船舶原理課件

第三章初穩(wěn)性本章要點(diǎn)：

1、初穩(wěn)性概念，初穩(wěn)性高度，初穩(wěn)性公式、船舶穩(wěn)性指標(biāo)及判斷方法。

2、靜水力曲線計算及繪圖。

3、載荷的移動和裝卸，自由液面等對船舶浮態(tài)及初穩(wěn)性跟影響。

4、船舶傾斜試驗(yàn)?zāi)康募霸怼?/p>

§3-1穩(wěn)性概述

一、穩(wěn)性概念1、定義：船舶在外力作用下偏離其平衡位置而傾斜，當(dāng)外力消失后，能自行回復(fù)到原來平衡位置的能力。

（a)圖中復(fù)原力距，傾斜力矩方向相反，起到抵抗傾斜力矩的作用，

MR定為正值

（b)圖中復(fù)原力距，傾斜力矩方向相同，傾斜力矩增加，

MR定為負(fù)值二、穩(wěn)性的分類（1）

按作用力矩性質(zhì)分靜穩(wěn)性和動穩(wěn)性。靜穩(wěn)性：船舶在傾斜過程中不計及角加速度和慣性矩的穩(wěn)性，它研究傾斜力矩和穩(wěn)性力矩所作功之間的動平衡問題。動穩(wěn)性：船舶在傾斜過程中計及角速度和慣性矩的穩(wěn)性，它研究傾斜力矩所做的功和穩(wěn)性力矩所做功之間的動平衡問題。（2）

按傾斜方向縱穩(wěn)性：指船舶繞橫向軸（Y軸）縱傾時的穩(wěn)性橫穩(wěn)性：指船舶繞縱向軸（X軸）橫傾時的穩(wěn)性（3）

按傾斜角度初穩(wěn)性（或稱小傾角穩(wěn)性——指傾斜角度小于10度～15度和上甲板邊緣開始入水前的穩(wěn)性；大傾角穩(wěn)性——一般指傾角大于10度～15度或上甲極邊緣開始入水后的穩(wěn)性。劃分原因：小傾角穩(wěn)性可引入某些假定，既使浮態(tài)計算被簡化，又能較明確地獲得影響初穩(wěn)性的各種因素之間的規(guī)律。所有縱穩(wěn)性問題都屬于小傾角范疇，因?yàn)榭v穩(wěn)性力矩大于橫穩(wěn)性力矩，所以不可能因縱穩(wěn)性不足而導(dǎo)致傾覆。3-3三、傾斜力矩、復(fù)原力矩1、傾斜力矩的來源

（1）風(fēng)浪的作用；（2）船上貨物的移動；（3）旅客集中于某一船舷。（4）拖船的急牽，火箭的發(fā)射

2、復(fù)原力矩復(fù)原力矩大小取決于排水量、重心高度、浮心移動的距離等因素。

3-4§3-2，浮心的移動，穩(wěn)心及穩(wěn)心半徑

討論穩(wěn)性問題（1）需要確定傾斜水線的位置。（在利用符拉索夫曲線進(jìn)行計算在縱傾狀態(tài)、橫傾狀態(tài)下排水體積和浮心坐標(biāo)時，傾斜水線也是滿足一定條件下才得以計算的。）（2）其次找出浮力作用線的位置。（3）確定復(fù)原力矩的大小及方向。3-5一、等體積傾斜水線船舶受傾斜力矩（風(fēng)力）作用發(fā)生傾斜，排水體積保持不變，W1L1是等體積傾斜水線。

結(jié)論：兩等體積水線面的交線0—0必須通過原水線面WL的漂心。

該結(jié)論同樣適合船舶發(fā)生縱傾的情況二、浮心的移動

1、重心移動原理

2、浮心的移動3、楔形計算三、穩(wěn)心及穩(wěn)心半徑3-9橫穩(wěn)性半徑r為什么?關(guān)鍵：慣性矩水線面對x軸的慣性矩O四、縱穩(wěn)性

3-10·Fo§3-3初穩(wěn)性公式一、物體的平衡狀態(tài)1、穩(wěn)定平衡狀態(tài)不倒翁的重心很低、當(dāng)它傾斜時，不倒翁的重力與桌面反作用組成力偶。使不倒翁恢復(fù)到原來的站立位置，說明不倒翁具有良好的穩(wěn)性。

2、中性平衡皮球是一個球體，重心經(jīng)于其中心由于桌面反作用力總是通過皮球重心周圍。皮球在受外力滾動后，滾到哪里就停在哪里。即皮球不能恢復(fù)到原來的位置。

3、不穩(wěn)定平衡狀態(tài)鉛筆的重心較高，其重力與桌面的反作用力組成力偶，使鉛筆繼續(xù)傾斜，直到傾倒，說明鉛筆的穩(wěn)性不好。

3-11二、船舶的平衡狀態(tài)1、穩(wěn)定平衡(a圖)重心G在穩(wěn)心M之下2、不穩(wěn)定平衡(b圖)重心G在穩(wěn)心M之上3、隨遇平衡(c圖)重心G與穩(wěn)心M重合3-12三、初穩(wěn)性公式

（1）初穩(wěn)性公式的用途①判別水面船舶能否穩(wěn)定平衡，其衡準(zhǔn)條件是；②船舶在營運(yùn)過程中，應(yīng)用初穩(wěn)性方程式處理船內(nèi)重物移動以及裝卸重物后，調(diào)整船舶的浮態(tài)，確定新的初穩(wěn)性高。（2）初穩(wěn)性公式的局限性①對于水面船舶，當(dāng)它滿足穩(wěn)定平衡時，僅能說明船舶在傾斜力矩消失后，具有能自行從微傾狀態(tài)恢復(fù)到初始平衡位置的能力，并不標(biāo)志著船舶同時滿足不至傾覆的條件；②只能應(yīng)用于小傾角穩(wěn)性的研究，對于大傾角穩(wěn)性不適用。3-13四、穩(wěn)性高公式初穩(wěn)性高公式縱穩(wěn)性高公式3-14關(guān)于初穩(wěn)性高度的討論初穩(wěn)性高度是衡量初穩(wěn)性的重要指標(biāo)的大小決定了復(fù)原力矩的大小初穩(wěn)性高度的三種情況在縱中剖面上的三個點(diǎn)的位置關(guān)系穩(wěn)心M重心G浮心B穩(wěn)性系數(shù)3-15思考題：正三角形截面的實(shí)心船舶，其密度為ω1,在密度為ω2的液體中航行，問：ω1與ω2滿足什么條件，此船舶保持穩(wěn)定平衡？ω2ω13-16§3-4船舶靜水力曲線一、曲線內(nèi)容

1、靜水力曲線圖全面表達(dá)了船舶在靜止正浮狀態(tài)下浮性和穩(wěn)性要素隨吃水變化的規(guī)律。

2、15條曲線內(nèi)容二、船舶靜水力曲線圖§3-5重量移動對

船舶浮態(tài)及初穩(wěn)性的影響

當(dāng)船舶上的重量移動時，船舶的排水量雖然保持不變，但其浮態(tài)和初穩(wěn)性是變化的。研究思路：先將船舶上的重量移動分為垂向、橫向以及縱向移動，最后研究任意位置的移動。一、垂向移動

同理：結(jié)論：重量垂直向上移動，提高船的重心，初穩(wěn)性高減小，對穩(wěn)性不利。重量垂直向下移動，隆低船的垂心，初穩(wěn)性高增加，對穩(wěn)性有利。所以，隆低船的重心是提高船舶穩(wěn)性的有效措施之一。二、橫向移動結(jié)論：重量的橫向移動，不改變橫穩(wěn)性高，但是使船舶產(chǎn)生了一個橫傾角，從而減少了甲板進(jìn)水角的，對船舶穩(wěn)性是不利的。

三、縱向移動3-23四、任意位置的移動§3—6裝卸載荷對船舶

浮態(tài)及初穩(wěn)性的影響一、裝卸小量載荷（P<10%排水量）的影響船舶任意位置裝卸載荷，會使船的吃水發(fā)生變化，并產(chǎn)生橫傾和縱傾。分兩個步驟：①假定載菏裝載的位置在水線面漂心的垂直線上，只改變船舶的平均吃水和穩(wěn)性高，而不產(chǎn)生橫傾和縱傾；②移動到指定位置，發(fā)生橫傾或縱傾。

二、裝卸小量載荷新的初穩(wěn)性計算

1、初穩(wěn)性高3-25中和面2、復(fù)原力矩三、裝卸大量載荷

船上增加或卸除大量的載菏（超過排水量的10%）上面公式對船舶穩(wěn)性及浮態(tài)的影響就不夠準(zhǔn)確了，這是因?yàn)榇俺运兓^大，新水線與原水線面面積漂心經(jīng)置等差別較大。要根據(jù)靜水力曲線圖研究排水量△曲線浮心坐標(biāo)xb及zb曲線漂心縱向坐標(biāo)xf曲線橫穩(wěn)性半徑BM曲線每厘米的傾力矩MTC

曲線3-27作業(yè)：P63一、2、3、4、7、16

二、5、9則：§3-7自由液面對船舶初穩(wěn)性的影響

一、自由液面結(jié)論：自由液面的存在對船舶初穩(wěn)性不利。二、減小自由液面對穩(wěn)性高的影響自由液面面積越大，ix亦很大，為了減小自由液面對初穩(wěn)性的不利影響，使自由液面的面積慣性矩ix盡量小，所以在船內(nèi)設(shè)置縱向艙壁。如設(shè)置一道縱艙壁

結(jié)論：

§3-8懸掛重量對穩(wěn)性高的影響§3-9船舶傾斜試驗(yàn)一、試驗(yàn)的目的

確定船舶的重量及重心位置

二、試驗(yàn)的原理以及方法三、試驗(yàn)步驟測量橫傾角度四、注意事項(xiàng)1、風(fēng)力不大于2級，晴天，地點(diǎn)應(yīng)選在靜水的遮蔽處所，盡可能使船首正對風(fēng)向和水流方向，最好在塢內(nèi)；2、不妨礙船的橫傾，系泊纜繩全部松開。3、自行移動的物體應(yīng)設(shè)法固定，機(jī)器停止運(yùn)轉(zhuǎn)，試驗(yàn)無關(guān)的人員均應(yīng)離船，在船上的人員都應(yīng)固定，不能隨意走動。4、船上的液體艙柜抽空或者注滿，消除自由液面的影響。試驗(yàn)結(jié)果修正