靜穩(wěn)性曲線的概念及其特征

課題三：船舶穩(wěn)性的分析與計(jì)算

10、靜穩(wěn)性曲線的概念及其特征一、知識目標(biāo)

1、掌握靜穩(wěn)性臂、靜穩(wěn)性曲線的概念

2、掌握靜穩(wěn)性曲線的特征二、能力目標(biāo)

能運(yùn)用靜穩(wěn)性曲線求解船舶的初穩(wěn)性高2023/5/131

10、靜穩(wěn)性曲線的概念及其特征2023/5/13船舶性能計(jì)算2船舶在航行中常常遇到大風(fēng)浪，橫傾角超出初穩(wěn)性范圍。這時(shí)，初穩(wěn)性公式不再適用，那么大傾角情況下船舶的穩(wěn)性將會怎樣？船舶在航行中究竟能抵抗多大的外力矩？船舶橫傾到什么程度將喪失穩(wěn)性而傾覆等等？都超出了初穩(wěn)性的研究范圍。我們將以靜、動穩(wěn)性曲線來談大傾角穩(wěn)性。

一、靜穩(wěn)性曲線的概念如圖所示，回復(fù)力矩為重力作用線和浮力作用線之間的距離，稱為靜穩(wěn)性臂。2023/5/13船舶性能計(jì)算3

在初穩(wěn)性中，根據(jù)下列假定：

1、歐拉定理：在討論初穩(wěn)性時(shí)，兩等體積傾斜水線面的交線通過原水線面的漂心。

2、浮心曲線是圓弧的一段，其圓心為初穩(wěn)心M，半徑為初穩(wěn)心半徑；排水量和重心高度一定時(shí)，穩(wěn)心為定點(diǎn)，穩(wěn)心半徑為定值。靜穩(wěn)性臂可簡化為。但討論大傾角穩(wěn)性時(shí)，上述假定不成立，我們不能用初穩(wěn)性公式來計(jì)算回復(fù)力矩。靜穩(wěn)性臂可表示為式中：

1）lb為浮心沿水平橫向移動的距離，其數(shù)值完全由排水體積的形狀所決定，稱為形狀穩(wěn)性臂。

2）lg

其數(shù)值主要由重心位置所決定，稱為重量穩(wěn)性臂。

在排水量和重心高度一定時(shí)，靜穩(wěn)性臂l僅是橫傾角φ的函數(shù)。隨φ的變化規(guī)律比較復(fù)雜，不能有簡單的公式表示。通常根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪制成l＝f(φ)曲線，稱為靜穩(wěn)性曲線。

說明：

1、在排水量和重心高度一定時(shí)，靜穩(wěn)性曲線表示船舶在不同橫傾角時(shí)復(fù)原力臂（靜穩(wěn)性臂）的大小。

2、與形狀相近，只相差一個(gè)比例系數(shù)，也稱為靜穩(wěn)性曲線，它表示了回復(fù)力矩隨橫傾角的變化規(guī)律。2023/5/13船舶性能計(jì)算42023/5/13船舶性能計(jì)算5二、靜穩(wěn)性曲線的特征

1、靜穩(wěn)性曲線原點(diǎn)處的切線斜率等于初穩(wěn)性高。

2、最大靜穩(wěn)性臂（最大復(fù)原力臂）lmax和及其對應(yīng)的橫傾角（極限靜傾角）φ1max。靜穩(wěn)性曲線的最高點(diǎn)B的縱坐標(biāo)表是船舶在橫傾過程中所具有的最大靜穩(wěn)性臂，其對應(yīng)的橫傾角稱為極限靜傾角。思考：靜穩(wěn)性曲線原點(diǎn)處的切線斜率是什么？答：橫穩(wěn)性系數(shù)。

3、穩(wěn)定平衡與不穩(wěn)定平衡位置

4、甲板邊緣入水角φe靜穩(wěn)性曲線的上升段有一個(gè)反曲點(diǎn)（曲線的拐點(diǎn)），反曲點(diǎn)以下曲線上升較快，之后上升較慢。這是由于水線未淹過甲板邊緣前形狀穩(wěn)性臂增加較快，而淹過之后增加的趨勢緩慢。一般船舶，反曲點(diǎn)所對應(yīng)的傾角大致在甲板邊緣開始入水的角度，稱為甲板邊緣入水角。2023/5/13船舶性能計(jì)算6

5、穩(wěn)性消失角與穩(wěn)距靜穩(wěn)性曲線的D點(diǎn)復(fù)原力矩MR＝0，其對應(yīng)的橫傾角稱為穩(wěn)性消失角φv，原點(diǎn)至D點(diǎn)的距離稱為穩(wěn)距（或稱穩(wěn)性范圍）。在穩(wěn)距范圍內(nèi)，復(fù)原力矩是正值，超出穩(wěn)距范圍，復(fù)原力矩為負(fù)值，使船舶因無復(fù)原可能而繼續(xù)傾斜至傾覆。

2023/5/13船舶性能計(jì)算76、靜穩(wěn)性曲線下的面積靜穩(wěn)性曲線所圍圖形的面積等于復(fù)原力矩MR對船所作的（負(fù)）功TR，或者稱為船舶傾斜后所具有的位能。顯然，面積越大，船舶所具有可抵抗橫傾力矩的位能越大，船舶的穩(wěn)性就越好。三、三種典型的靜穩(wěn)性曲線圖（a）：初穩(wěn)性高GM較大，這種船舶一般船寬較大、干舷較小，如江船。通常這類船舶的穩(wěn)性是足夠的，但遇到風(fēng)浪時(shí)會產(chǎn)生劇烈的搖擺，對于海船來說并不理想。圖（b）：初穩(wěn)性高GM較小，這種船舶一般干舷較高，如海船，通常這類船舶的大傾角穩(wěn)性是足夠的，遇到風(fēng)浪時(shí)搖擺相對較緩和，這種靜穩(wěn)性曲線較為理想。圖（c）：初穩(wěn)性高GM為負(fù)值，這種船在靜水中雖然不會翻掉，但因正浮位置是不穩(wěn)定平衡，故具有一永傾角α。其大傾角穩(wěn)性較差，通常不允許出現(xiàn)這種情況。2023/5/13船舶性能計(jì)算8

注意：上述靜穩(wěn)性曲線的特征值是表征船舶穩(wěn)性的重要指標(biāo)，在《海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》等中對其數(shù)值都有明確的規(guī)定。

例如：船舶在各種載況下經(jīng)過自由液