货运03-船舶稳性

海上货物运输第9章

船舶稳性主讲：张兢船舶稳性很重要SafetyFirst§

9—1船舶稳性分类1）稳性（stability）：

船舶在外力矩(TheExternalmoment)作用下发生倾斜，当外力消除后能自行恢复初始平衡位置的能力。2）物理意义：

船舶倾斜后具有复原力矩(rightingmoment)或力臂(rightingarm）。§

9—1船舶稳性分类①按倾斜方向分：横稳性（Transversestability）纵稳性（Longitudinalstability）②按倾斜角大小分：初稳性（initialstability）θ≤10°～15°

甲板边缘不入水，舭部不出水。大倾角稳性(Stabilityatlargeangles)稳性及其分类③按作用力矩的性质分：静稳性（staticalstability）动稳性（Dynamicalstability）④按船舱是否破损进水分：完整稳性（Intactstability）破舱稳性（Damagedstability）§

9—2船舶初稳性一、船舶的静平衡状态稳心M：船舶倾斜前后浮力作用线的交点。①稳定平衡状态：（StableEquilibrium)：船舶稳心M在重心G之上，GM>0。船舶倾斜后重力W与浮力Δ构成的稳性力矩能使船舶恢复到初始平衡状态。一、船舶的静平衡状态②随遇平衡状态（Neutralequilibrium)：船舶稳心M与重心G重合，GM=0。船舶倾斜后重力W与浮力Δ所构成的稳性力矩不能使船舶恢复到初始平衡状态一、船舶的静平衡状态③不稳定平衡状态（Unstableequilibrium)

船舶稳心M在重心G之下，GM<0。船舶倾斜后重力W与浮力Δ所构成的稳性力矩能使船舶继续倾斜。§

9—2船舶初稳性二、初稳性的衡量标志

静稳性：船舶受静态外力矩的作用，不计及倾斜角速度。复原力矩

MR=9.81ΔGZ(KN·m)MR=ΔGZ(9.81KN·m)GZ为复原力臂MR

与Δ、KG、θ有关§

9—2船舶初稳性§

9—2船舶初稳性初稳性

船舶倾角<10°~15°或上甲板边缘开始入水前的稳性1）特征：①倾斜轴过正浮时漂心②横稳心M为定点，横稳心半径BM（r）为定值§

9—2船舶初稳性2）初稳性的表示方法①初稳性方程：

MR=9.81Δ•GZ=9.81Δ•GMsinθGZ=GMsinθ②衡量标志：GM③影响初稳性因素：

Δ↗、GM↗→MR↗§

9—2船舶初稳性三、GM的表达式

GM=KB+BM－KG=KM－KG

h=Zb+r－Zg

=Zm

－

Zg

r=Ix/V初稳性高度GM值的计算四、GM的求取

GM0=KB+BM－KG0=KM－KG0

①KM=KB+BM:

查静水力资料初稳性高度GM值的计算②KG:

空船重量、重心查船舶资料KG的计算货物重心高度的确定：载荷Pi重心距基线高Zi的确定（1）计算法：按SF归类

求近似货堆高计算各货重心高：平行中体:0.5Hc

首尾：0.54~0.58HcKG的计算

（2）舱容曲线查取法

纵：货堆表面距基线高下横：舱容上横：容积中心距基线高应用：根据货堆表面高度求货物所占舱容和货物重心距基线高；舱容曲线KG的计算c.取舱内货物体积中心。d.取舱容中心，实用，偏于安全3）油水重量、重心的确定用舱容曲线法MR=Δ•g•GZkN·mMR=Δ•GZ9.81kN·mGM经验值§

9—3影响初稳性的因素及其计算一、自由液面对GM值的影响自由液面的影响：

MR=Mh+δMGM下降

GZ减小一、自由液面对GM值的影响1.GM修正表达式：δGMf的计算（FreeSurfaceCorrection）:

----自由液面力矩（Freesurfacemoment）

ixi——液舱自由液面的面积对横倾轴的惯性矩（m4）

2.ix的确定：1）查船舶资料根据IS2008按0度横倾角计算。一、自由液面

对GM值的影响2）公式计算法（1）对称的舱柜

矩形：等腰三角形：ix与液面宽的三次方成正比b1b2l一、自由液面对GM值的影响一、自由液面对GM值的影响（2）不对称舱柜直角三角形：直角梯形：原式

ix与液面宽的三次方成正比

（3）无折点且液面对称液化气船的液舱为球形、圆柱形或椭圆形

l、b—分别为液面最大长度和最大宽度。一、自由液面对GM值的影响一、自由液面对GM值的影响3.GM表达式：1）减小液舱柜宽度矩形液舱宽b,分为n个等分则：

ixn=ix/n2

4.减小自由液面影响的措施b结构措施(a)未隔舱(b)分隔为两个相等液舱分隔为两个相等液舱后，自由液面效应将会减少至原来数值之四分之一。(c)分隔为三个相等液舱分隔为两个相等液舱后，自由液面效应将会减少至原来数值之九分之一。因此，当自由液面效应产生时可以下式说明:其中n为所隔相等液舱数量。若当分隔为四个相等液舱时，所减少的自由液面效应为十六分之一。2）液舱柜装满或排空

3）保持甲板排水孔通畅4）注意纵舱壁漏水或舱内积水5）注意小排水量的影响

4.减小自由液面影响的措施二、舱内载荷移动：少量P条件：ΣPi<10%Δ1.载荷水平横移GM不变，但对稳性有影响§9—3影响初稳性的因素及其计算§

9—3影响初稳性的因素及其计算2.载荷垂移：假设KM不变§

9—3影响初稳性的因素及其计算三、货物悬挂1、悬挂载荷的倾侧力矩l——悬挂长度（m）P——悬挂载荷重量（t）m——虚重心§

9—3影响初稳性的因素及其计算三、货物悬挂2、悬挂载荷对船舶初稳性的影响§

9—3影响初稳性的因素及其计算四、载荷重量增减1.重量大量增减§

9—3影响初稳性的因素及其计算四、载荷重量增减2.重量少量增减单票：多票：§9-4船舶大倾角稳性一、大倾角静稳性的基本概念1.区别：①横倾轴不过正浮时漂心②M点不为定点③B点轨迹不是圆心的圆弧，非固定半径§9-4船舶大倾角稳性2）大倾角稳性衡量标志

—GZMR=9.81ΔGZ

Δ一定时：GZ↗MR↗§9-4船舶大倾角稳性二、静稳性力臂的求算1.GZ表达式1）基点法：GZ0=KN-KHKH——重量稳性力臂KH=KG0sinθ，与KG，θ有关。考虑自由液面KN——形状稳性力臂，与Δ，θ有关,由稳性交叉曲线查取§9-4船舶大倾角稳性稳性交叉曲线(CrossCurvesofStability)

：横坐标：型排水体积V或Δ纵坐标：

KN（或lf）;10～80°法一：GZ=KN-KH§9-4船舶大倾角稳性

2）假定重心法：GZ=GAZA+（KGA-KG）sinθKGA——假定重心高度

GAZA——假定重心高度处复原力臂值，查稳性交叉曲线将假定重心处的GAZA修正到实际重心处的GZGZ=GAZA+（KGA-KG）sinθ§9-4船舶大倾角稳性3）初稳心点法：GZ0=MS+GM0sinθMS——形状稳性力臂

§9-4船舶大倾角稳性2.静稳性力臂的计算自由液面对静稳性力臂的修正特点：自由液面倾侧力矩（力臂）随θ而变1）查取“液舱自由液面倾侧力矩表”大倾角的自由液面修正力矩Mfi

ΣMfi——各舱自由液面修正力矩代数（KN.m）

§9-4船舶大倾角稳性2)重心高度修正法（通过对初稳性进行修正）将自由液面对初稳性高度的修正值看作船舶重心升高δGMf=-δKG=–（KG-KGo）

KG=KGo+δGMfGZ=KN–KGsinθ=KN–(KGo+δGMf)·sinθ4）自由液面对大倾角稳性修正复原力臂值减少(重量稳性力臂增加)：

δGZ=δGMf

sinθ(m)此法未考虑自由液面对横倾轴惯性矩影响。§9-4船舶大倾角稳性三、静稳性曲线(CurveofIntactStaticalStabilityorRightingArmCurve)

一定Δ情况下，MR或GZ（lR）与θ关系曲线三、静稳性曲线1.静稳性曲线绘制：①计算KG和Δ②据Δ在稳性横交曲线上查取各θ（10°～80°）下KN值。③计算各θ的sin值④计算KH=KGsinθ⑤计算GZ（lR）=KN-KH或⑥计算MR=9.81ΔGZ⑦标连各点复原力臂和复原力矩数值计算表静稳性曲线计算θ°

010203040506070KN(m)01.63.254.625.786.57.097.45sinθ

00.170.340.50.640.770.870.94KH(m)01.402.764.035.196.186.997.58GZ(m)00.200.490.590.590.320.10-0.13MRt·m037079143109161100959711866-2426MRkN·m036365896971070871080025857718305-23797三、静稳性曲线PositiveStabilityNegativeStabilityNeutralStability三、静稳性曲线2.静稳性曲线的主要特征特征值：GM、GZmaxθsmaxθv

2.静稳性曲线的主要特征1）曲线原点处切线的斜率

GM值

GZ曲线在原点处的切线斜率

GZ′|θ=0=GMcosθ|θ=0=GMa.作原点处曲线的切线b.θ=1rad(57°.3)处作轴垂线交切线于C点c.GM=DCDC2.静稳性曲线的主要特征2）曲线上的反曲点甲板浸水角θim

原点到最高点间的反曲点，θim后GZ增长减缓

2.静稳性曲线的主要特征3）静稳性曲线上的极值

MaximumRightingArm(GZmax)

或MaximumRightingmoment(Mrmax)

2.静稳性曲线的主要特征4）稳性消失角(Capsizingangle)θv

静稳性曲线x横轴交点对应角稳性范围(RangeofStability)

：0°～θv°2.静稳性曲线的主要特征5）静平衡角（静倾角）θS

MR=Mh(外力)2.静稳性曲线的主要特征6）MRmax或GZmax对应角θsmax(极限静倾角,AngleofGZmax)2.静稳性曲线的主要特征7）θ=30°对应的复原力臂GZ|θ=30°可用以表征船舶的大倾角稳性三、静稳性曲线3.影响静稳性曲线的因素1）干舷F(D):↗GZmaxθsmaxθvθf↗曲线在甲板入水角之后有区别∴F(D)对初稳性无影响大倾角稳性随F↗而变好三、静稳性曲线3.影响静稳性曲线的因素：2）船宽B：↗GZmax↗θim、θf

、θsmax

、θv↘3.影响静稳性曲线的因素3）重心高度KG↗GZ、θv↘

3.影响静稳性曲线的因素4）Δ↗KN↘GZ↘但MR随Δ↗而增加5）自由液面Ix：大倾角稳性的Ix随θ的增大而变大6）初始横倾角θ§9—5船舶动稳性一、船舶动平衡及动倾角动稳性：船舶在外力矩的动力作用下表现的稳性，考虑横摇惯性矩（或角加速度）。实际船舶在海上航行时经常受到外力矩Mh的突然作用，如阵风的突然吹袭、海浪的猛烈冲击等。动平衡过程分析1（1）在倾角θ＝0至θs之间，MR<

Mh

，船在外力矩作用下加速倾斜。（2）当θ＝θs时，MR=

Mh，外力矩已不能再使船舶继续倾斜，但由于船舶具有一定的角速度（亦即具有一定的动能），在惯性的作用下船将继续倾斜。（3）在倾角θ＝θs至θd之间，MR＞Mh，船舶减速倾斜。（4）当θ＝θd时，角速度等于零，船即停止倾斜，但这时MR＞Mh，故船舶开始复原。动平衡过程分析2

（1）在倾角θ＝θd至θs之间；MR＞Mh，船舶加速复原。（2）当θ＝θs时，MR=Mh，复原力矩已不能再使船舶复原，但由于船舶具有角加速度，故将继续复原。（3）在倾角θ＝θs至0之间，Mh＞MR，船的复原速度减小。（4）在倾角θ＝0时，船的复原速度等于零而停止复原。但这时MR=0，外力矩MR又使船产生倾斜。

§9—5动稳性动平衡：Wh(横倾力矩作功)=WR（复原力矩作功）

二.动稳性的基本标志动稳性的表示方法θ的右边边界线以内，MR或lR曲线下面积，即：1）动稳性力矩函数WR(θ)(KN.m.rad)二.动稳性的基本标志2)动稳性力臂函数ld(θ)

三、最小倾覆力矩1.基本概念SOM´E´=SE´F´N´时对应的倾覆力矩（Mh）Mhmin与船舶装载状态有关比较：θsθsmaxθdmax(极限动倾角)F’sm三、最小倾覆力矩Mh<=Mhmin考虑θ1的修正HKNCPOM2.Mhmin的修正

1）初始横摇角θ1的修正2.Mhmin的修正

2）进水角θf的修正静动稳性曲线在θf中断。Md=WR(θ)或ld(θ)曲线，是静稳性曲线MR（θ）或lR(θ)的积分曲线四、动稳性曲线图MR

=f(θ)θ(°)θMR

θ(°)θllmax

ldWR

ldld

max

oBACoD’A’C’B’θmax四、动稳性曲线图1）绘制辛氏或梯形法则对MR（θ）或lR(θ)计算面积。四、动稳性曲线图2)静动稳性曲线的关系①θ=0lR=ld=0②θ=θsmax

lR=lRmaxld曲线处于反曲点③θ=θvlR=0ld=ldmax

四、动稳性曲线图3)用途①已知Mh求θd

绘Wh曲线，Wh=Mhθ

四、动稳性曲线图MR

=f(θ)θ(°)57.3°MR

(l)

θ(°)θdDMd(ld)

MhoBACoNA’C’EθdMh(lh)四、动稳性曲线图②求Mhmin和θdmaxMR

=f(θ)θ(°)57.3°M(l)

θ(°)θdmaxKW(ld)

Mhmax

oGFHoK’EθdmaxMhmaxE’船舶稳性§9—6对船舶稳性的要求

一、《法定规则》对船舶稳性的要求二、IMO《2008年国际完整稳性规则》对船舶稳性的要求§9—6对船舶稳性的要求一、《法定规则》的要求1.适用范围：

1.1.1除另有规定外，本章适用于排水型海船，但不适用于下列船舶：（1）帆船；（2）机帆船；（3）非营业游艇。

1.1.2对远海航区船舶，除双体客船、拖船、起重船和挖泥船外，如全部引用《国际航行海船法定检验技术规则》第4篇附则3的规定，则可等效代替本章2和3的所有要求，但对油船还应满足本章3.7的要求。§9—6对船舶稳性的要求一、《法定规则》的要求航区划分为以下4类：(1)远海航区：系指国内航行超出近海航区的海域。(2)近海航区：系指中国渤海、黄海及东海距岸不超过200nmile的海域；台湾海峡；南海距岸不超过120nmile(台湾岛东海岸、海南岛东海岸及南海岸距岸不超过50nmile)的海域。(3)沿海航区：系指台湾岛东海岸、台湾海峡东西海岸、海南岛东海岸及南海岸距岸不超过10nmile的海域和除上述海域外距岸不超过20nmile的海域；距有避风条件且有施救能力的沿海岛屿不超过20nmile的海域。但对距海岸超过20nmile的上述岛屿，本局将按实际情况适当缩小该岛屿周围海域的距岸范围。(4)遮蔽航区：系指在沿海航区内，由海岸与岛屿、岛屿与岛屿围成的遮蔽条件较好、波浪较小的海域。在该海域内岛屿之间、岛屿与海岸之间的横跨距离应不超过10nmile。§9—6对船舶稳性的要求一、《法定规则》的要求2．对船舶稳性基本衡准指标的最低要求（4点要求）

*适用于杂货船、油船

*经自由液面修正1）初稳性：GMf≥0.15m一、《规定规则》的要求2)大倾角稳性：

①GZ30°orθf≥0.20m

②θsmax≥25°稳性衡准数3)动稳性稳性衡准数K≥1一、《法定规则》的要求Mw(或lw)计算①查风压倾侧力臂曲线：②Mw=Pw.Aw.Zw(KN.m)与排水量有关lw=Mw/9.81.Δ(m)一、《规定规则》的要求2．最小许用稳性高度（GMc）和极限重心高度（KGc）同时满足4点基本要求的GM或KG1）GMc曲线满足4点要求的GMmin纵坐标：GMc横坐标：Δ满足规范要求一、《规定规则》的要求2）KGc曲线满足4点要求的KGc纵：KGc横：ΔKGc=KM-GMcKGc曲线应用GM≥GMcKG≤KGc

一、《规定规则》的要求（4）稳性特殊要求客船、木材船、液货船、集装箱船、拖船、高速船等。整个航程满足稳性要求；永久压载问题一、《规定规则》的要求（5）注意事项：1）四点要同时满足或GM≥GMc2）基本要求适用于杂货船、油轮3）经自由液面修正至少计及一个或一对液舱满至98%及空舱可不计4）计及结冰等对稳性影响5）中途状态核算6）假设条件6）假设条件：①无航速、水线面水平②船舶无初始横倾初始横倾将损失船舶稳性，当船舶初始横倾角较大时，船舶的一项或几项稳性指标将得不到满足。积载时尽量消除初始横倾，并采取措施防止货物在航行中移位。一、《规定规则》的要求7）波浪影响1.2 波浪中的动态稳性现象1.2.1 复原力臂的变化任何在波谷和波峰状态时复原力臂变化大的船舶可能会出现参数横摇或单纯失去稳性或者出现两种情况的组合。1.2.2 死船状态下的共振横摇失去推进和操舵能力的船舶在自由漂浮时可能会受到共振横摇的危险。1.2.3 横转侧面受风和其他与操纵有关的现象船舶在顺浪或尾浪时可能无法保持稳定的航线，尽管使用最大操舵，此情况可能会导致最大横倾角。§9—2对船舶稳性的要求二、IMO对船舶稳性的要求

《IMO稳性规则》对船舶完整稳性的七项基本衡准：1．GM≥0.15m初稳性2.A0~30≥0.055m.rad3.A0~X≥0.090m.Rad动稳性

x=min(40°,θf) 4.A30~X≥0.030m.rad二、IMO对船舶稳性的要求A1A2015304057.3GZmaxGMθGZ二、IMO对船舶稳性的要求5.GZ|θ=30°≥0.20m

大倾角稳性6.Θsmax>30°至少25°二、IMO对船舶稳性的要求7．天气衡准（船长LBP≥24m的船舶）图中面积b≥a7．天气衡准lw1——稳定风压力臂θ0——lw1对应静倾角lw2——突风力臂lw2=1.5lw1θ2=min(θf,50°,θc)θc——lw2为GZ曲线第二个交点7．天气衡准Mw1=PwAwZw(KN.m)lw1=Mw1/9.81ΔZw—Aw面积中心到吃水一半处的垂直距离§9船舶稳性§9-7

船舶稳性的校验及调整一、稳性过大或过小对船舶安全的影响1.稳性过小2.稳性过大§9-7

船舶稳性的校验及调整二、船舶稳性的适用范围

航行中的船舶,在满足对其完整稳性最低要求的前提下,所核算装载状态下未经自由液面修正的GM0应满足:

Tθ<=9s稳性过大，Tθ=15-16s稳性正常，Tθ>20s稳性过小。GM=4-5%B§9-7

船舶稳性的校验及调整三、船舶稳性的检验及判断

驾驶人员应当利用各种条件,进行实船的初稳性高度的检验。1.测定船舶横摇周期检验稳性船舶横摇周期：是指船舶横摇一个全摆程（四个摆幅)所需的时间(s)。影响因素：船舶的自摇周期、舷外水的阻尼力矩、波浪等扰动外力矩、船舶液体舱内未满舱的液体自摇周期的影响等有关。营运船舶通常使用船舶自摇周期的计算公式来粗略地计算其横摇周期。1.测定船舶横摇周期检验稳性我国《法定规则》中提供的横摇周期(自摇周期〉与GM0的关系式为：

（s）式中:f——按船宽吃水比B/d值，查表求得的系数;B——船舶型宽〈m),d——所核算装载下的型吃水(m)KG。——所核算装载下船舶重心距基线高度(m)GM。——所核算装载下船舶未经自由液面修正的初稳性高度(m)。1.测定船舶横摇周期检验稳性IMO2008稳性规则：

1.测定船舶横摇周期检验稳性IMO2008稳性规则建议：

L<70m

式中:f--横摇周期系数,其值与船舶大小、形状装载情况、液体数量等因素有关。1.测定船舶横摇周期检验稳性注意事项：（1）多测几次：n>=5，取平均（2）选择海浪小的时机（3）去掉不准的数据（4）此为估算（5）查GM0—Tθ曲线。横摇周期与GM。的关系曲线图（横摇曲线)或数据表。GM0—Tθ曲线2.船上载荷横移检验稳性

船舶在停泊时检验初稳性高度的基本原理与船舶倾斜试验的原理相同.设船舶的排水量为Δ,处于无横倾状态时,将船上重物P横向移动距离Y，船舶产生横倾角θ，有：横移：增减：3.观察船舶征状稳性过小船舶受较小的外力矩作用,会发生明显的横倾,倾斜过程相对缓慢。通常作用于船舶的较小横向外力矩有:船舶吊杆向一侧移动；受较小的横风吹袭；一次较大舵角的操作；拖轮在一侧有横向分力的拖带；船舶在一舷油水消耗或打排压载水稍有左右不均衡等。稳性过大：周期小，摇摆剧烈§9-7

船舶稳性的校验及调整四、船舶稳性调整1.垂向移动载荷

四、船舶稳性调整满舱时，垂向等体积轻重货物互换

PH–PL=PPHSFH—PLSFL=0

四、船舶稳性调整2.少量载荷增减五、船舶初始横倾调整1、产生原因1）风压力矩出现或消失；2）货物装卸时左右不均；3）货载或油水左右分布不均；4）货物横向移位；5）使用重吊。五、船舶初始横倾调整2.船舶初始横倾调整

1）载荷横移移动P，移动距离y配载时横移P，调拨压载。2、横倾角的计算与调整2）少量载荷增减装载P，位置：yp,zp（KP）调整后：Ө1=0简化后：2、横倾角的计算与调整

简化计算：六、保证船舶适度稳性的措施1.了解船舶状况及航线情况2.合理配载3.合理调整船舶稳性4.紧密堆垛，防止移动5.合理平舱6.尽量减小自由液面影响7.消除初始横倾8.航行中做好货物检查和加固六、保证船舶适度稳性的措施2.合理配载保证船舶稳性的经验方法驾驶人员应总结