船舶设计原理4-1性能预报(11-12)

船舶总体设计重点：课题二、船舶重量重心-----------------船舶重量重心计算课题三、船舶容量与登记吨位---------船舶容量计算。课题四、船舶性能预报--------------------船舶静水力及稳性计算、干舷计算。课题五、船舶主尺度确定----------------载重型与布置型船主尺度确定。课题七、船舶总布置设计-------------1、如何进行船舶总体布置。2、如何进行纵倾调整？课题九、船体型材剖面设计---------船体构件剖面模数计算。课题十、船体结构规范设计----------船体结构规范设计。课题十二、船舶总体设计-------------如何进行船舶总体设计。课题四船舶性能预报船舶的快速性

快速性就是研究船舶尽可能消耗较小的机器功率以维持一定航行速度的能力的科学。船舶阻力船舶阻力水阻力空气阻力静水阻力汹涛阻力裸船体阻力附体阻力兴波阻力摩擦阻力粘压阻力船舶推进船舶推进器是将主机发出的功率转化为推进船前进的推力的设备。如橹、风帆、明轮、螺旋桨（车叶）等。一、快速性的初步估算(一)海军系数法

式中，P－主机功率(kW)；V－设计航速(kn)；△－设计排水量(t)；C一海军系数。海军系数C是一艘船的阻力与推进性能的综合反映，如果新船与母型船在阻力或推进方面有较大差别时，应对C值进行修正。(二)经验公式

适用于油船及散货船的瓦特生近似估算公式：式中，K＝Cb+1.68Fr(Fr为对应于试航速度的傅氏数)；N—螺旋桨转速(r／min)；P－所需主机功率(kW)；L——用Lbp计算(m)。(三)阻力及推进系数估算方法1、阻力估算(1)泰勒法-----中高速舰船试验、

船速较高，船型较瘦长的双桨船。(2)陶德法(系列60)-----民用运输船、横剖面为U型，适用于单桨运输船。(3)SSPA系列------横剖面型线为偏V型(Cb＝0.525～0.60)及中U型(Cb＝0.60—0.75)，适用于中低速单桨运输船，美国泰勒水池瑞典国立水池(4)NPL系列英国(5)长江客货船系列上海船舶运输科研所2、推进系数估算式中，o、H、R、G、S－螺旋桨敞水效率、船身效率、相对旋转效率和齿轮箱效率、轴系效率。(四)回归公式法

根据试验资料进行回归分析

二、设计中保证快速性的措施

快速性是表征船在静水中直线航行速度，与其所需主机功率之间关系的性能。它是船舶的一项重要技术指标，对船舶使用效果和营运开支影响较大。船舶快速性涉及船舶阻力和船舶推进两个方面。合理地选择船舶主尺度、船体系数(尤其是方形系数G和棱形系数G)和线型，是降低船舶阻力的关键。船舶以较小的功率消耗而获得较高航速的能力。为提高船舶的快速性，应尽力降低船舶的阻力，同时尽力提高推进器的推力。§4—2

、船舶稳性

船舶稳性（stability）

是指船舶受到外力的作用而偏离原平衡位置发生倾侧，当外力消除后能自行恢复到原来平衡位置的能力。

根据船舶倾斜角度的大小，船舶的稳性可分为两类：

1）初稳性（或称小倾角稳性），指船舶倾斜角小于，或上甲板边缘开始入水前的稳性。

2）大倾角稳性，指船舶倾斜角大于，或上甲板边缘开始入水后的稳性。

船舶稳性复原力矩MR=•GZWLG•B•G•B•WLL1W1B1Z一、初稳性（倾角小于10~15）初稳性公式MR=GZ=GMsin二、大倾角稳性（倾角大于10~15）M横稳性船舶的倾斜分为横向倾侧和纵向倾侧，因此，船舶必须具有横稳性和纵稳性。

三、纵稳性B1GW1L1MLWL1、船舶的平衡状态

船舶正浮于水面上时，船舶所受到重力即船重W与浮力N是一对平衡力。重心和浮心位置分别为G和B。当船舶发生倾斜时，由于排水体积形状的改变，导致浮心移动到了B1点，重力和浮力不再是一对平衡力，而形成了一对力偶。

WLG•B•G•B•WLL1W1B1ZM

当外力矩消失后，船舶在上述力偶所产生的力矩作用下恢复到初始位置。此力矩称为复原力矩。当船舶处于稳定平衡状态时，称船舶具有稳性。

如果船舶的重心过高，或船宽较窄，当船舶受外力矩作用横倾时，由于船宽较窄的船舶浮心横移的距离较小，因而重力和浮力组成的力偶所产生的力矩，反而使船舶继续倾斜，以至于倾覆，此力矩称为倾覆力矩，如图所示。当船舶处于不稳定平衡状态时，称船舶没有稳性。

从上述两种情况可以看出：在图中，M点（船舶倾斜后新的浮力作用线与船舶中心线的交点）是在重心G点之上，船舶具有稳性，M点叫做稳心。若M点是在G点之下，船舶不具有稳性。经分析研究，船舶是否具有稳性以及稳性好坏，决定于G点与M点的相对位置和G和M间距离的大小，即GM值是衡量船舶稳性好坏的标准，称GM值为初稳性高度。它与稳性的关系是：

当M点在G点之上时，GM＞0，船舶具有稳性，GM值越大，稳性越好，但船舶摇摆就会加剧；当M点在G点之下时，GM＜0，船舶不具有稳性，一旦受到外力矩作用很容易使船倾覆；当M点和G点重合一点时，GM=0，船舶也不具有稳性，因为一旦受到外力矩作用，船舶处于随遇平衡状态，对船舶也极不安全。1）船舶的稳定平衡

当船舶受外力作用而横向倾侧至角时，若船舶的重心G较低，在稳心M之下，重力W与浮力N形成力偶矩与船舶横倾的方向相反，使船舶向原来位置复原，我们称此力矩为复原力矩。

G•B•WLL1W1B1ZM复原力矩＝

2、船舶的中性平衡

当船舶重G与稳心M两点重合，船舶倾侧后重力W与浮力N恰好作用于同一铅垂线上，力矩为零。船舶将保持在其倾斜位置，但不具备复原能力。

G•WLL1W1B1ZM船舶处于倾覆的边缘哟，好可怕啊！3、船舶的不稳定平衡

当船舶受外力作用而横向倾侧到角时，若船舶重心G较高，在稳心M之上，致使重力W与浮力N形成的力偶矩与船舶横倾的方向相同，这时它使船舶继续倾斜直至倾覆。这个力矩称为倾覆力矩。倾覆力矩＝

提高船舶稳性的措施：

稳性是与船舶安全密切相关的一项重要性能。有关规范规定了各类船舶应具备的稳性标准，所有船舶必须达到规定的指标要求。为使船舶具有良好的稳性，可采取措施降低船舶的重心，减小上层建筑受风面积等措施。船舶初稳性为船舶倾斜角小于10~15度，或上甲板边缘开始入水前的稳性，又称小倾角稳性。船舶大倾角稳性为船舶倾斜角大于10~15度，或上甲板边缘开始入水后的稳性。

由复原力矩公式我们可以知道，复原力矩的大小是与成正比的，通常认为值越大稳定性就越好。但是事实上并不是值越大越好，如果值过大，则船舶的复原能力很强，稍有倾侧，很快复原，这样就使的船舶左右摇摆频繁，即横摇的周期短，这在客船中更是要不得，剧烈的摇摆会使乘客感觉很不舒服。

提高船舶稳性的几条措施

1）降低船舶重心是改善稳性的根本措施；

2）提高横稳心M点的高度，使值增大；

3）尽量减小上层建筑的受风面积，即减少倾覆力矩。

三、船舶抗沉性

抗沉性（insubmersibility）是指船舶在一个舱或几个舱进水的情况下，仍能保持不致于沉没和倾覆的能力。

中国宋代造船时就首先发明了用水密隔舱来保证船舶的抗沉性。船舶主体部分的水密分舱的合理性、分舱甲板的干舷值和完整船舶稳性的好坏等，是影响抗沉性的主要因素。

船舶在航行过程中，难免会发生意外的损坏。如果船舶不幸碰撞失事，船壳破损，海水大量涌入船中，就会产生严重的后果。故此在船舶设计时就要考虑抗沉性的问题。为了保证抗沉性，船舶除了具备足够的储备浮力外，一般有效的措施是设置双层底和一定数量的水密舱壁。一旦发生碰撞或搁浅等致使某一舱进水而失去其浮力时，水密舱壁可将进水尽量限制在较小的范围内，阻止进水向其他舱室漫延，而不致使浮力损失过多。这样，就能以储备浮力来补偿进水所失去的浮力，保证了船舶的不沉，也为堵漏施救创造了有利条件。

对于不同用途、不同大小和不同航区的船舶，抗沉性的要求不同。它分“一舱制”船、“二舱制”船、“三舱制”船等。“一舱制”船是指该船上任何一舱破损进水而不致造成沉没的船舶。一般远洋货船属于“一舱制”船。“二舱制”船是指该船任何相邻的两个舱破损进水而不致造成沉没的船舶。“三舱制”船以此类推。一般化学品船和液体散装船属于“二舱制”船或“三舱制”船。

对“一舱制”船也不是在任何装载情况下一舱进水都不会沉没，因为按抗沉性原理设计舱室时是按照舱室在平均渗透率下的进水量来计算的。所谓渗透率是指某舱的进水容积与该舱的舱空的比值。所以满载钢材的杂货船，货舱进水时其进水量就会较大地超过储备浮力，就不一定保证船舶不沉。

还应指出，船舶在破损进水后是否会倾覆或沉没，在一定程度上还与船上人员采取的抗沉性措施有关。船舶破损进水后的措施有很多，如抽水、灌水、堵漏、加固、抛弃船上载荷、移动载荷或调驳压载水等。抽水、灌水、堵漏、加固、抛弃船上载荷、移动载荷是为了保证船舶浮力，有时为了减少船舶倾斜、改善船舶浮态和稳性，常常通过采用灌水或调驳到相应的舱室的办法来达到。船舶抗沉性

抗沉性是指船舶在一舱或数舱破损进水后保证不沉不翻的能力。一、水密舱壁和干舷的作用外底内底水密舱壁储备浮力干舷二、对抗沉性的要求水密甲板边线76mm安全限界线破损水线

§4－3分舱及破舱稳性--------船舶抗沉性

抗沉性是指船舶在一舱或数舱破损进水后保证不沉不翻的能力。●水密舱壁和干舷的作用外底内底水密舱壁储备浮力干舷●对抗沉性的要求水密甲板边线76mm安全限界线破损水线

为了保证抗沉性，船舶除了具备足够的储备浮力外，一般有效的措施是设置双层底和一定数量的水密舱壁。一旦发生碰撞或搁浅等致使某一舱进水而失去其浮力时，水密舱壁可将进水尽量限制在较小的范围内，阻止进水向其他舱室漫延，而不致使浮力损失过多。这样，就能以储备浮力来补偿进水所失去的浮力，保证了船舶的不沉，也为堵漏施救创造了有利条件。

还应指出，船舶在破损进水后是否会倾覆或沉没，在一定程度上还与船上人员采取的抗沉性措施有关。船舶破损进水后的措施有很多，如抽水、灌水、堵漏、加固、抛弃船上载荷、移动载荷或调驳压载水等。抽水、灌水、堵漏、加固、抛弃船上载荷、移动载荷是为了保证船舶浮力，有时为了减少船舶倾斜、改善船舶浮态和稳性，常常通过采用灌水或调驳到相应的舱室的办法来达到。船舶耐波性

耐波性是指船舶在风浪中遭受由于外力干扰所产生的各种摇荡运动及砰击上浪，失速飞车和波浪弯矩等，仍能维持一定航速在水面安全航行的性能。船舶的摇荡主要有六种形式：横摇、纵摇、首摇、垂荡、横荡、纵荡。摇荡会引起下列不良后果：1、剧烈的横摇会使船舶横倾过大而丧失稳性，甚至倾覆。2、使航行速度降低，从而增加了燃料的消耗；

3、使甲板淹水造成工作困难，影响机器设备的正常运转。4、使船体结构的负荷增加，造成结构和设备的损坏。5、使船上的居住条件恶化，引起旅客的呕吐晕船