船舶静力学第2章船舶浮性

1、2007-3-261 船舶原理船舶原理 熊云峰熊云峰 20072007年年0808月月2626日日 2007-3-262 第第二二章章 船舶浮性船舶浮性 2-1 2-1 浮性基本概念浮性基本概念 一、浮性一、浮性 是指船舶在装载一定数量载荷的情况是指船舶在装载一定数量载荷的情况 下，具有能漂浮于水面并保持相对平衡下，具有能漂浮于水面并保持相对平衡 位置的能力。是船舶航行的重要能力。位置的能力。是船舶航行的重要能力。 船舶相对于静水面的漂浮可以是半船舶相对于静水面的漂浮可以是半 浸没状态，也可以是全浸没状态。浸没状态，也可以是全浸没状态。 2007-3-263 二、船舶漂浮平衡条件二、船舶漂浮平

2、衡条件 1 1、重力和浮力的大小相等，且方向相、重力和浮力的大小相等，且方向相 反，即：反，即： 2 2、重心、重心g g和浮心和浮心b b在同一铅垂线上。在同一铅垂线上。 2007-3-264 三、船舶坐标系三、船舶坐标系 为了确切地表达重心和浮心的位置，便于性为了确切地表达重心和浮心的位置，便于性 能计算，通常采用固定在船上的坐标系。能计算，通常采用固定在船上的坐标系。 2007-3-265 四、船舶浮态四、船舶浮态 1 1、任意浮态、任意浮态 2007-3-266 2 2、正浮状态、正浮状态 2007-3-267 3 3、横倾状态、横倾状态 2007-3-268 4 4、纵倾状态、纵倾状

3、态 2007-3-269 五、基本结论五、基本结论 1、不管是哪一种浮态，重心、不管是哪一种浮态，重心g都在浮心都在浮心b之之 上，即上，即 2、船舶的浮态可用吃水、纵倾角、横倾角三、船舶的浮态可用吃水、纵倾角、横倾角三 个参数表示。个参数表示。 3、要研究船舶的浮性和稳性，必须解决：、要研究船舶的浮性和稳性，必须解决： （1）船舶的）船舶的重量重量w及其重心坐标及其重心坐标；（根据理；（根据理 论力学的原理来解决）论力学的原理来解决） （2）船舶的）船舶的排水体积及其浮心坐标排水体积及其浮心坐标。（要用。（要用 船舶静力性能计算来解决）船舶静力性能计算来解决） 2007-3-2610 2-2

4、 2-2 船舶重量和重心坐标的计算船舶重量和重心坐标的计算 一、船舶总重量一、船舶总重量 二、船舶的重心位置二、船舶的重心位置 2007-3-2611 2007-3-2612 三、重量和重心计算准确的重要性三、重量和重心计算准确的重要性 船舶重量是确定排水量的基础，船舶重量是确定排水量的基础，重量和重心重量和重心 计算准确与否直接关系到船舶技术性能的好计算准确与否直接关系到船舶技术性能的好 坏。若重量计算不准确，其影响：坏。若重量计算不准确，其影响： 1、船将不能漂浮在预定的吃水线上，影响、船将不能漂浮在预定的吃水线上，影响 船舶的航行性能。船舶的航行性能。 2、船将出现预想不到的横倾和纵倾，

5、因而、船将出现预想不到的横倾和纵倾，因而 将改变船舶预定的稳性和横摇性能。将改变船舶预定的稳性和横摇性能。 3、船舶满足不了原定的设计要求，甚至有、船舶满足不了原定的设计要求，甚至有 损船舶安全性。损船舶安全性。 2007-3-2613 四、船舶重量的分类四、船舶重量的分类 1 1、固定重量：、固定重量：包括船体钢料、舾装、机电包括船体钢料、舾装、机电 设备以及武器装备等重量。设备以及武器装备等重量。其重量和重心在其重量和重心在 使用过程中是固定不变的，使用过程中是固定不变的，其总和称为其总和称为空船空船 重量，或船舶自身的重量。重量，或船舶自身的重量。 2 2、可变重量：、可变重量：包括货物

6、、行李、旅客、淡包括货物、行李、旅客、淡 水、粮食、油料以及弹药等的重量，这一类水、粮食、油料以及弹药等的重量，这一类 重量的综合称为重量的综合称为船舶的载重量船舶的载重量。 船舶的排水量是空船重量和载重量之和。船舶的排水量是空船重量和载重量之和。 2007-3-2614 五、民船的典型装载情况五、民船的典型装载情况 1 1、满载排水量：、满载排水量：是指货物和旅客全部装载是指货物和旅客全部装载 满额的情况，通常又分为：满额的情况，通常又分为： （1 1）满载出港。）满载出港。是按设计满额装载时，燃是按设计满额装载时，燃 料、润滑油、淡水、粮食及其它给养物品都料、润滑油、淡水、粮食及其它给养物

7、品都 按照设计所规定的数量满载的情况。满载排按照设计所规定的数量满载的情况。满载排 水量通常是指满载出港的排水量。水量通常是指满载出港的排水量。 （2 2）满载到港。）满载到港。通常假定消耗品还剩余通常假定消耗品还剩余10%10% 的情况。的情况。 2007-3-2615 2 2、空载排水量：、空载排水量：是指货物和旅客全部没有是指货物和旅客全部没有 情况，通常又分为两种状态：情况，通常又分为两种状态： （1 1）空载出港。）空载出港。是指无客无货时，燃料、是指无客无货时，燃料、 润滑油、淡水、粮食及其它给养物品都按照润滑油、淡水、粮食及其它给养物品都按照 设计所规定的数量带足。设计所规定的数

8、量带足。 （2 2）空载到港。）空载到港。是指无客无货航行到达终是指无客无货航行到达终 点，通常假定消耗品还剩余点，通常假定消耗品还剩余10%10%的情况。的情况。 2007-3-2616 六、军舰的典型装载情况六、军舰的典型装载情况 1 1、空载排水量。、空载排水量。是建造全部完工后军舰的是建造全部完工后军舰的 排水量。排水量。 2 2、标准排水量。、标准排水量。是人员配备齐全，备足必是人员配备齐全，备足必 须的供应品，作好出海作战准备的排水量。须的供应品，作好出海作战准备的排水量。 3 3、正常排水量。、正常排水量。是正式试航时的排水量。是正式试航时的排水量。 4 4、满载排水量。、满载排

9、水量。 5 5、最大排水量。、最大排水量。 2007-3-2617 2-3 2-3 排水量和浮心坐标的计算排水量和浮心坐标的计算 一、根据水线面计算一、根据水线面计算（垂向计算法）（垂向计算法） 计算思路：计算思路：首先计算各水线面面积、体积首先计算各水线面面积、体积 静矩等有关数据，然后将水线面沿吃水方静矩等有关数据，然后将水线面沿吃水方 向积分来计算排水体积和浮心坐标。向积分来计算排水体积和浮心坐标。 1、基本公式、基本公式 图图7所示为船舶吃水为所示为船舶吃水为d时的正浮状态。在时的正浮状态。在 离基平面离基平面z处，取高度为处，取高度为dz的一薄层（微体的一薄层（微体 ）进行分析。）进

10、行分析。 2007-3-2618 2007-3-2619 2007-3-2620 2007-3-2621 又由于又由于 ： 所以：所以： 2007-3-2622 所以：所以： 2007-3-2623 当船舶正浮时，其浮心横向坐标当船舶正浮时，其浮心横向坐标 2007-3-2624 2 2、水线面计算、水线面计算 水线面计算通常包括面积水线面计算通常包括面积 ，漂心纵向坐，漂心纵向坐 标标 及水线面系数及水线面系数 。 2007-3-2625 （1 1）梯形法计算）梯形法计算 根据上述图形，则有：根据上述图形，则有： 其中：其中： 其中：其中： 2007-3-2626 2007-3-2627 （

11、2 2）辛浦生第一法计算）辛浦生第一法计算 根据上述图形，则有：根据上述图形，则有： 其中：其中： 其中：其中： 2007-3-2628 2007-3-2629 3 3、水线面面积曲线、水线面面积曲线 2007-3-2630 2007-3-2631 2007-3-2632 4 4、每厘米吃水吨位数曲线、每厘米吃水吨位数曲线 船舶正浮时吃水增加（或减少）船舶正浮时吃水增加（或减少）1 1厘米，引厘米，引 起排水量增加（或减少）的吨数称为每厘米起排水量增加（或减少）的吨数称为每厘米 吃水吨数吃水吨数tpctpc。 根据水线面曲线可以算出在任何吃水时的每根据水线面曲线可以算出在任何吃水时的每 厘米吃

12、水吨数厘米吃水吨数tpctpc。 每厘米吃水吨数每厘米吃水吨数tpctpc只与水线面面积有关，只与水线面面积有关， 随吃水的变化而变化。随吃水的变化而变化。 将将tpctpc随吃水的变化绘制成曲线，随吃水的变化绘制成曲线，每厘米吃每厘米吃 水吨位数曲线。该曲线的形状与水线面面积水吨位数曲线。该曲线的形状与水线面面积 曲线完全相似。曲线完全相似。 2007-3-2633 5 5、排水体积曲线、排水体积曲线 给定吃水为给定吃水为d d的排水体积计算公式：的排水体积计算公式： 根据上述积分公式和有关积分原理，则不同根据上述积分公式和有关积分原理，则不同 吃水的排水体积计算公式：吃水的排水体积计算公式

13、： 2007-3-2634 排水体积曲线：排水体积曲线：排水体积随吃水变化的关系排水体积随吃水变化的关系 曲线。曲线。 1号水线至基平面号水线至基平面 的排水体积的排水体积 2号水线至基平面号水线至基平面 的排水体积的排水体积 2007-3-2635 2007-3-2636 6 6、浮心坐标曲线、浮心坐标曲线 2007-3-2637 对于任意吃水时的浮心坐标的计算，可采用对于任意吃水时的浮心坐标的计算，可采用 下式的变上限积分求得：下式的变上限积分求得： 2007-3-2638 2007-3-2639 2007-3-2640 2007-3-2641 2007-3-2642 二、根据横剖面计算二

14、、根据横剖面计算（纵向计算法）（纵向计算法） 计算思路：计算思路：首先计算各横剖面面积、体积静首先计算各横剖面面积、体积静 矩等有关数据，然后将横剖面沿船长方向积矩等有关数据，然后将横剖面沿船长方向积 分来计算排水体积和浮心坐标。分来计算排水体积和浮心坐标。 1、基本公式、基本公式 图图2-14所示为船舶吃水为所示为船舶吃水为d时的正浮状态。时的正浮状态。 在离中站面在离中站面x处，取长度为处，取长度为dx的一薄层（微的一薄层（微 体）进行分析。体）进行分析。 2007-3-2643 2007-3-2644 则有下列公式：则有下列公式： 2007-3-2645 2007-3-2646 又由于横

15、剖面面积对基线又由于横剖面面积对基线oy的静矩为：的静矩为： 2007-3-2647 2007-3-2648 2 2、横剖面面积的数值计算、横剖面面积的数值计算 （1 1）梯形法）梯形法 2007-3-2649 2007-3-2650 （2）辛浦生法）辛浦生法 2007-3-2651 3 3、排水体积和浮心坐标（梯形法计算）、排水体积和浮心坐标（梯形法计算） 2007-3-2652 2007-3-2653 4 4、横剖面面积曲线、横剖面面积曲线 2007-3-2654 2007-3-2655 2-4 2-4 船舶在纵倾状态下排水量船舶在纵倾状态下排水量 和浮心坐标的计算和浮心坐标的计算 一、邦

16、戎曲线一、邦戎曲线 设船体在某一站号处的横剖面如下图所设船体在某一站号处的横剖面如下图所 示。该横剖面自船底到最高层甲板在不示。该横剖面自船底到最高层甲板在不 同吃水下的横剖面面积，可由同吃水下的横剖面面积，可由 的变上限积分得到。的变上限积分得到。 2007-3-2656 2007-3-2657 2007-3-2658 二、费尔索夫图谱二、费尔索夫图谱 2007-3-2659 2-5 2-5 储备浮力及载重线标志储备浮力及载重线标志 一、储备浮力一、储备浮力 定义：是指满载水线以上主体水密部分的体定义：是指满载水线以上主体水密部分的体 积所能产生的浮力。它对稳性、抗沉性和淹积所能产生的浮力。

17、它对稳性、抗沉性和淹 湿性等有很大的影响。湿性等有很大的影响。 储备浮力是确保船舶安全航行的一个重要指储备浮力是确保船舶安全航行的一个重要指 标，船舶的漂浮能力由储备浮力来保证。标，船舶的漂浮能力由储备浮力来保证。 储备浮力通常以满载排水量的百分数来表示储备浮力通常以满载排水量的百分数来表示 ，其大小根据船舶类型、航行区域以及装载，其大小根据船舶类型、航行区域以及装载 货物的种类而定。货物的种类而定。 2007-3-2660 二、载重线标志二、载重线标志 1 1、国际航行船舶、国际航行船舶 wnawna：冬季北大西洋载：冬季北大西洋载 重线；重线； w w：载重线；：载重线； s s：夏季载重

18、线；：夏季载重线； t t：热带载重线；：热带载重线； f f：夏季淡水载重线；：夏季淡水载重线； tftf：热带淡水载重线：热带淡水载重线 cscs：表示勘定干舷的：表示勘定干舷的 主管机关是主管机关是“中国船中国船 舶检验局舶检验局”。 2007-3-2661 2 2、国内航行的海船、国内航行的海船 其载重线标志类似于国际航行船舶。其载重线标志类似于国际航行船舶。 3 3、国内内河航行的船舶、国内内河航行的船舶 内河航行船舶的载重线标志上圆环两侧的字内河航行船舶的载重线标志上圆环两侧的字 母是母是“z”z”和和“c”c”，表示勘定干舷的主管机，表示勘定干舷的主管机 关是关是“中国船舶检验局中国船舶检验局”。 2007-3-2662 作业二作业二 1 1、船舶有哪几种漂浮状态？根据平衡条、船舶有哪几种漂浮状