船舶穩(wěn)性知識(shí)點(diǎn)講解

1、第一節(jié) 穩(wěn)性的基本概念一、穩(wěn)性概述概念：船舶穩(wěn)性（Stability）是指船舶受外力作用發(fā)生傾斜，當(dāng)外力消失后能夠自行 回復(fù)到原來(lái)平衡位置的能力。船舶具有穩(wěn)性的原因1）造成船舶離開(kāi)原來(lái)平衡位置的是傾斜力矩，它產(chǎn)生的原因有：風(fēng)和浪的作用、 船上貨物的移動(dòng)、旅客集中于一舷、拖船的急牽、火炮的發(fā)射以及船舶回轉(zhuǎn)等， 其大小取決于這些外界條件。2）使船舶回復(fù)到原來(lái)平衡位置的是復(fù)原力矩，其大小取決于排水量、重心和浮心 的相對(duì)位置等因素。Ms = GZ (9.81 kN - m)式中：GZ :復(fù)原力臂，也稱穩(wěn)性力臂，重力和浮力作用線之間的距離。船舶是否具有穩(wěn)性，取決于傾斜后重力和浮力的位置關(guān)系，而排水量一定

2、時(shí)， 船舶浮心的變化規(guī)律是固定的（靜水力資料），因此重心的位置是主觀因素。橫穩(wěn)心（Metacenter）M：船舶微傾前后浮力作用線的交點(diǎn)，其距基線的高度KM可從船舶資料中查取。船舶的平衡狀態(tài)1）穩(wěn)定平衡：G在M之下，傾斜后重力和浮力形成穩(wěn)性力矩。2）不穩(wěn)定平衡：G在M之上，傾斜后重力和浮力形成傾覆力矩。3）隨遇平衡：G與M重合，傾斜后重力和浮力作用在同一垂線上，不產(chǎn)生力矩。 如下圖所示也）（b）（甘例如：1）圓錐在桌面上的不同放置方法；2）懸掛的圓盤(pán)船舶具有穩(wěn)性的條件：初始狀態(tài)為穩(wěn)定平衡，這只是穩(wěn)性的第一層含義；僅僅具 有穩(wěn)性是不夠的，還應(yīng)有足夠大的回復(fù)能力，使船舶不致傾覆，這是穩(wěn)性的另一 層

3、含義。穩(wěn)性大小和船舶航行的關(guān)系1）穩(wěn)性過(guò)大，船舶搖擺劇烈，造成人員不適、航海儀器使用不便、船體結(jié)構(gòu)容易 受損、艙內(nèi)貨物容易移位以致危及船舶安全。2）穩(wěn)性過(guò)小，船舶抗傾覆能力較差，容易出現(xiàn)較大的傾角，回復(fù)緩慢，船舶長(zhǎng)時(shí) 間斜置于水面，航行不力。二、穩(wěn)性的分類按船舶傾斜方向分為：橫穩(wěn)性、縱穩(wěn)性按傾角大小分為：初穩(wěn)性、大傾角穩(wěn)性按作用力矩的性質(zhì)分為：靜穩(wěn)性、動(dòng)穩(wěn)性按船艙是否進(jìn)水分為：完整穩(wěn)性、破艙穩(wěn)性三、初穩(wěn)性初穩(wěn)性假定條件：1）船舶微傾前后水線面的交線過(guò)原水線面的漂心F；2）浮心移動(dòng)軌跡為圓弧段，圓心為定點(diǎn)M（穩(wěn)心），半徑為BM（穩(wěn)心半徑）。初穩(wěn)性的基本計(jì)算初穩(wěn)性方程式：Mr = A-GM-sin

4、OGM = KM - KG第二節(jié)初穩(wěn)性計(jì)算一、初穩(wěn)性衡準(zhǔn)指標(biāo)GM計(jì)算GM = KM - KG0 - GMf式中：KM 橫穩(wěn)心距基線高度(m), KM = f(dm);KG0船舶重心距基線高度(m)。KG0計(jì)算KG0式中：Pj組成船舶總重的第i項(xiàng)載荷重量。Z.P.載荷的重心距1基線的高度(m)。Z確定方法：估算法利用艙容曲線B貨：_P2 重,SF2kg2A貨：1Pl 重，SFi，2 kgh彳】ch(z_h2艙合重心距基線高度Z：_ PZ1+P2Z2P+P廠其中：Z= H.Cm + HoZ2= H2.Ch2 + H + HoChi艙形修正系數(shù), 取 0.50.58二、貨物移動(dòng)對(duì)穩(wěn)性的影響及計(jì)算貨物

5、移動(dòng)一排水量(吃水)不變一KM不變一0 GM=-GG平行力移動(dòng)原理：P*Z=A *GG01P*ZdGM=D貨艙裝滿時(shí)，輕、重貨等體積對(duì)調(diào)PH-PL=P1.2.3.以艙內(nèi)載荷的合體積中心或 艙容中心作為艙內(nèi)載荷的 合重心。P *SF -P *SF =0H H L L三、少量載荷(P*10%A)變動(dòng)后GM計(jì)算若設(shè)Pj變動(dòng)前后8KM = 0,則：GM = GM +蘭叵二221A+ZPi式中：GMGM2載荷變動(dòng)前、后船舶 的初穩(wěn)性高度(m)。四、懸掛載荷對(duì)GM的影響設(shè)懸掛物重P噸，其初始重心全懸掛點(diǎn)的垂 直距離1,船舶的橫傾角0,則:M = GM - sin0 -1 - P - sin0( 1P -s

6、in 0=.： gm 一 r J即懸掛載荷對(duì)GM影響值為：一 1 P5 GM =A因5GM值等于將載荷P垂向移至懸掛點(diǎn)所產(chǎn)生對(duì)GM影響，所以稱懸掛點(diǎn)為懸掛 載荷的虛重心。五、自由液面計(jì)算5 GMf式中:p液體密度(g/cm3);ix自由液面對(duì)其橫傾軸的慣性距(m4)，常用公式有:梯形液面：i = (b + b ).(b2 + b2)x 48 1212其中：1 艙長(zhǎng)(m);b1、b2 前、后邊寬(m)。矩形液面：.1 b3 i =x 12其中：b 矩形邊寬(m)。第三節(jié)大傾角穩(wěn)性及計(jì)算一、大傾角穩(wěn)性與初穩(wěn)性的區(qū)別大傾角時(shí)，不再等容傾斜，傾斜軸不再過(guò)初始漂心F；橫穩(wěn)性不再是定點(diǎn)，而隨橫傾角變化而變

7、化;大傾角穩(wěn)性用GZ衡量穩(wěn)性大小，不能直接以GM。作為其衡準(zhǔn)指標(biāo)。二、大傾角穩(wěn)性的表示方法基點(diǎn)法M = A-GZ = A- (KN - KH)式中:KN 形狀穩(wěn)性力臂(m)，KN=f(A，。)，可從“穩(wěn)性橫交曲線”中查取;KH 重量穩(wěn)性力臂(m)，KH = KG-sinO，通常?。篕G = KG +L1Lo AGZ 復(fù)原力臂(m)，GZ = KN - KH。假定重心點(diǎn)法GZ = G Z - (KG - KG )sinO(m)式中：GAZA假定重心高度的靜穩(wěn)性力臂;KGA假定重心高度。穩(wěn)心點(diǎn)法GZ = MS + GM 0sin O(m)式中：MS 剩余靜穩(wěn)性力臂，(m)。第四節(jié)靜穩(wěn)性曲線一、靜穩(wěn)

8、性曲線的繪制（MR = f（e）或GZ = fee）Mr （gz）正弦曲線二、靜穩(wěn)性曲線的特征值曲線在原點(diǎn)處的斜率GM橫傾30。處的復(fù)原力臂GZl oe=30最大復(fù)原力臂對(duì)應(yīng)的橫傾角esmax（極限靜傾角）曲線最高點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)值。穩(wěn)性消失角ev在e esmax且mr = 0所對(duì)應(yīng)的橫傾角。曲線上反曲點(diǎn)對(duì)應(yīng)角eim通常為甲板浸水角。靜穩(wěn)性曲線下面積Afl。2-。1表示復(fù)原力矩Mr所作的功Ar（傾斜后船舶所具有的位能）。大傾角靜穩(wěn)性的衡準(zhǔn)指標(biāo)：Gz|e=30。、esmax、ev和AR。三、 影響靜穩(wěn)性曲線的因素* V 對(duì)于特定船：與KG和有關(guān)。對(duì)不同船：與船寬B、十舷FB等因素有關(guān)。B增大時(shí),

9、GM和GZ|e=30o增大，。帥和ev減小。FB增大時(shí),GM不變，但可提高大傾角穩(wěn)性。SmaX第五節(jié)動(dòng)穩(wěn)性曲線、對(duì)船舶穩(wěn)性的要求 一、與靜穩(wěn)性的區(qū)別sup靜穩(wěn)性動(dòng)穩(wěn)性受力性質(zhì)靜態(tài)外力作用動(dòng)態(tài)外力作用表 征復(fù)原力矩Mr(力臂GZ) Mr = AGZM所作功A （力臂l ） A - AlRRdRd平衡條件當(dāng)Mr - Mh時(shí)，船舶平衡于靜傾角當(dāng)Ar-Ah時(shí)，船舶平衡于動(dòng)傾角6s眼(動(dòng)傾角)靜傾角。：船舶在靜力作用下的最大橫傾角。s動(dòng)傾角。：船舶在動(dòng)力作用下的最大橫傾角。 d二、動(dòng)穩(wěn)性的衡準(zhǔn)指標(biāo)穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)K的計(jì)算K 二式二=M l 式中：Mhmin、i最小傾覆力矩和力臂，即使船舶發(fā)生傾覆的最小 動(dòng)傾外

10、力 矩和力臂；Mw、lw 風(fēng)壓傾側(cè)力矩和力臂，即設(shè)定的惡劣海況下風(fēng)壓對(duì)船舶的動(dòng) 傾力矩和力臂。Mh.求法繪制動(dòng)穩(wěn)性曲線id = f(e)利用動(dòng)穩(wěn)性曲線是靜穩(wěn)性曲線的面積曲線原理繪制。在id = f(e)曲線上作兩項(xiàng)修正：橫搖1角e.修正進(jìn)水角e修正按定義在曲線上量取lhmin(Mhmin = A-lhmin)(a)未經(jīng)橫搖角S和進(jìn)水角修正(c)經(jīng)橫搖角8,和進(jìn)水角8f修正(b)經(jīng)橫搖角4修正Mw計(jì)算Mw=A yL(A)式中:Pw 單位計(jì)算風(fēng)壓(t/m2),Pw=f(航區(qū)，Zw)；A 船舶橫向受風(fēng)面積(m2),人=f(dm)；Z： Aw中心距水線距離(m); l 風(fēng)壓傾側(cè)力臂(m)，可從船舶資料

11、中的風(fēng)壓傾側(cè)力臂圖表中查取。三、對(duì)船舶穩(wěn)性的要求我國(guó)2004年法定規(guī)則對(duì)非遮蔽航區(qū)海船的穩(wěn)性基本要求：經(jīng)自由液面修正后，船舶在整個(gè)航程中必須同時(shí)滿足五項(xiàng)基本衡準(zhǔn)要求:GM 0.15m；GZl 。 0.20m，當(dāng)。max25 , 0f ，當(dāng)船舶寬深比2.0時(shí)，該要求可適當(dāng)放寬；0 v 55 ,99和04版法定規(guī)則該項(xiàng)要求已被取消。K 1.00對(duì)國(guó)際航線海船的穩(wěn)性衡準(zhǔn)要求我國(guó)99法定規(guī)則和IMO規(guī)定：經(jīng)自由液面修正后，船舶在整個(gè)航程中要求同 時(shí)滿足：GM 0.15m；復(fù)原力臂曲線在橫傾角030。之間所圍面積應(yīng)不小于0.055mrad；復(fù)原力臂曲線在橫傾角0。40?；蜻M(jìn)水角中較小者之間所圍面積應(yīng)不小

12、于0.090m rad；復(fù)原力臂曲線在橫傾角3040或進(jìn)水角中較小者之間所圍面積應(yīng)不小于0.030m rad；GZl 。 0.20m；y=300 smax 30，至少不小于 25；滿足天氣衡準(zhǔn)要求。第六節(jié)穩(wěn)性校驗(yàn)與調(diào)整一、船舶穩(wěn)性的校核船舶每一航段對(duì)穩(wěn)性最不利裝載情況下必須滿足:經(jīng)自由液面修正：GM GM + 0.2 (m)未經(jīng)自由液面修正：GM0 GM|t =9s (m)二、 保證適度穩(wěn)性的經(jīng)驗(yàn)方法T 按合適比例控制各層艙配貨重量。例如：二層艙廠非底艙貨約占貨總重35%雜貨船玄(甲板貨10%,甲板貨貨堆高度(1/51/6)B)滿載時(shí)底艙貨約占貨總重65%三、船舶穩(wěn)性的檢驗(yàn)方法航行中檢驗(yàn)一一實(shí)

13、測(cè)橫搖周期LUL:船舶橫搖一個(gè)全擺程(四個(gè)擺幅)所需時(shí)間(s)。 U(1)法定規(guī)則推薦公式*= 0.58 - f -B 2 + 4 KG2 GM 式中：B 船舶型寬(m)；oGM 未經(jīng)自由液面修正的初穩(wěn)性高度(m)； 0f系數(shù)，由B/dm查表。(2)經(jīng)驗(yàn)公式GM0式中：f 橫搖周期系數(shù)，一般貨船f = 0.730.88。停泊中檢驗(yàn)一一橫向移動(dòng)或加減載荷設(shè)橫向移動(dòng)P(t),船舶產(chǎn)生橫傾角。，則：P-Y = A-GM-tgOPY或： GM =A-tgO式中：YP重心橫移的距離，右移取+ 左移取“-”。觀察船舶征狀Mr| = A-GM|-sinO GM0!= f(T0 t )當(dāng)受到較小外力矩作用時(shí)，

14、船舶會(huì)發(fā)生明顯的橫傾，且其橫搖極其緩慢。四、穩(wěn)性調(diào)整1. GM的調(diào)整設(shè)GM的調(diào)整值:七二要求的GM2 -調(diào)整前GM(1)垂向移動(dòng)載荷式中：Z P重心垂向移動(dòng)距離(m),下移取+ ，上移取-”。當(dāng)滿載滿艙時(shí)，可采用輕 重貨物等體積互換方法調(diào)整，此時(shí)還應(yīng)滿足: P = Ph - PlI SF P = SF P H HL L（2）加減載荷（ZP GM2 . gY式中：Y P重心距中縱剖面的距離(m);GM 載荷變動(dòng)后的初穩(wěn)性高度(m)；2即.GM = GM +Y KGo 氣2 iA+ZPe 裝載變動(dòng)后所產(chǎn)生的橫傾角。五、作業(yè)(四)某輪出港時(shí)垂向總力矩為17500tm,設(shè)排水量為3500t時(shí),KM為5.50m，試求出港 時(shí)的GM值？若該輪抵目的港燃油消耗量50t，其KP為0.7m，淡水消耗量30t， KP為3.0m，使油、水柜產(chǎn)生自由液面，設(shè)燃油比重0.85,油柜長(zhǎng)7m，寬14m，中間有縱向隔艙壁；淡水柜長(zhǎng)2m,寬6m,試求抵港時(shí)的GM值