浮標(biāo)性能設(shè)計(jì)

1、關(guān)于浮標(biāo)性能設(shè)計(jì)的論述1決定浮標(biāo)性能的墓本要素及其相互間的關(guān)系浮標(biāo)布設(shè)在江河湖海，除了在設(shè)計(jì)水線以下要有相當(dāng)?shù)呐潘w積以提供足夠的浮力外，還必須在其水線以上保留一定的水密體積，以保證浮標(biāo)因系鏈重量而增加其吃水時(shí)仍具有適當(dāng)?shù)母×Χ３终５母?dòng)狀態(tài)。同時(shí)，要求浮標(biāo)在處于最小吃水至最大吃水時(shí)都有良好的穩(wěn)性。這就是說(shuō)，當(dāng)浮標(biāo)受風(fēng)、水流、波浪等外力作用而發(fā)生傾斜后仍能復(fù)原到平衡狀態(tài)，并使浮標(biāo)擺動(dòng)比較緩和。浮標(biāo)的這些基本性能主要取決于浮標(biāo)的重心O、浮心B、穩(wěn)心M和穩(wěn)心距吞O(píng)M這幾個(gè)基本要素。這些基本要素均隨浮標(biāo)的尺度、重量、入水體積及其傾斜角的改變而變化。穩(wěn)心M是決定浮標(biāo)穩(wěn)性的主要因素，要保持浮標(biāo)的穩(wěn)性

2、，不一定浮心要在重心之上，但必須使穩(wěn)心位于重心的上方，即KB+BM>KG，KM>KG，GM為正值（圖1）。倘浮標(biāo)的重心升高到穩(wěn)心的上面，即KM<KG出現(xiàn)了負(fù)值，則浮標(biāo)受外力而傾斜后，重力和浮力所形成的力矩就不是復(fù)原力矩，而是傾復(fù)力矩（圖2、3），它使浮標(biāo)繼續(xù)傾斜，直至傾覆。還有一種情況是重心和穩(wěn)心重合，則浮標(biāo)本身不能產(chǎn)生力矩（圖4），顯然也是不容許的。由此可見(jiàn)，重心與穩(wěn)心的相對(duì)位置對(duì)浮標(biāo)的穩(wěn)性關(guān)系極大。降低重心G，使其位于穩(wěn)心對(duì)之下一定間距對(duì)保證和改善浮標(biāo)的穩(wěn)性有決定的意義。因此設(shè)計(jì)時(shí)，要用相當(dāng)重量的壓重（如尾管下部置鑄鐵圈或浮體底部澆混凝土），或?qū)⑽补芊诺竭m當(dāng)長(zhǎng)度，并在不影

3、響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下，盡量減輕浮體以上的重量，以降低浮標(biāo)的重心。根據(jù)浮標(biāo)復(fù)原力矩GZ=x GMsina（圖2）( 為浮標(biāo)排水量)，GZ與GM成正比，故通常以GM值的大小來(lái)衡量浮標(biāo)穩(wěn)性的好差，但GM值并非愈大愈好。倘GM值過(guò)大，對(duì)浮標(biāo)傾斜后的復(fù)原能力雖然是加強(qiáng)了，但由于復(fù)原力矩的慣性，會(huì)使浮標(biāo)產(chǎn)生頻繁搖擺，這對(duì)航標(biāo)員操作和浮標(biāo)發(fā)光設(shè)備都有一定影響。故設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)G M 值還得有個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶怪饶鼙ＷC浮標(biāo)的穩(wěn)性，又能使浮標(biāo)搖擺比較緩和。兼顧的辦法是，不使GM值過(guò)大。我國(guó)鋼質(zhì)罐形浮標(biāo)的GM值通常為:對(duì)1.2 一1.8 m 的，取0.3一o.4 m;對(duì)于1.1 m 以下的,取0.1一o.2 5 m;對(duì)

4、小2.4m的可略大于0.5 m (均指未系錨鏈時(shí)的數(shù)值)。為使浮標(biāo)在不同布標(biāo)水深下GM值均比較適當(dāng),設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)最小和最大布標(biāo)水深都進(jìn)行計(jì)算。還有一點(diǎn)要注意的是小1.8m (含)以上的浮標(biāo)，常需要名航標(biāo)員上去維修或調(diào)換燈器，當(dāng)人員登上燈架頂部時(shí)，浮標(biāo)重心升高，GM值變小，會(huì)影響浮標(biāo)的復(fù)原力矩，計(jì)算中應(yīng)考慮這個(gè)因素。2確定浮標(biāo)的主要尺度及其吃水線的方法確定浮標(biāo)主要尺度應(yīng)根據(jù)設(shè)標(biāo)水域的環(huán)境條件和使用要求，適當(dāng)結(jié)合航標(biāo)船的起吊能力和操作條件，并注意經(jīng)濟(jì)效果。通常浮體直徑達(dá)1.5 m 以上方可為浮標(biāo)提供足夠的穩(wěn)性和較遠(yuǎn)的視距。設(shè)計(jì)時(shí)可先繪草圖初步提出浮標(biāo)各主要部位的尺度，特別是與浮標(biāo)排水量V關(guān)系最為密

5、切的浮體的尺度和平衡浮標(biāo)上層結(jié)構(gòu)重量的尾管和鑄鐵壓重的尺寸。通過(guò)浮標(biāo)外殼強(qiáng)度計(jì)算確定浮體的厚度。粗略計(jì)算浮標(biāo)的總重量（指除系鏈以外所有裝備和登標(biāo)操作人員的重量) 及其排水量V。務(wù)必使護(hù)Vx 1025 ( 海水) >總重; 浮標(biāo)才能浮起。但浮標(biāo)僅能浮起是不行的，它必須具有足夠的儲(chǔ)備浮力，以備系上錨鏈拋設(shè)于最大水深時(shí)仍有相當(dāng)?shù)氖Ｓ喔×ΑＴ诳隙ǜ?biāo)已具有足夠的浮力后，可著手浮標(biāo)的具體設(shè)計(jì)，包括燈架、能源箱、頂標(biāo)( 或冀板) 等及浮體內(nèi)外部的結(jié)構(gòu)。然后計(jì)算除系鏈外整套浮標(biāo)的荷重(包括燈器、能源，有的浮標(biāo)還要裝雷達(dá)反射器或音響設(shè)備)，再通過(guò)浮標(biāo)排水體積的計(jì)算，就可求出未系錨鏈時(shí)的浮標(biāo)吃水線位置。2

6、浮標(biāo)吃水線的求法( 1 ) 罐形浮標(biāo)設(shè)V為浮標(biāo)排水體積=W/1025 式中：W-除系鏈外整套浮標(biāo)的重量( k g )； V-浮標(biāo)下封頭以下各部件的總排水體積( m3 )；V-水線以下浮體的排水體積( m3 )，故V=V一V，又S-浮體水平截面積( m3)；D一浮體直徑（m）；h-浮標(biāo)吃水線離下封頭的垂距（m），因?yàn)镾=D2 /4，所以h=V/S(2)截頂圓錐形俘標(biāo)(介紹另一種求法) 設(shè)v為假定浮標(biāo)全部入水時(shí)的排水體積，但實(shí)際上，有一部分浮體并沒(méi)有真正人水，故v-V為浮標(biāo)剩余體積排水量，則v-V=h1 /3（a2+ab+b2）式中：a浮標(biāo)頂部直徑(m )；b一浮標(biāo)吃水線處直徑(m )；c一截頂圓

7、錐體底部直徑（m）；H截頂圓錐體高度(m)；h1吃水線以上的浮體高度(m )因?yàn)閔1 =（b-a）H/（c-a），所以v-V=（Hb3 Ha3 ）/3（c-a）所以，將求得的b 代人h1 =（b-a）H/（c-a），也可以求出浮標(biāo)吃水線位置。三、浮標(biāo)的最小儲(chǔ)備浮力和最小干舷高度浮標(biāo)系上錨鏈后，吃水增加，懸鏈愈重，浮標(biāo)吃水愈深，超過(guò)一定限度，浮標(biāo)干舷不足，其浮動(dòng)性能就會(huì)明顯低降，甚至?xí)斐筛?biāo)沉沒(méi)。故對(duì)系鏈的長(zhǎng)度及其鏈徑必須控制，使懸鏈重量不超過(guò)浮標(biāo)正常浮力的容許范圍。為此，每設(shè)計(jì)一種浮標(biāo)，都應(yīng)計(jì)算其最小儲(chǔ)備浮力和最小干舷高度。即在求出了浮標(biāo)的吃水線后，應(yīng)從浮標(biāo)的儲(chǔ)備浮力中減去浮標(biāo)最大布設(shè)水深時(shí)

8、所需系鏈在水中的重量，看浮標(biāo)是否還有相當(dāng)?shù)氖Ｓ喔×?，換言之，是否尚有足夠的干舷。浮標(biāo)留出最小儲(chǔ)備浮力的吃水線就是浮標(biāo)的最大吃水線，該吃水線全浮體上邊緣的垂距即其最小干舷高度。浮標(biāo)最小儲(chǔ)備浮力應(yīng)作為技術(shù)數(shù)據(jù)以體積排水量提供給用戶，并建議浮標(biāo)制造廠在浮體上標(biāo)出最大吃水線位置，以便使用者正確掌握。浮標(biāo)最小干舷高度應(yīng)視浮標(biāo)規(guī)格而不同。除了要看其剩余浮力是否足夠外，還應(yīng)兼顧其視距要求。對(duì)直徑1.5 2.4m 的罐形浮標(biāo)，其最小干舷一般可考慮在0.2 0.5 m范圍。四、計(jì)算程序和方法確信浮標(biāo)干舷高度符合要求后，就可計(jì)算浮標(biāo)的浮心B、穩(wěn)心半徑B M及穩(wěn)心距GM。否則，應(yīng)該修改浮體的尺度。整套浮標(biāo)的重心G

9、是根據(jù)浮標(biāo)各部件的重量w1 w2 wn，分別乘以各自的重心至設(shè)計(jì)基線的垂距離L1L2 Ln，用力矩法（w1 L1 +w2 L2 +wn Ln）/W計(jì)算的，它在求浮標(biāo)吃水線之前進(jìn)行浮標(biāo)荷重計(jì)算時(shí)就可求出。整套浮標(biāo)的浮心B 是以浮體人水部分及其水下各部件的排水量，分別乘上各部分或部件的浮心至設(shè)計(jì)基線的垂距，再將上述各乘積之和除以浮標(biāo)總排水量求得的。它與浮標(biāo)的吃水線位置有密切關(guān)系。穩(wěn)心半徑BM是按BM=I/V計(jì)算的。一一”一一 V、一1.由于浮標(biāo)須有足夠的儲(chǔ)備浮力_同時(shí)又要有一定的視距_故浮標(biāo)出水部分就得有相當(dāng)?shù)捏w積。加上浮標(biāo)上部有燈架、日標(biāo)和發(fā)光設(shè)備等_因此_浮標(biāo)水上部分會(huì)受到一定的風(fēng)壓。浮標(biāo)受風(fēng)

10、壓后_因有錨鏈和沉石系旋_只會(huì)傾斜_不會(huì)漂流。其傾斜角0 _取決于風(fēng)荷載所產(chǎn)生的力矩萬(wàn)_。、._·Mw二藝W·口Z=乏W·GMsinow(圖2 )_又Mw = 尸_·lw(圖7 )_一1 一一一 二 一二-奮竺 -一門(mén)藝W·GM式中:p w風(fēng)壓力(N “);lw風(fēng)壓中心C w至浮標(biāo)搖擺中心( 即浮標(biāo)系鏈環(huán)的受力點(diǎn)) 的垂距(m )。的。式中:I一浮標(biāo)吃水線處的截面對(duì)其中心線的慣矩(m咯)_亢.岔I =一石了. 0·0 5d_心浮標(biāo)吃水線處的直徑(m ) ;V浮標(biāo)的排水體積(m )。由于圓錐形浮標(biāo)的d 值隨浮標(biāo)吃水線而變化_故必須在算出吃水線的位置后方可計(jì)算B 形。穩(wěn)心距刀形=浮心高K B 十穩(wěn)心半徑刀M、一重心高K O ( 圖1 )。l一代認(rèn) 一4一_ _五、浮標(biāo)總傾斜角六、浮標(biāo)自身?yè)u擺七、浮標(biāo)最大搖擺角0八、浮標(biāo)系鏈環(huán)的位置及系鏈后的浮