船舶稳性知识点讲解

1、第一节 稳性的基本概念一、稳性概述概念：船舶稳性（Stability）是指船舶受外力作用发生倾斜，当外力消失后能够自行 回复到原来平衡位置的能力。船舶具有稳性的原因1）造成船舶离开原来平衡位置的是倾斜力矩，它产生的原因有：风和浪的作用、 船上货物的移动、旅客集中于一舷、拖船的急牵、火炮的发射以及船舶回转等， 其大小取决于这些外界条件。2）使船舶回复到原来平衡位置的是复原力矩，其大小取决于排水量、重心和浮心 的相对位置等因素。Ms = GZ (9.81 kN - m)式中：GZ :复原力臂，也称稳性力臂，重力和浮力作用线之间的距离。船舶是否具有稳性，取决于倾斜后重力和浮力的位置关系，而排水量一定

2、时， 船舶浮心的变化规律是固定的（静水力资料），因此重心的位置是主观因素。横稳心（Metacenter）M：船舶微倾前后浮力作用线的交点，其距基线的高度KM可从船舶资料中查取。船舶的平衡状态1）稳定平衡：G在M之下，倾斜后重力和浮力形成稳性力矩。2）不稳定平衡：G在M之上，倾斜后重力和浮力形成倾覆力矩。3）随遇平衡：G与M重合，倾斜后重力和浮力作用在同一垂线上，不产生力矩。 如下图所示也）（b）（甘例如：1）圆锥在桌面上的不同放置方法；2）悬挂的圆盘船舶具有稳性的条件：初始状态为稳定平衡，这只是稳性的第一层含义；仅仅具 有稳性是不够的，还应有足够大的回复能力，使船舶不致倾覆，这是稳性的另一 层

3、含义。稳性大小和船舶航行的关系1）稳性过大，船舶摇摆剧烈，造成人员不适、航海仪器使用不便、船体结构容易 受损、舱内货物容易移位以致危及船舶安全。2）稳性过小，船舶抗倾覆能力较差，容易出现较大的倾角，回复缓慢，船舶长时 间斜置于水面，航行不力。二、稳性的分类按船舶倾斜方向分为：横稳性、纵稳性按倾角大小分为：初稳性、大倾角稳性按作用力矩的性质分为：静稳性、动稳性按船舱是否进水分为：完整稳性、破舱稳性三、初稳性初稳性假定条件：1）船舶微倾前后水线面的交线过原水线面的漂心F；2）浮心移动轨迹为圆弧段，圆心为定点M（稳心），半径为BM（稳心半径）。初稳性的基本计算初稳性方程式：Mr = A-GM-sin

4、OGM = KM - KG第二节初稳性计算一、初稳性衡准指标GM计算GM = KM - KG0 - GMf式中：KM 横稳心距基线高度(m), KM = f(dm);KG0船舶重心距基线高度(m)。KG0计算KG0式中：Pj组成船舶总重的第i项载荷重量。Z.P.载荷的重心距1基线的高度(m)。Z确定方法：估算法利用舱容曲线B货：_P2 重,SF2kg2A货：1Pl 重，SFi，2 kgh彳】ch(z_h2舱合重心距基线高度Z：_ PZ1+P2Z2P+P厂其中：Z= H.Cm + HoZ2= H2.Ch2 + H + HoChi舱形修正系数, 取 0.50.58二、货物移动对稳性的影响及计算货物

5、移动一排水量(吃水)不变一KM不变一0 GM=-GG平行力移动原理：P*Z=A *GG01P*ZdGM=D货舱装满时，轻、重货等体积对调PH-PL=P1.2.3.以舱内载荷的合体积中心或 舱容中心作为舱内载荷的 合重心。P *SF -P *SF =0H H L L三、少量载荷(P*10%A)变动后GM计算若设Pj变动前后8KM = 0,则：GM = GM +兰叵二221A+ZPi式中：GMGM2载荷变动前、后船舶 的初稳性高度(m)。四、悬挂载荷对GM的影响设悬挂物重P吨，其初始重心全悬挂点的垂 直距离1,船舶的横倾角0,则:M = GM - sin0 -1 - P - sin0( 1P -s

6、in 0=.： gm 一 r J即悬挂载荷对GM影响值为：一 1 P5 GM =A因5GM值等于将载荷P垂向移至悬挂点所产生对GM影响，所以称悬挂点为悬挂 载荷的虚重心。五、自由液面计算5 GMf式中:p液体密度(g/cm3);ix自由液面对其横倾轴的惯性距(m4)，常用公式有:梯形液面：i = (b + b ).(b2 + b2)x 48 1212其中：1 舱长(m);b1、b2 前、后边宽(m)。矩形液面：.1 b3 i =x 12其中：b 矩形边宽(m)。第三节大倾角稳性及计算一、大倾角稳性与初稳性的区别大倾角时，不再等容倾斜，倾斜轴不再过初始漂心F；横稳性不再是定点，而随横倾角变化而变

7、化;大倾角稳性用GZ衡量稳性大小，不能直接以GM。作为其衡准指标。二、大倾角稳性的表示方法基点法M = A-GZ = A- (KN - KH)式中:KN 形状稳性力臂(m)，KN=f(A，。)，可从“稳性横交曲线”中查取;KH 重量稳性力臂(m)，KH = KG-sinO，通常取：KG = KG +L1Lo AGZ 复原力臂(m)，GZ = KN - KH。假定重心点法GZ = G Z - (KG - KG )sinO(m)式中：GAZA假定重心高度的静稳性力臂;KGA假定重心高度。稳心点法GZ = MS + GM 0sin O(m)式中：MS 剩余静稳性力臂，(m)。第四节静稳性曲线一、静稳

8、性曲线的绘制（MR = f（e）或GZ = fee）Mr （gz）正弦曲线二、静稳性曲线的特征值曲线在原点处的斜率GM横倾30。处的复原力臂GZl oe=30最大复原力臂对应的横倾角esmax（极限静倾角）曲线最高点所对应的横坐标值。稳性消失角ev在e esmax且mr = 0所对应的横倾角。曲线上反曲点对应角eim通常为甲板浸水角。静稳性曲线下面积Afl。2-。1表示复原力矩Mr所作的功Ar（倾斜后船舶所具有的位能）。大倾角静稳性的衡准指标：Gz|e=30。、esmax、ev和AR。三、 影响静稳性曲线的因素* V 对于特定船：与KG和有关。对不同船：与船宽B、十舷FB等因素有关。B增大时,

9、GM和GZ|e=30o增大，。帅和ev减小。FB增大时,GM不变，但可提高大倾角稳性。SmaX第五节动稳性曲线、对船舶稳性的要求 一、与静稳性的区别sup静稳性动稳性受力性质静态外力作用动态外力作用表 征复原力矩Mr(力臂GZ) Mr = AGZM所作功A （力臂l ） A - AlRRdRd平衡条件当Mr - Mh时，船舶平衡于静倾角当Ar-Ah时，船舶平衡于动倾角6s眼(动倾角)静倾角。：船舶在静力作用下的最大横倾角。s动倾角。：船舶在动力作用下的最大横倾角。 d二、动稳性的衡准指标稳性衡准数K的计算K 二式二=M l 式中：Mhmin、i最小倾覆力矩和力臂，即使船舶发生倾覆的最小 动倾外

10、力 矩和力臂；Mw、lw 风压倾侧力矩和力臂，即设定的恶劣海况下风压对船舶的动 倾力矩和力臂。Mh.求法绘制动稳性曲线id = f(e)利用动稳性曲线是静稳性曲线的面积曲线原理绘制。在id = f(e)曲线上作两项修正：横摇1角e.修正进水角e修正按定义在曲线上量取lhmin(Mhmin = A-lhmin)(a)未经横摇角S和进水角修正(c)经横摇角8,和进水角8f修正(b)经横摇角4修正Mw计算Mw=A yL(A)式中:Pw 单位计算风压(t/m2),Pw=f(航区，Zw)；A 船舶横向受风面积(m2),人=f(dm)；Z： Aw中心距水线距离(m); l 风压倾侧力臂(m)，可从船舶资料

11、中的风压倾侧力臂图表中查取。三、对船舶稳性的要求我国2004年法定规则对非遮蔽航区海船的稳性基本要求：经自由液面修正后，船舶在整个航程中必须同时满足五项基本衡准要求:GM 0.15m；GZl 。 0.20m，当。max25 , 0f ，当船舶宽深比2.0时，该要求可适当放宽；0 v 55 ,99和04版法定规则该项要求已被取消。K 1.00对国际航线海船的稳性衡准要求我国99法定规则和IMO规定：经自由液面修正后，船舶在整个航程中要求同 时满足：GM 0.15m；复原力臂曲线在横倾角030。之间所围面积应不小于0.055mrad；复原力臂曲线在横倾角0。40。或进水角中较小者之间所围面积应不小

12、于0.090m rad；复原力臂曲线在横倾角3040或进水角中较小者之间所围面积应不小于0.030m rad；GZl 。 0.20m；y=300 smax 30，至少不小于 25；满足天气衡准要求。第六节稳性校验与调整一、船舶稳性的校核船舶每一航段对稳性最不利装载情况下必须满足:经自由液面修正：GM GM + 0.2 (m)未经自由液面修正：GM0 GM|t =9s (m)二、 保证适度稳性的经验方法T 按合适比例控制各层舱配货重量。例如：二层舱厂非底舱货约占货总重35%杂货船玄(甲板货10%,甲板货货堆高度(1/51/6)B)满载时底舱货约占货总重65%三、船舶稳性的检验方法航行中检验一一实

13、测横摇周期LUL:船舶横摇一个全摆程(四个摆幅)所需时间(s)。 U(1)法定规则推荐公式*= 0.58 - f -B 2 + 4 KG2 GM 式中：B 船舶型宽(m)；oGM 未经自由液面修正的初稳性高度(m)； 0f系数，由B/dm查表。(2)经验公式GM0式中：f 横摇周期系数，一般货船f = 0.730.88。停泊中检验一一横向移动或加减载荷设横向移动P(t),船舶产生横倾角。，则：P-Y = A-GM-tgOPY或： GM =A-tgO式中：YP重心横移的距离，右移取+ 左移取“-”。观察船舶征状Mr| = A-GM|-sinO GM0!= f(T0 t )当受到较小外力矩作用时，

14、船舶会发生明显的横倾，且其横摇极其缓慢。四、稳性调整1. GM的调整设GM的调整值:七二要求的GM2 -调整前GM(1)垂向移动载荷式中：Z P重心垂向移动距离(m),下移取+ ，上移取-”。当满载满舱时，可采用轻 重货物等体积互换方法调整，此时还应满足: P = Ph - PlI SF P = SF P H HL L（2）加减载荷（ZP GM2 . gY式中：Y P重心距中纵剖面的距离(m);GM 载荷变动后的初稳性高度(m)；2即.GM = GM +Y KGo 气2 iA+ZPe 装载变动后所产生的横倾角。五、作业(四)某轮出港时垂向总力矩为17500tm,设排水量为3500t时,KM为5.50m，试求出港 时的GM值？若该轮抵目的港燃油消耗量50t，其KP为0.7m，淡水消耗量30t， KP为3.0m，使油、水柜产生自由液面，设燃油比重0.85,油柜长7m，宽14m，中间有纵向隔舱壁；淡水柜长2m,宽6m,试求抵港时的GM值