船舶原理课件

第三章初稳性本章要点：

1、初稳性概念，初稳性高度，初稳性公式、船舶稳性指标及判断方法。

2、静水力曲线计算及绘图。

3、载荷的移动和装卸，自由液面等对船舶浮态及初稳性跟影响。

4、船舶倾斜试验目的及原理。

§3-1稳性概述

一、稳性概念1、定义：船舶在外力作用下偏离其平衡位置而倾斜，当外力消失后，能自行回复到原来平衡位置的能力。

（a)图中复原力距，倾斜力矩方向相反，起到抵抗倾斜力矩的作用，

MR定为正值

（b)图中复原力距，倾斜力矩方向相同，倾斜力矩增加，

MR定为负值二、稳性的分类（1）

按作用力矩性质分静稳性和动稳性。静稳性：船舶在倾斜过程中不计及角加速度和惯性矩的稳性，它研究倾斜力矩和稳性力矩所作功之间的动平衡问题。动稳性：船舶在倾斜过程中计及角速度和惯性矩的稳性，它研究倾斜力矩所做的功和稳性力矩所做功之间的动平衡问题。（2）

按倾斜方向纵稳性：指船舶绕横向轴（Y轴）纵倾时的稳性横稳性：指船舶绕纵向轴（X轴）横倾时的稳性（3）

按倾斜角度初稳性（或称小倾角稳性——指倾斜角度小于10度～15度和上甲板边缘开始入水前的稳性；大倾角稳性——一般指倾角大于10度～15度或上甲极边缘开始入水后的稳性。划分原因：小倾角稳性可引入某些假定，既使浮态计算被简化，又能较明确地获得影响初稳性的各种因素之间的规律。所有纵稳性问题都属于小倾角范畴，因为纵稳性力矩大于横稳性力矩，所以不可能因纵稳性不足而导致倾覆。3-3三、倾斜力矩、复原力矩1、倾斜力矩的来源

（1）风浪的作用；（2）船上货物的移动；（3）旅客集中于某一船舷。（4）拖船的急牵，火箭的发射

2、复原力矩复原力矩大小取决于排水量、重心高度、浮心移动的距离等因素。

3-4§3-2，浮心的移动，稳心及稳心半径

讨论稳性问题（1）需要确定倾斜水线的位置。（在利用符拉索夫曲线进行计算在纵倾状态、横倾状态下排水体积和浮心坐标时，倾斜水线也是满足一定条件下才得以计算的。）（2）其次找出浮力作用线的位置。（3）确定复原力矩的大小及方向。3-5一、等体积倾斜水线船舶受倾斜力矩（风力）作用发生倾斜，排水体积保持不变，W1L1是等体积倾斜水线。

结论：两等体积水线面的交线0—0必须通过原水线面WL的漂心。

该结论同样适合船舶发生纵倾的情况二、浮心的移动

1、重心移动原理

2、浮心的移动3、楔形计算三、稳心及稳心半径3-9横稳性半径r为什么?关键：惯性矩水线面对x轴的惯性矩O四、纵稳性

3-10·Fo§3-3初稳性公式一、物体的平衡状态1、稳定平衡状态不倒翁的重心很低、当它倾斜时，不倒翁的重力与桌面反作用组成力偶。使不倒翁恢复到原来的站立位置，说明不倒翁具有良好的稳性。

2、中性平衡皮球是一个球体，重心经于其中心由于桌面反作用力总是通过皮球重心周围。皮球在受外力滚动后，滚到哪里就停在哪里。即皮球不能恢复到原来的位置。

3、不稳定平衡状态铅笔的重心较高，其重力与桌面的反作用力组成力偶，使铅笔继续倾斜，直到倾倒，说明铅笔的稳性不好。

3-11二、船舶的平衡状态1、稳定平衡(a图)重心G在稳心M之下2、不稳定平衡(b图)重心G在稳心M之上3、随遇平衡(c图)重心G与稳心M重合3-12三、初稳性公式

（1）初稳性公式的用途①判别水面船舶能否稳定平衡，其衡准条件是；②船舶在营运过程中，应用初稳性方程式处理船内重物移动以及装卸重物后，调整船舶的浮态，确定新的初稳性高。（2）初稳性公式的局限性①对于水面船舶，当它满足稳定平衡时，仅能说明船舶在倾斜力矩消失后，具有能自行从微倾状态恢复到初始平衡位置的能力，并不标志着船舶同时满足不至倾覆的条件；②只能应用于小倾角稳性的研究，对于大倾角稳性不适用。3-13四、稳性高公式初稳性高公式纵稳性高公式3-14关于初稳性高度的讨论初稳性高度是衡量初稳性的重要指标的大小决定了复原力矩的大小初稳性高度的三种情况在纵中剖面上的三个点的位置关系稳心M重心G浮心B稳性系数3-15思考题：正三角形截面的实心船舶，其密度为ω1,在密度为ω2的液体中航行，问：ω1与ω2满足什么条件，此船舶保持稳定平衡？ω2ω13-16§3-4船舶静水力曲线一、曲线内容

1、静水力曲线图全面表达了船舶在静止正浮状态下浮性和稳性要素随吃水变化的规律。

2、15条曲线内容二、船舶静水力曲线图§3-5重量移动对

船舶浮态及初稳性的影响

当船舶上的重量移动时，船舶的排水量虽然保持不变，但其浮态和初稳性是变化的。研究思路：先将船舶上的重量移动分为垂向、横向以及纵向移动，最后研究任意位置的移动。一、垂向移动

同理：结论：重量垂直向上移动，提高船的重心，初稳性高减小，对稳性不利。重量垂直向下移动，隆低船的垂心，初稳性高增加，对稳性有利。所以，隆低船的重心是提高船舶稳性的有效措施之一。二、横向移动结论：重量的横向移动，不改变横稳性高，但是使船舶产生了一个横倾角，从而减少了甲板进水角的，对船舶稳性是不利的。

三、纵向移动3-23四、任意位置的移动§3—6装卸载荷对船舶

浮态及初稳性的影响一、装卸小量载荷（P<10%排水量）的影响船舶任意位置装卸载荷，会使船的吃水发生变化，并产生横倾和纵倾。分两个步骤：①假定载菏装载的位置在水线面漂心的垂直线上，只改变船舶的平均吃水和稳性高，而不产生横倾和纵倾；②移动到指定位置，发生横倾或纵倾。

二、装卸小量载荷新的初稳性计算

1、初稳性高3-25中和面2、复原力矩三、装卸大量载荷

船上增加或卸除大量的载菏（超过排水量的10%）上面公式对船舶稳性及浮态的影响就不够准确了，这是因为船舶吃水变化较大，新水线与原水线面面积漂心经置等差别较大。要根据静水力曲线图研究排水量△曲线浮心坐标xb及zb曲线漂心纵向坐标xf曲线横稳性半径BM曲线每厘米的倾力矩MTC

曲线3-27作业：P63一、2、3、4、7、16

二、5、9则：§3-7自由液面对船舶初稳性的影响

一、自由液面结论：自由液面的存在对船舶初稳性不利。二、减小自由液面对稳性高的影响自由液面面积越大，ix亦很大，为了减小自由液面对初稳性的不利影响，使自由液面的面积惯性矩ix尽量小，所以在船内设置纵向舱壁。如设置一道纵舱壁

结论：

§3-8悬挂重量对稳性高的影响§3-9船舶倾斜试验一、试验的目的

确定船舶的重量及重心位置

二、试验的原理以及方法三、试验步骤测量横倾角度四、注意事项1、风力不大于2级，晴天，地点应选在静水的遮蔽处所，尽可能使船首正对风向和水流方向，最好在坞内；2、不妨碍船的横倾，系泊缆绳全部松开。3、自行移动的物体应设法固定，机器停止运转，试验无关的人员均应离船，在船上的人员都应固定，不能随意走动。4、船上的液体舱柜抽空或者注满，消除自由液面的影响。试验结果修正