海上货物运输-第三章稳性

1、第三章 保证船舶具有适度的稳性教学要求掌握船舶稳性的基本概念分类及其与船舶平衡的关系 ；掌握初稳性、大倾角稳性和动稳性的表示方法和校核方法；了解静稳性曲线图和动稳性曲线图的特征和应用掌握船舶稳性的要求；掌握船舶稳性的检验和调整方法。学时：10学时重点和难点重点船舶稳性（初稳性、大倾角稳性和动稳性）的表示和核算方法；船舶稳性的衡准要求；船舶稳性的检验和调整方法。难点船舶静稳性曲线图和动稳性曲线图。教学内容第一节 船舶稳性的基本概念第二节 船舶初稳性第三节 船舶大倾角静稳性第四节 船舶动稳性第五节 对船舶稳性的要求第六节 船舶稳性检验与调整第七节 船舶稳性资料的运用第三章 保证船舶具有适度的稳性

2、第一节 稳性的概述 一、船舶稳性的定义 稳性（Stability）船舶受外力矩作用而发生倾斜，当外力矩消失以后，船舶所具有的回原来平衡位置的能力。 物理意义：船舶倾斜后具有的复原力矩(righting moment) 或力臂(righting arm ）。稳性不足的后果船舶稳性的定义二、船舶的三种平衡状态 1.重心G在稳心M之下，复原力矩与倾侧力矩反向，正浮时的船舶处于稳定平衡状态。稳心M：正浮时浮力作用线和微倾后浮力作用线的交点 二、船舶的三种平衡状态2、重心G在稳心M之上，复原力矩与倾侧力矩同向，正浮时的船舶处于不稳定平衡状态。 二、船舶的三种平衡状态3、重心G在稳心M重合，复原力矩等于0

3、，正浮时的船舶处于随遇稳定平衡状态。 船舶平衡的3种状态1稳定平衡 稳心M在重心G上方 复原力 矩MR 为 + ， MR 0 不稳定平衡 稳心M在重心G下方 复原力矩 MR 为 ， MR 03随遇平衡 稳心M与重心G重合, 复原力矩MR 为 0， MR =0三、船舶稳性的分类 1、按倾斜方向分（1）横稳性（Transverse stability） 船舶在横倾力矩作用下所表现的稳性。（2）纵稳性（Longitudinal stability）船舶在纵倾力矩作用下所表现的稳性。三、船舶稳性的分类 2、按外力矩的作用效果分（1）静稳性（Statical stability）假设船舶受外力矩作用只发

4、生角位移，而不产生角加速度时的稳性。（2）动稳性（Dynamical stability）考虑到船舶受外力矩作用不仅产生角位移，而且产生角加速度时的稳性。三、船舶稳性的分类3、按倾斜角大小分（1）初稳性（Initial stability）倾斜角小于15且干舷甲板边缘开始入水前的稳性。（2）大倾角稳性（Stability at large angle of inclination）倾斜角大于15或干舷甲板边缘开始入水后的稳性。 三、船舶稳性的分类4、按船舱是否进水分类完整稳性（Intact stability）破舱稳性（Damaged stability） 第二节 初稳性 横稳心（Transv

5、erse metacentre）M船舶横向微幅倾斜后的浮力作用线与正浮时的浮力作用线的交点。 第二节 初稳性一、船舶小倾角横倾的基本特征（初稳性的假设条件） 研究船舶初稳性的假定条件：1.船舶微倾，10152.等容倾斜,即倾斜前后排水量不变3.倾斜轴通过初始水线面的面积中心，即漂心F4.当排水量一定时，船舶的稳心M点为一定点5.浮心B沿着以稳心M 为圆心,以稳心半径（横稳心半径BM ）。 r 为半径的圆弧轨迹移动 复原力矩与外力矩二、初稳性的基本标志初稳性大小的基本标志：初稳性高度（Initial stability hight）GM 二、初稳性的基本标志初稳性方程： MR=9.81GZ =9

6、.81 GMsin衡量标志：GM影响初稳性因素： 、 GM MR三、初稳性的计算三、初稳性的计算式中，KB浮心距基线高度（m）KG0船舶合重心距基线高度（m）KM横稳心距基线高度（m）BM横稳心半径（m）IX水线面对其纵向中心轴的面积惯性矩（m4） VM型排水体积（m3）三、初稳性的计算初稳性高度的计算步骤1、求KMa.根据船舶静水力性能参数资料b.KM=KB+BMKB浮心距基线高，查静水力资料 2、根据船舶装载状态计算确定KG0 (原理)式中，Pi船舶各组成部分的重量（包括空船、货物、航次储备、船舶常数）（t） ZiPi相应的中心重心距基线高度（m） PiZi 垂向重量力矩 （9.81kN.

7、m） 3、货物合重心高度Z的确定方法 1）、杂货船货舱内货物合重心高度的Z确定（1）估算法3、货物合重心高度Z的确定方法 载荷Pi重心距基线高Zi的确定 a.计算法：按SF归类 求近似货难高 计算各货重心高： 平衡中体: 0.5Hc 首尾：0.540.58Hc3、货物合重心高度Z的确定方法1）杂货船货舱内货物合重心高度的Z确定 理论（2）实际 不满舱取总体积中心，满舱取舱容中心 问题：有无误差？为什么允许该误差实用，偏于安全3、货物合重心高度Z的确定方法2）、对于集装箱船，取集装箱高度的0.5(我国)或0.45（IMO）作为单个集装箱的重心高度。求取某一行位集装箱的合重心高度。以行位为集装箱的

8、基本计算单位求取集装箱的合重心高度。3）、对于干散货船和液体散货船，根据舱内货物的总体积利用舱容曲线图确定舱内货物的合重心高度，进而求取全船货物的合重心高度。 3、货物合重心高度Z的确定方法舱容曲线的用法舱容曲线应用：根据货堆表面高度求货物所占舱容和货物重心距基线高；根据货物所占舱容求货物重心距基线高； 4、其它载荷重心位置的确定 固定储备量和船舶常数的重心位置根据船舶资料确定。燃油、淡水等可变储备量的重心位置可以根据船舶资料取相应液舱的舱容中心，也可根据相应液舱的舱容曲线图确定。 例题3-1某轮空船排水量为5000t，装货10000t，燃油1500t，淡水300t，备品10t，船舶常数180

9、t，装载后全船垂向总力矩136600.0tm，KM=8.80m，装货后船舶的初稳性高度值GM为多少米？四、自由液面对船舶初稳性的影响 船舶横倾时因液体横移而产生的自由液面倾侧力矩为 其中：Mf.s单个液舱的自由液面倾侧力矩（9.81KN.m）液体密度（g/cm3）ix液体表面对其本身中心轴的面积惯性距（m4） 四、自由液面对船舶初稳性的影响自由液面对船舶初稳性高度的修正GM的几个特点（1）与呈反比（2）与存在自由液面的液舱个数有关（3）与ix呈正比，而ix与b3 呈正比 （4）与舱内液体密度成正比（5）与液体体积、液舱位置、液体深度无关四、自由液面对船舶初稳性的影响自由液面惯性矩的计算（1）等

10、腰梯形液舱（2）等腰三角形液舱（3）矩形液舱思考横向分舱如何减少ix沿横向将液舱n等分，自由液面惯性矩可减少到原来的1/n2 ；减少了n2 -1/n2如果纵向呢？例题3-3某轮排水量=18421t，有燃油沉淀舱（左和右），淡水舱（左和右）未装满而有自由液面，燃油比重为0.88，淡水比重为1.00。燃油沉淀舱长a=3m，宽b=4m；淡水舱（左）长a=10m,宽b1=2.5m , b2=5.5m,淡水舱（右）长a=10m，宽b1=3m，b2=6m。试求由于自由液面影响而产生的稳性高度减少值是多少？例33：解：1)求各液舱自由液面修正力矩燃油沉淀舱（左和右）：2i =28.2（9.81KNm）淡水舱

11、（左）：i=60.8（9.81KNm）淡水舱（右）：i=84.4（9.81KNm） 各液舱自由液面修正力矩总和：i=28.2+60.8+84.4（9.81KNm）= 173.4（9.81KNm）2)求自由液面影响而使稳性高度减少值GMfGMf = 0.0094(m)答：由于自由液面影响而使稳性高度减少值为0.0094m。减小自由液面对船舶稳性影响的措施：1)减小液舱（柜）的宽度。2)液舱应尽可能装满（？）或留出空舱（？）。如无可能，尽量用较小舱室作部分装载舱。3)在可能的情况下，应集中逐舱使用油水，尽量将每个液舱的油水用完再换另一舱。4)合理安排使用压载水舱。如需利用压载水调整船舶横倾或吃水差

12、，应将计划压载的水舱注满，不要每个舱都注入部分压载水。5)保持甲板排水孔畅通。6)对排水量较小的船舶，更应注意自由液面对稳性的影响。五、载荷增减对船舶初稳性的影响 1、基本计算法 （1）求载荷变动后的排水量设船舶原排水量为，原重心距基线高度为KG，则载荷变动后的排水量为 （2）根据载荷变动后的排水量1查表确定新的横稳心距基线高度KM1 （3）计算确定载荷变动后的船舶合重心高度KG1。 （4）计算载荷变动后的初稳性高度 五、载荷增减对船舶初稳性的影响2、少量载荷变动对船舶初稳性高度的影响（P10%） 假设KM0，即KM不变，则 其中：P加载重量（t）KG1加载前船舶 重心高度（m）ZP加载载荷的

13、 重心高度（m）少量载荷变动：a.条件：Pi2，smax可减小 20(B/D2)(K1) () 其中：当B2.5D时，B2.5D； 当K1.5时， K1.5106 三、稳性衡准数的计算稳性衡准数K规则规定的最小倾覆力矩与规则规定的风压倾侧力矩之比，即1、风压力矩或风压力臂的计算 三、稳性衡准数的计算风压倾侧力矩或力臂资料三、稳性衡准数的计算2、最小倾覆力臂（矩）的计算（1）横摇角修正 （2）进水角修正第五节 对船舶稳性的要求四、国际海事组织（IMO）对船舶稳性的建议 1、经自由液面修正后的初稳性高度不小于0.15m2、静稳性力臂曲线下的面积，到横倾角30为止，不小于0.055米弧度。即 3、静

14、稳性力臂曲线下的面积，到横倾角40为止，（若进水角小于40，则到进水角为止），不小于0.090米弧度。即 4、静稳性力臂曲线下的面积，30到横倾角40为止，（若进水角小于40，则到进水角为止），不小于0.030米弧度。即 5、横倾角30处的静稳性力臂，不小于0.20米， 6、最大复原力臂对应角不小于25，最好达到30 。即 第四节 对船舶稳性的基本要求四、国际海事组织（IMO）对船舶稳性的建议7、天气衡准要求（for L24M）（1）船舶受到来自正横方向的一个稳定风压，产生的风压力臂为lw1，产生的船舶静倾角为0。其中Aw横向受风面积（m2）Pw单位计算风压, Pw=0.504PaZw吃水一半

15、处到A中心间的垂直距离（m）7、天气衡准要求（for L24M）（2）假定由于浪的作用，船舶向上风摇摆了1（计算从略） （3）然后，船舶突然受到一个突风风压，其风压力臂为（4）取2为进水角f，50角和曲线与lw2之第二个交角c中的最小值。 （5）面积b应不小于面积a 7、天气衡准要求（for L24M）第五节 对船舶稳性的要求五、临界稳性高度和临界重心高度1、临界重心高度KGc特定船舶能够同时满足规则规定的各项稳性要求时的最大重心高度。2、临界稳性高度GMc特定船舶能够同时满足规则规定的各项稳性要求时的最小初稳性高度。五、临界稳性高度和临界重心高度第六节 船舶稳性的检验与调整一、稳性过小或过大

16、对船舶安全的影响稳性过小稳性过大第六节 船舶稳性的检验与调整二、船舶初稳性高度的实际控制 1、初稳性高度的上限 2、初稳性高度的下限三、杂货船控制稳性的经验方法1、底舱货物重量占航次货载65%左右2、非底舱货物占35%左右3、若有甲板货，重量不超过10%4、若有甲板货，货堆高度不超过船宽的1/51/65、万吨级船舶，取4%5%B 6、横摇周期15-16秒较妥，上下限9秒，24秒四、船舶初稳性的检验 1、航行中的检验方法 （1）横摇周期船舶横摇一个全摆程所需要的时间（s） （2）船舶横摇的几种形式a、强迫横摇船舶受周期性的横浪冲击而产生的横摇，其周期等于横浪的周期。b、自由横摇静水中的船舶受突发

17、性的横向外力冲击而产生的摇摆。（3）船舶自由横摇周期的计算 （3）船舶自由横摇周期的计算 式中，f根据B/d确定的系数B型宽（m）KG船舶合重心高度（m）GM0未经自由液面修正的初稳性高度（m） （4）利用横摇周期检验船舶初稳性的注意事项a、必须确认船舶处于自由横摇状态b、正确理解船舶横摇周期的概念 IMO经验公式IMO经验公式(LBP70m)：四、船舶初稳性的检验2、停泊时的初稳性检验方法 P横向移动载荷的重量（t）y横向移动载荷的距离（m）因载荷横移而产生的 船舶横倾角。四、船舶初稳性的检验3、观察船舶的运动特征 船舶稳性不足的特征： （1）船舶遇到较小的横风时，船身就发生显著的倾斜，且横

18、摇缓慢，待风停后才缓缓恢复正浮。 （2）船舶大舵角操舵时发生明显倾侧 （3）船舶使用一侧油水舱时，船体很快倾向另一侧。 （4）使用拖轮协助作业时，船体明显倾斜。 （5）甲板上浪或舱内进水时，船舶出现一个永倾角。 五、 稳性调整 （一）、初稳性高度的调整 1、初稳性高度的调整值：GM要求值初始值 2、稳性调整的方法： （1）垂向移动载荷 P移动载荷的重量（t）Z载荷移动的垂向距离（m），下移为正，上移为负；初稳性高度的调整（2）轻、重货物等体积对调 其中，PH、PL分别为重、轻货的重量 SFH、SFL分别为重、轻货含亏舱的积载因数； Z为对调货物的重心高度差，重货下移为正，反之为负。 初稳性高度的调整（3）打、排压载水或加、减载货物 P加载载荷的重量（t）KP加载载荷的重心距基线高度 （m） （二）、船舶横倾角的调整 二、船舶横倾角的调整用压载或调整的方法消除PY； 压载或移动载荷重量： 第七节船舶稳