货运03-航海第3章-保证船舶适度的稳性1

海上货物运输第3章

保证船舶适度的稳性§3保证船舶适度的稳性本章要求掌握船舶稳性的基本概念；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。§3保证船舶适度的稳性重点船舶稳性（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。稳性很重要§3—1船舶稳性的基本概念一、船舶的静平衡状态①稳定平衡状态：（Stablequilibrium)：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。二、稳性分类稳性及其分类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）。稳性及其分类3）分类：①按倾斜方向：横稳性（Transversestability）纵稳性（Longitudinalstability）②按倾斜角大小：初稳性（initialstability）大倾角稳性(Stabilityatlargeangles)

稳性及其分类③按受力性质：静稳性（staticalstability）动稳性（Dynamicalstability）④按船舱是否破损：完整稳性（Intactstability）破舱稳性（Damagedstability）

§3—2初稳性一、初稳性的基本标志静稳性：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)GZ为复原力臂MR

与Δ、KG、θ有关

§3—2初稳性§3—2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稳心M为定点，BM（r）为定值§3—2初稳性2）相关概念：浮心、稳心（initialmetacenter)漂心、稳性半径3）初稳性的表示方法①初稳性方程：MR=9.81Δ•GZ=9.81Δ•GMsinθ②衡量标志：GM③影响初稳性因素：

Δ↗、GM↗→MR↗§3—2初稳性二、GM的表达式GM=KB+BM－KG－δGMf=KM－KG－δGMf

h=Zb+r－Zg－δGMf初稳性高度GM值的计算三、GM的求取GM=KB+BM－KG－δGMf=KM－KG－δGMf

①KM:查静水力资料初稳性高度GM值的计算②KG:KG的计算载荷Pi重心距基线高Zi

的确定a.计算法：按SF归类求近似货堆高计算各货重心高：平行中体:0.5Hc首尾：0.54~0.58HcKG的计算b.舱容曲线：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；b.舱容曲线②KGc.取舱内货物体积中心。

d.取舱容中心，实用，偏于安全GM经验值四、自由液面对GM值的影响自由液面的影响：GZ减小GM下降FreeSurfaceEffect四、自由液面对GM值的影响③δGMf的计算（FreeSurfaceCorrection）:

δGM=

----Freesurfacemoment

Ixi——液舱自由液面的面积对横倾轴的惯性矩（m4）查资料

或：A、具有折点且液面对称的舱（柜）ix=l(b1+b2)(b12+b22)(m4)a.矩形：ix=lb3/12b.等腰三角形：ix=lb3/48ix与液面宽的三次方成正比b1b2l四、自由液面对GM值的影响B、具有折点且液面不对称的舱（柜）

ix=l(b1+b2)(b12+b22)(m4)直角三角形：ix=lb3直角梯形：原式

ix与液面宽的三次方成正比四、自由液面对GM值的影响

C、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

ix=lb3l、b—分别为液面最大长度和最大宽度。四、自由液面对GM值的影响四、自由液面对GM值的影响3.GM表达式：GM=KB+BM－KG－δGMf=KM－KG－δGMfa.结构措施矩形液舱宽b,n等分

ix=ix/n2

b.营运措施：装满排空排水通畅

4.减小自由液面影响的措施b一、载荷移动：少量P条件：ΣPi<0.1Δ1.载荷水平横移tgθ=py/ΔGM=p（y2-y1）/ΔGM§3-3载荷变动对稳性的影响及计算§3-3载荷变动对稳性的影响及计算2.载荷垂移：假设KM不变δGM=-δKG=-P（Z2-Z1）/Δ=P（Z1-Z2）/Δ

=PZ/Δ§3-3载荷变动对稳性的影响及计算二、重量增减1.大量增减2.少量增减δGM=-δKG=-GoG=-=-多票：δGM=单票：§3-3载荷变动对稳性的影响及计算三、货物悬挂

m–虚重心§3-4大倾角稳性一、大倾角稳性的基本概念1）区别：①横倾轴不过正浮时漂心②M点不为定点③B点轨迹不是固定半径和圆心的圆弧

2．大倾角稳性2）大倾角稳性的基本标志

—GZMR=9.81ΔGZ

Δ一定时：GZ↗MR↗2．大倾角稳性3）GZ值的计算基点法：GZ=KN-KH

KH——重量稳性力臂KH=KGsinθ，与KG，θ有关

KN——形状稳性力臂，与Δ，θ有关,由稳性交叉曲线查取3）GZ值的计算稳性交叉曲线(CrossCurvesofStability)

：横坐标：型排水体积V或Δ纵坐标：KN（或lf）;10～80°法一：GZ=KN-KH3）GZ值的计算KGA——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GZ假定重心法：GZ=GAZA+（KGA

-KG）sinθGZ=GAZA+（KGA

-KG）sinθ2．大倾角稳性4）自由液面对大倾角稳性修正特点：自由液面倾侧力矩（力臂）随θ而变法①直接利用自由液面倾侧力矩——θ关系资料修正（大倾角的自由液面修正力矩Mfs）

δGZ=–ΣMfs——各舱自由液面修正力矩代数（KN.m）4）自由液面对大倾角稳性修正方法②修正重心高度（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δGM=-δKG=–（KG-KGo）KG=KGo+δGMfGZ=KN–

KGsinθ=KN–(KGo+δGMf)·sinθ

4）自由液面对大倾角稳性修正复原力臂值减少：δGZ=δGM

sinθ(重量稳性力臂增加)(m)此法未考虑自由液面对横倾轴惯性矩变化。2．大倾角稳性5)静稳性曲线(CurveofIntactStatical

StabilityorRightingArmCurve)一定Δ下，MR或GZ（lR）与θ关系曲线5)静稳性曲线（1）绘制步骤：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5)静稳性曲线PositiveStabilityNegativeStabilityNeutralStability5)静稳性曲线（2）静稳性曲线的特性特征值：GM、GZmax

θsmax

θv

（2）静稳性曲线的特性①静倾角（静平衡角）θSMR=Mh(外力)（2）静稳性曲线的特性②MaximumRightingArm(GZmax)或MaximumRightingmoment(Mrmax)

静稳性曲线的最大值（2）静稳性曲线的特性③MRmax或GZmax对应角θsmax(极限静倾角,AngleofGZmax)（2）静稳性曲线的特性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）静稳性曲线的特性⑤甲板浸水角θim

原点到最高点水反曲点，θim后GZ增长减缓（2）静稳性曲线的特性⑥GM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Cˊ点c.GM=DCˊ

（2）静稳性曲线的特性⑦θ=30°对应的复原力臂GZ|θ=30°静态外力矩作用所出现的最大横倾角≤30°GZ|θ=30

°可用以表征船舶的大倾角稳性5)静稳性曲线(3)影响静稳性曲线的主要因素：①B：↗GZmax↗θf

、θsmax

、θv↘(3)影响静稳性曲线的主要因素②F(D):↗GZmax

θsmax

θv

θf↗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(3)影响静稳性曲线的主要因素③KG↗GZ↘

(3)影响静稳性曲线的主要因素④Δ↗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§3—5动稳性一、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）。动平衡过程分析§3—5动稳性动平衡：Wh(横倾力矩作功)=WS（复原力矩作功）

Wh=

WR=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，MS或lS曲线下面积，即：1）动稳性力矩函数WS(θ)

WS(θ)=(KN.m.rad)二.动稳性的基本标志2)动稳性力臂函数ld(θ)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：θs

θsmax

θdmax(极限动倾角)F‘F’sm三、最小倾覆力矩Mh

<=Mhmin4．动稳性曲线Ad(θ)(或ld(θ))曲线，是静稳性曲线（MR（θ）或lR(θ)）的积分曲线

三、最小倾覆力矩4．动稳性曲线1）绘制辛氏或梯形法则对MR（θ）或lR(θ)计算面积。4．动稳性曲线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=θv

lR=0ld=ldmax

4．动稳性曲线3)用途①已知Mh求θd

绘Wh曲线，

Wh=Mhθ过θ=57.°3处D作垂线CD,取C′D=Mh,连DC′及OI(即Wh曲线),则OC′与Wd(θ)曲线交点对应角即θd

。4．动稳性曲线4．动稳性曲线②求Mhmin和θdmax过O点作Wd曲线的切线OJ，切点H对应角为θdmax，OJ为Wh作CD交OJ于C，则CD=Mhmin

4．动稳性曲线5．稳性（天气）衡准数K保证船舶适度的稳性§3—6对船舶稳性的要求一、《法定规则》的要求二、IMO对船舶稳性的要求§4—2对船舶稳性的要求一、《法定规则》的要求1．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6．《法定检验规则》对Mw(lw)

和Mhmin(lhmin)的计算要求1）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、《法定规则》的要求2)Mhmin或lhmin求取：计算横摇角θ1及进水角θf修正。①考虑θ1的修正——计初始横摇θ1a.由Δ、GM查横摇角曲线得θ1b.已知θ1求Mhmin或lhmin在MR（lR）曲线图上

SNKMN=SNPC对应OMOM=Mhmin(或lhmin)考虑θ1的修正HKNCPOM考虑θ1的修正2)Mhmin或lhmin求取②考虑θf修正，静动稳性曲线均因θf中断。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一、《规定规则》的要求2）KGc曲线满足4点要求的KGc纵：KGc横：Δ一、《规定规则》的要求3．对船舶稳性基本要求的说明：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4）计及结冰对稳性影响一、《规定规则》的要求5）假设条件：①无航速、水线面水平波浪：波浪中GM减少0.3～1.0m纵倾：尾倾GM↗5）假设条件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航行中移位。§4—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=Pw.Aw.Zw(KN.m)lw1=Mw1/9.81.ΔLw1—Aw面积中心到吃水一半处的垂直距离§3保证船舶适度的稳性第三节船舶稳性的校核与检验一、船舶稳性的校核1.船舶《稳性报告书》(Stabilityreport)：

船舶设计或建造部门负责向船舶提供经船检部门(船级社）核准的船舶《稳性报告书》或《船舶装载手册》或《稳性计算资料》。一、船舶稳性的校核《法定规则》规定的报告书或手册的主要内容1)船舶主要参数;2)基本装载情况稳性总结表;3)主要使用说明;4)各类基本装载情况稳性计算;5)液体舱自由液面惯性矩表及对初稳性高度修正的说明,6)进水点位置和进水角曲线,7)许用重心高度曲线图或最小许用初稳性高度曲线图。船舶《稳性报告书》另外还包括：

船舶静水力参数、各类舱舱容及其中心位置、风压倾侧力臂、稳性横交参数,邦金〈戎)参数等资料形式的曲线图或数据表。一、船舶稳性的校核完整的校核过程通常包括两方面l)对稳性最低要求的校核应选择在每一离到港航段中对稳性最不利的装载状态,以保证船舶在整个航段的任一时刻,其完整稳性的全部要求均能同时满足。l)对稳性最低要求的校核稳性的校核通常有三种方法：（1）比对基本装载状态当船舶选定的核算装载状态与《稳性报告书》中某一基本装载状况相同或更好，可免于校核。l)对稳性最低要求的校核（2）利用KGc或GMc

当船舶提供有“许用重心高度KGc曲线图或最小许用初稳性高度GMc曲线图"时,经自由液面修正后的KG必或GM必须满足：

GM≥GMc+Ch

或

KG≤KGc-Ch(3)缺少KGc或GMc资料时，按相关衡准要求逐项校核一、船舶稳性的校核2)对船舶横摇周期的校核

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:

（m）一、船舶稳性的校核3.保证船舶稳性的经验方法驾驶人员应总结特定船舶,在不同排水量条件下,各层舱〈集装箱船为舱内和舱面)之间货物重量的合理地分配比例。对于具有两层舱的近海和远洋的万吨级货船的经验数据,接近满载时：无甲板货：二层舱约35%,底舱的装货重量占约65%.

3.保证船舶稳性的经验方法有甲板货：甲板货重量不超过10%,甲板货的堆高一般不得超过船宽的1/5～1/6。二层舱加甲板上的装货重量之和占约35%,底舱仍占约65%。第三节船舶稳性的校核与检验二、船舶初稳性高度的检验

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.航行中的检验方法船舶横摇周期：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.航行中的检验方法我国《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.航行中的检验方法实用中也常用下列公式：

式中:f--横摇周期系数,其值与船舶大小、形状及重量分布等因素有关。对一般货船,f=0.7~0.8。1.航行中的检验方法船舶的《稳性报告书》也提供有横摇周期与GM。的关系曲线图（横摇曲线)数据表。二、船舶初稳性高度的检验2.停泊时的检验方法

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，由此引起的横倾角θP˙Y=Δ˙GM˙tanθGM=PY/Δtanθ(m)二、船舶初稳性高度的检验3.稳性不足的征兆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