，又S-浮體水平截面積( m3)；D一浮體直徑（m）；h-浮標吃水線離下封頭的垂距（m），因為S=D2 /4，所以h=V/S(2)截頂圓錐形俘標(介紹另一種求法) 設(shè)v為假定浮標全部入水時的排水體積，但實際上，有一部分浮體并沒有真正人水，故v-V為浮標剩余體積排水量，則v-V=h1 /3（a2+ab+b2）式中：a浮標頂部直徑(m )；b一浮標吃水線處直徑(m )；c一截頂圓

7、錐體底部直徑（m）；H截頂圓錐體高度(m)；h1吃水線以上的浮體高度(m )因為h1 =（b-a）H/（c-a），所以v-V=（Hb3 Ha3 ）/3（c-a）所以，將求得的b 代人h1 =（b-a）H/（c-a），也可以求出浮標吃水線位置。三、浮標的最小儲備浮力和最小干舷高度浮標系上錨鏈后，吃水增加，懸鏈愈重，浮標吃水愈深，超過一定限度，浮標干舷不足，其浮動性能就會明顯低降，甚至?xí)斐筛顺翛]。故對系鏈的長度及其鏈徑必須控制，使懸鏈重量不超過浮標正常浮力的容許范圍。為此，每設(shè)計一種浮標，都應(yīng)計算其最小儲備浮力和最小干舷高度。即在求出了浮標的吃水線后，應(yīng)從浮標的儲備浮力中減去浮標最大布設(shè)水深時

8、所需系鏈在水中的重量，看浮標是否還有相當(dāng)?shù)氖Ｓ喔×?，換言之，是否尚有足夠的干舷。浮標留出最小儲備浮力的吃水線就是浮標的最大吃水線，該吃水線全浮體上邊緣的垂距即其最小干舷高度。浮標最小儲備浮力應(yīng)作為技術(shù)數(shù)據(jù)以體積排水量提供給用戶，并建議浮標制造廠在浮體上標出最大吃水線位置，以便使用者正確掌握。浮標最小干舷高度應(yīng)視浮標規(guī)格而不同。除了要看其剩余浮力是否足夠外，還應(yīng)兼顧其視距要求。對直徑1.5 2.4m 的罐形浮標，其最小干舷一般可考慮在0.2 0.5 m范圍。四、計算程序和方法確信浮標干舷高度符合要求后，就可計算浮標的浮心B、穩(wěn)心半徑B M及穩(wěn)心距GM。否則，應(yīng)該修改浮體的尺度。整套浮標的重心G

9、是根據(jù)浮標各部件的重量w1 w2 wn，分別乘以各自的重心至設(shè)計基線的垂距離L1L2 Ln，用力矩法（w1 L1 +w2 L2 +wn Ln）/W計算的，它在求浮標吃水線之前進行浮標荷重計算時就可求出。整套浮標的浮心B 是以浮體人水部分及其水下各部件的排水量，分別乘上各部分或部件的浮心至設(shè)計基線的垂距，再將上述各乘積之和除以浮標總排水量求得的。它與浮標的吃水線位置有密切關(guān)系。穩(wěn)心半徑BM是按BM=I/V計算的。一一”一一 V、一1.由于浮標須有足夠的儲備浮力_同時又要有一定的視距_故浮標出水部分就得有相當(dāng)?shù)捏w積。加上浮標上部有燈架、日標和發(fā)光設(shè)備等_因此_浮標水上部分會受到一定的風(fēng)壓。浮標受風(fēng)

10、壓后_因有錨鏈和沉石系旋_只會傾斜_不會漂流。其傾斜角0 _取決于風(fēng)荷載所產(chǎn)生的力矩萬_。、._·Mw二藝W·口Z=乏W·GMsinow(圖2 )_又Mw = 尸_·lw(圖7 )_一1 一一一 二 一二-奮竺 -一門藝W·GM式中:p w風(fēng)壓力(N “);lw風(fēng)壓中心C w至浮標搖擺中心( 即浮標系鏈環(huán)的受力點) 的垂距(m )。的。式中:I一浮標吃水線處的截面對其中心線的慣矩(m咯)_亢.岔I =一石了. 0·0 5d_心浮標吃水線處的直徑(m ) ;V浮標的排水體積(m )。由于圓錐形浮標的d 值隨浮標吃水線而變化_故必須在算出吃水線的位置后方可計算B 形。穩(wěn)心距刀形=浮心高K B 十穩(wěn)心半徑刀M、一重心高K O ( 圖1 )。l一代認 一4一_ _五、浮標總傾斜角六、浮標自身搖擺七、浮標最大搖擺角0八、浮標系鏈環(huán)的位置及系鏈后的浮