船舶靜力學(xué)第2章船舶浮性ppt課件

1、船舶原理船舶原理熊云峰20192019年年0808月月2626日日第二章第二章 船舶浮性船舶浮性2-1 2-1 浮性基本概念浮性基本概念一、浮性一、浮性 是指船舶在裝載一定數(shù)量載荷的情是指船舶在裝載一定數(shù)量載荷的情況下，具有能漂浮于水面并保持相對平?jīng)r下，具有能漂浮于水面并保持相對平衡位置的能力。是船舶航行的重要能力衡位置的能力。是船舶航行的重要能力。 船舶相對于靜水面的漂浮可以是半船舶相對于靜水面的漂浮可以是半浸沒狀態(tài)，也可以是全浸沒狀態(tài)。浸沒狀態(tài)，也可以是全浸沒狀態(tài)。 二、船舶漂浮平衡條件二、船舶漂浮平衡條件 1 1、重力和浮力的大小相等，且方向相、重力和浮力的大小相等，且方向相反，即：反，

2、即： 2 2、重心、重心G G和浮心和浮心B B在同一鉛垂線上。在同一鉛垂線上。 三、船舶坐標(biāo)系三、船舶坐標(biāo)系 為了確切地表達重心和浮心的位置，便于性為了確切地表達重心和浮心的位置，便于性能計算，通常采用固定在船上的坐標(biāo)系。能計算，通常采用固定在船上的坐標(biāo)系。 四、船舶浮態(tài)四、船舶浮態(tài) 1、任意浮態(tài)、任意浮態(tài) 2 2、正浮狀態(tài)、正浮狀態(tài) 3 3、橫傾狀態(tài)、橫傾狀態(tài) 4 4、縱傾狀態(tài)、縱傾狀態(tài) 五、基本結(jié)論五、基本結(jié)論 1、不管是哪一種浮態(tài)，重心、不管是哪一種浮態(tài)，重心G都在浮心都在浮心B之上，即之上，即 2、船舶的浮態(tài)可用吃水、縱傾角、橫、船舶的浮態(tài)可用吃水、縱傾角、橫傾角三個參數(shù)表示。傾角三

3、個參數(shù)表示。 3、要研究船舶的浮性和穩(wěn)性，必須解、要研究船舶的浮性和穩(wěn)性，必須解決：決： （1船舶的重量船舶的重量W及其重心坐標(biāo)；（及其重心坐標(biāo)；（根據(jù)理論力學(xué)的原理來解決）根據(jù)理論力學(xué)的原理來解決） （2船舶的排水體積及其浮心坐標(biāo)。船舶的排水體積及其浮心坐標(biāo)。（要用船舶靜力性能計算來解決）（要用船舶靜力性能計算來解決）2-2 2-2 船舶重量和重心坐標(biāo)的計算船舶重量和重心坐標(biāo)的計算 一、船舶總重量一、船舶總重量 二、船舶的重心位置二、船舶的重心位置三、重量和重心計算準確的重要性三、重量和重心計算準確的重要性 船舶重量是確定排水量的基礎(chǔ)，重量和重心船舶重量是確定排水量的基礎(chǔ)，重量和重心計算準確

4、與否直接關(guān)系到船舶技術(shù)性能的好計算準確與否直接關(guān)系到船舶技術(shù)性能的好壞。若重量計算不準確，其影響：壞。若重量計算不準確，其影響： 1、船將不能漂浮在預(yù)定的吃水線上，影響、船將不能漂浮在預(yù)定的吃水線上，影響船舶的航行性能。船舶的航行性能。 2、船將出現(xiàn)預(yù)想不到的橫傾和縱傾，因而、船將出現(xiàn)預(yù)想不到的橫傾和縱傾，因而將改變船舶預(yù)定的穩(wěn)性和橫搖性能。將改變船舶預(yù)定的穩(wěn)性和橫搖性能。 3、船舶滿足不了原定的設(shè)計要求，甚至有、船舶滿足不了原定的設(shè)計要求，甚至有損船舶安全性。損船舶安全性。 四、船舶重量的分類四、船舶重量的分類 1、固定重量：包括船體鋼料、舾裝、固定重量：包括船體鋼料、舾裝、機電設(shè)備以及武器

5、裝備等重量。其重量機電設(shè)備以及武器裝備等重量。其重量和重心在使用過程中是固定不變的，其和重心在使用過程中是固定不變的，其總和稱為空船重量，或船舶自身的重量總和稱為空船重量，或船舶自身的重量。 2、可變重量：包括貨物、行李、旅客、可變重量：包括貨物、行李、旅客、淡水、糧食、油料以及彈藥等的重量、淡水、糧食、油料以及彈藥等的重量，這一類重量的綜合稱為船舶的載重量，這一類重量的綜合稱為船舶的載重量。 船舶的排水量是空船重量和載重量之和船舶的排水量是空船重量和載重量之和。 五、民船的典型裝載情況五、民船的典型裝載情況 1、滿載排水量：是指貨物和旅客全部、滿載排水量：是指貨物和旅客全部裝載滿額的情況，通

6、常又分為：裝載滿額的情況，通常又分為： （1滿載出港。是按設(shè)計滿額裝載時滿載出港。是按設(shè)計滿額裝載時，燃料、潤滑油、淡水、糧食及其它給，燃料、潤滑油、淡水、糧食及其它給養(yǎng)物品都按照設(shè)計所規(guī)定的數(shù)量滿載的養(yǎng)物品都按照設(shè)計所規(guī)定的數(shù)量滿載的情況。滿載排水量通常是指滿載出港的情況。滿載排水量通常是指滿載出港的排水量。排水量。 （2滿載到港。通常假定消耗品還剩滿載到港。通常假定消耗品還剩余余10%的情況。的情況。 2 2、空載排水量：是指貨物和旅客全部沒有、空載排水量：是指貨物和旅客全部沒有情況，通常又分為兩種狀態(tài)：情況，通常又分為兩種狀態(tài)： （1 1空載出港。是指無客無貨時，燃料、空載出港。是指無客

7、無貨時，燃料、潤滑油、淡水、糧食及其它給養(yǎng)物品都按照潤滑油、淡水、糧食及其它給養(yǎng)物品都按照設(shè)計所規(guī)定的數(shù)量帶足。設(shè)計所規(guī)定的數(shù)量帶足。 （2 2空載到港。是指無客無貨航行到達終空載到港。是指無客無貨航行到達終點，通常假定消耗品還剩余點，通常假定消耗品還剩余10%10%的情況。的情況。 六、軍艦的典型裝載情況六、軍艦的典型裝載情況 1、空載排水量。是建造全部完工后軍、空載排水量。是建造全部完工后軍艦的排水量。艦的排水量。 2、標(biāo)準排水量。是人員配備齊全，備、標(biāo)準排水量。是人員配備齊全，備足必須的供應(yīng)品，作好出海作戰(zhàn)準備的足必須的供應(yīng)品，作好出海作戰(zhàn)準備的排水量。排水量。 3、正常排水量。是正式試

8、航時的排水、正常排水量。是正式試航時的排水量。量。 4、滿載排水量。、滿載排水量。 5、最大排水量。、最大排水量。2-3 2-3 排水量和浮心坐標(biāo)的計算排水量和浮心坐標(biāo)的計算 一、根據(jù)水線面計算垂向計算法）一、根據(jù)水線面計算垂向計算法） 計算思路：首先計算各水線面面積、體積計算思路：首先計算各水線面面積、體積靜矩等有關(guān)數(shù)據(jù)，然后將水線面沿吃水方靜矩等有關(guān)數(shù)據(jù)，然后將水線面沿吃水方向積分來計算排水體積和浮心坐標(biāo)。向積分來計算排水體積和浮心坐標(biāo)。 1、基本公式、基本公式 圖圖7所示為船舶吃水為所示為船舶吃水為d時的正浮狀態(tài)。在時的正浮狀態(tài)。在離基平面離基平面z處，取高度為處，取高度為dz的一薄層微

9、體的一薄層微體進行分析。進行分析。又由于又由于：所以：所以：所以：所以：當(dāng)船舶正浮時，其浮心橫向坐標(biāo)當(dāng)船舶正浮時，其浮心橫向坐標(biāo) 2 2、水線面計算、水線面計算 水線面計算通常包括面積水線面計算通常包括面積 ，漂心縱向坐，漂心縱向坐標(biāo)標(biāo) 及水線面系數(shù)及水線面系數(shù) 。 （1 1梯形法計算梯形法計算 根據(jù)上述圖形，則有：根據(jù)上述圖形，則有：其中：其中：其中：其中： （2 2辛浦生第一法計算辛浦生第一法計算 根據(jù)上述圖形，則有：根據(jù)上述圖形，則有：其中：其中：其中：其中： 3 3、水線面面積曲線、水線面面積曲線 4 4、每厘米吃水噸位數(shù)曲線、每厘米吃水噸位數(shù)曲線 船舶正浮時吃水增加或減少船舶正浮時吃

10、水增加或減少1 1厘米，引厘米，引起排水量增加或減少的噸數(shù)稱為每厘米起排水量增加或減少的噸數(shù)稱為每厘米吃水噸數(shù)吃水噸數(shù)TPCTPC。 根據(jù)水線面曲線可以算出在任何吃水時的每根據(jù)水線面曲線可以算出在任何吃水時的每厘米吃水噸數(shù)厘米吃水噸數(shù)TPCTPC。 每厘米吃水噸數(shù)每厘米吃水噸數(shù)TPCTPC只與水線面面積有關(guān)，只與水線面面積有關(guān)，隨吃水的變化而變化。隨吃水的變化而變化。 將將TPCTPC隨吃水的變化繪制成曲線，每厘米吃隨吃水的變化繪制成曲線，每厘米吃水噸位數(shù)曲線。該曲線的形狀與水線面面積水噸位數(shù)曲線。該曲線的形狀與水線面面積曲線完全相似。曲線完全相似。 5 5、排水體積曲線、排水體積曲線 給定吃

11、水為給定吃水為d d的排水體積計算公式：的排水體積計算公式： 根據(jù)上述積分公式和有關(guān)積分原理，則不同根據(jù)上述積分公式和有關(guān)積分原理，則不同吃水的排水體積計算公式：吃水的排水體積計算公式： 排水體積曲線：排水體積隨吃水變化的關(guān)系排水體積曲線：排水體積隨吃水變化的關(guān)系曲線。曲線。 1號水線至基平面號水線至基平面的排水體積的排水體積 2號水線至基平面號水線至基平面的排水體積的排水體積6 6、浮心坐標(biāo)曲線、浮心坐標(biāo)曲線 對于任意吃水時的浮心坐標(biāo)的計算，可采用對于任意吃水時的浮心坐標(biāo)的計算，可采用下式的變上限積分求得：下式的變上限積分求得：二、根據(jù)橫剖面計算縱向計算法）二、根據(jù)橫剖面計算縱向計算法） 計

12、算思路：首先計算各橫剖面面積、體積靜計算思路：首先計算各橫剖面面積、體積靜矩等有關(guān)數(shù)據(jù)，然后將橫剖面沿船長方向積矩等有關(guān)數(shù)據(jù)，然后將橫剖面沿船長方向積分來計算排水體積和浮心坐標(biāo)。分來計算排水體積和浮心坐標(biāo)。 1、基本公式、基本公式 圖圖2-14所示為船舶吃水為所示為船舶吃水為d時的正浮狀態(tài)。時的正浮狀態(tài)。在離中站面在離中站面x處，取長度為處，取長度為dx的一薄層微的一薄層微體進行分析。體進行分析。 則有下列公式：則有下列公式： 又由于橫剖面面積對基線又由于橫剖面面積對基線Oy的靜矩為：的靜矩為： 2 2、橫剖面面積的數(shù)值計算、橫剖面面積的數(shù)值計算 （1 1梯形法梯形法（2辛浦生法辛浦生法 3

13、3、排水體積和浮心坐標(biāo)梯形法計算）、排水體積和浮心坐標(biāo)梯形法計算） 4 4、橫剖面面積曲線、橫剖面面積曲線2-4 2-4 船舶在縱傾狀態(tài)下排水量船舶在縱傾狀態(tài)下排水量和浮心坐標(biāo)的計算和浮心坐標(biāo)的計算 一、邦戎曲線一、邦戎曲線 設(shè)船體在某一站號處的橫剖面如設(shè)船體在某一站號處的橫剖面如下圖所示。該橫剖面自船底到最下圖所示。該橫剖面自船底到最高層甲板在不同吃水下的橫剖面高層甲板在不同吃水下的橫剖面面積，可由面積，可由 的變上限積分得到。的變上限積分得到。 二、費爾索夫圖譜二、費爾索夫圖譜2-5 2-5 儲備浮力及載重線標(biāo)志儲備浮力及載重線標(biāo)志 一、儲備浮力一、儲備浮力 定義：是指滿載水線以上主體水密

14、部分的體定義：是指滿載水線以上主體水密部分的體積所能產(chǎn)生的浮力。它對穩(wěn)性、抗沉性和淹積所能產(chǎn)生的浮力。它對穩(wěn)性、抗沉性和淹濕性等有很大的影響。濕性等有很大的影響。 儲備浮力是確保船舶安全航行的一個重要指儲備浮力是確保船舶安全航行的一個重要指標(biāo)，船舶的漂浮能力由儲備浮力來保證。標(biāo)，船舶的漂浮能力由儲備浮力來保證。 儲備浮力通常以滿載排水量的百分數(shù)來表示儲備浮力通常以滿載排水量的百分數(shù)來表示，其大小根據(jù)船舶類型、航行區(qū)域以及裝載，其大小根據(jù)船舶類型、航行區(qū)域以及裝載貨物的種類而定。貨物的種類而定。 二、載重線標(biāo)志二、載重線標(biāo)志 1、國際航行船舶、國際航行船舶 WNA：冬季北大：冬季北大西洋載重線；

15、西洋載重線； W：載重線；：載重線； S：夏季載重線；：夏季載重線； T：熱帶載重線；：熱帶載重線； F：夏季淡水載重：夏季淡水載重線；線； TF：熱帶淡水載重：熱帶淡水載重線線 CS：表示勘定干舷：表示勘定干舷的主管機關(guān)是的主管機關(guān)是“中中國船舶檢驗局國船舶檢驗局”。 2 2、國內(nèi)航行的海船、國內(nèi)航行的海船 其載重線標(biāo)志類似于國際航行船舶。其載重線標(biāo)志類似于國際航行船舶。 3 3、國內(nèi)內(nèi)河航行的船舶、國內(nèi)內(nèi)河航行的船舶 內(nèi)河航行船舶的載重線標(biāo)志上圓環(huán)兩側(cè)的字內(nèi)河航行船舶的載重線標(biāo)志上圓環(huán)兩側(cè)的字母是母是“Z Z和和“C”C”，表示勘定干舷的主管機，表示勘定干舷的主管機關(guān)是關(guān)是“中國船舶檢驗局中國船舶檢驗局”。作業(yè)二作業(yè)二 1 1、船舶有哪幾種漂浮狀態(tài)？根據(jù)平衡條、船舶有哪幾種漂浮狀態(tài)？根據(jù)平衡條件，列出各種浮態(tài)的平衡方程。件，列出各種浮態(tài)的平衡方程。 2 2、根據(jù)什么原