船舶原理-浮性课件

第二章 浮 性本章要点：本章要点：1.船舶在静水中的平衡条件、各种漂浮状态；船舶在静水中的平衡条件、各种漂浮状态；2.船舶在各种浮态下的排水体积、浮心位置的计算原船舶在各种浮态下的排水体积、浮心位置的计算原 理、方法。理、方法。u浮性浮性：船舶在一定载况下，浮于一定水面的：船舶在一定载况下，浮于一定水面的能力能力。2-1 2-1 2-1 浮性概述 一、船舶平衡条件 1 1、物体的平衡条件物体的平衡条件物体的平衡条件物体的平衡条件：作用在物体上的两作用力，大小相等，方向相反并作用在物体上的两作用力，大小相等，方向相反并 作用在同一直线上。作用在同一直线上。2 2、船舶的平衡条件：船舶的平衡条件：船舶的平衡条件：船舶的平衡条件：A A 受力分析：受力分析：重力、浮力重力、浮力 B B 船舶平衡条件：船舶平衡条件：船舶平衡条件：船舶平衡条件：（1 1）重力）重力）重力）重力=浮力浮力浮力浮力 =VV 阿基米德定律阿基米德定律阿基米德定律阿基米德定律 （2 2）重心）重心）重心）重心GG和浮心和浮心和浮心和浮心B B 在同一条铅垂线上。在同一条铅垂线上。在同一条铅垂线上。在同一条铅垂线上。2-2浮心浮心B:水下排水体水下排水体积积的形心的形心2-3二、浮态二、浮态1、正浮、正浮 船舶漂浮于静水面，船体中纵剖面和中横剖面都垂直于水面的一 种浮态，ox,oy轴水平，无横倾和纵倾；平衡条件平衡条件表达参数表达参数 吃水吃水 d 2-42、横倾、横倾 船舶自正浮状态向左舷或右舷方向倾斜的一种浮态。ox轴是水平的，中纵剖面与铅垂面成一角度，即正浮时水线面与横倾后的水线面的夹角 （横倾角 Angle of transverse inclination）船舶横倾的大小以横倾角表示 有正负：正值，右舷方向横倾；正值，右舷方向横倾；负值，左舷方向横倾。负值，左舷方向横倾。平衡条件表示参数 吃水吃水 d，横倾角，横倾角 2-53、纵倾纵倾 船舶自正浮位置向船尾方向或船首方向倾斜的一种浮态。oy轴是水平的，船体中纵剖面垂直于水面中横剖面与铅垂平面相交成一角度，即正浮时水线面与纵倾后水线面相交的角度“纵倾角”，船舶纵倾大小用首尾吃水差或纵倾角表示。正负正负：首倾为正值；尾倾为负值。平衡条件 表示参数：平衡吃水平衡吃水 ，纵倾角，纵倾角2-6任意状态任意状态 一般船舶设计或正常使用情况下，都应处于正浮状态或稍有尾一般船舶设计或正常使用情况下，都应处于正浮状态或稍有尾倾状态。横倾、大角度纵倾状态和任意状态是由于外力作用或船倾状态。横倾、大角度纵倾状态和任意状态是由于外力作用或船上重量位置的改变或船舶破损后进水等引起，对船舶的使用以及上重量位置的改变或船舶破损后进水等引起，对船舶的使用以及航海性能不利。航海性能不利。平衡方程和表示参数？2-7222 2 船舶重量和重心位置的计算船舶重量和重心位置的计算 一、重量分类一、重量分类1、固定重量（）包括船体钢料，舾装设备、机电设 备及武器等，它们的重量在使用过程中是固定不变 的，也称空船重量（Light Ship Weight）或船舶自 身的重量。2、变动重量：包括货物、船员、行李、旅客、淡水、粮食、燃油、润滑油以及弹药，这类重 量的总和就是船的载重量。（Displacement Weight）船舶排水量船舶排水量=空船重量空船重量LW+载重量载重量DW2-8备注：备注：1、船体钢料重量Wh的影响因素分析 Wh含船壳板、甲板、舱壁、首尾柱、上层建筑等各部分钢板和型材的重量（1）主尺度以及船型系数 a.船长L 影响最大。从构件数量和几何尺寸上看：船舶上绝大部分构件都与船长有关；从强度条件看：L越大，船在水中所受的纵总弯曲M越大，要求 的船体构件尺寸也大。b.船宽B 对船体纵总强力构件尺寸的影响不大，但对构件的横向强度有较大的影响。从构件数量来看，主要跟船底、甲板及舱壁等横向构件有关。c.型深D 从构件的数量来看：D对舷侧板以及骨架、舱壁有影响；从强度来看：D大，船体梁的剖面模数W也大，对强度有利。往往能起到抵消（或）部分抵消D增加所引起 构件数量增多的作用。2-9 d.吃水d d不影响构件的数量，但对强度（船底构件和船侧构架）有影响。e.方型系数CB 对Wh的影响很小，因为CB的增减对船体构件的数量和尺寸都影响甚微。（2）布置特征 甲板层数 取决于布置特点、使用要求；舱壁数 规范有最小数目的规定，实际要考虑使用要求；上层建筑的大小 包括长度、宽度、高度以及层数。（3）船级别、规范和航区（如航行与冰区）（4）结构材料 如普通钢、高强度合金钢、铝合金、玻璃钢等 2-102 2、舾装重量、舾装重量WWf f的分析的分析（1）与船的排水量和主尺度有关的重量；如船舶设备及系统，包括锚、舵、系泊、消防、管系及油漆等（2）与船员或旅客人数有关的重量 如舱室木作、家具、卫生设备、救生设备（3）与船的使用特点有关的重量 如货船上的起货设备及舱口盖，拖船的拖带设备、渔捞设备（4）特殊项目重量 如减摇装置、侧向推进装置等。3、机电设备Wm的分析 包括主机、辅机、轴系、动力管系、电气设备等。2-11二、重心位置的计算公式表明：各分力（各重力）对给定平面力矩公式表明：各分力（各重力）对给定平面力矩的代数和等于其合力对该平面之矩，即合力矩的代数和等于其合力对该平面之矩，即合力矩定理。定理。1、空船重心、空船重心2、装卸后船舶的重心、装卸后船舶的重心 2-12三、典型排水量1、民船A：空载排水量：是指船舶在全部建成后交船时的排水量，即空船重量，此时动力装置系统内有可供动车用的油和水，但不包括航行时需的燃料，润滑油和炉水储备以及载重量。B：满载排水量：指船舶上装载预先规定的设计载重量（即按照设计任务书要求的货物、旅客、船员、行李、粮食、淡水燃料、润滑油、锅炉用水的储备以及备品、供应品等均装载满额的重量）的排水量。空载排水量、满载排水量又分出港、到港。空载排水量、满载排水量又分出港、到港。C：出出港港：燃料、润滑油、淡水、粮食及其他物品都按设计的规定的数量带足。D：到港到港：消耗品还剩余10%。满载排水量无特殊说明，指满载出港排水量，是民船的最大排水量，是决定船舶的主要要素的出发点，因此也作为民用船舶的设计排水量。民用船舶的设计排水量。2-132 2、军船、军船A：空载排水量 建造完工后的排水量B：标准排水量C：正常排水量 军用舰艇的设计排水量D：满载排水量 出航时舰艇最大装载状态E：最大排水量 超载排水量2-1423 23 排水量和浮心位置的计算排水量和浮心位置的计算 排排水水体体积积和和排排水水体体积积形形心心坐坐标标的的计计算算是是根根据据型型线线图图和和型型值值表表来进行的。来进行的。基本内容基本内容：1、在计算船舶的排水体积时，用若干个与任一坐标平面平行的平面把船舶水下体积分割成若干个薄层微体积，算出这些薄层微体积并求其总和，即船舶的排水体积；2、计算排水体积形心坐标时，要先算出薄层微体积对某一坐标平面的静矩，并求出这些静矩总和，然后将其总和除以排水体积，即得排水体积的形心距该平面的距离。计算方法有两种：1、水下体积沿轴垂向分割；2、水下体积沿轴纵向分割。即根据：1、水线面计算；2、横剖面计算。2-15一、水线面计算方法（垂向计算法）（垂向计算法）1、基本公式2-162 2、水线面计算、水线面计算计算内容：水线面面积：漂心纵向坐标：水线面系数：2-173 3、水线面面积曲线、水线面面积曲线特性：（1）（2）（3）2-184 4、每厘米吃水吨数曲线、每厘米吃水吨数曲线 船船舶舶吃吃水水平平行行于于水水线线面面增增加加（或或减减小小）1cm1cm时时引引起起排排水水量量增增加加（或减小）的吨数称每厘米吃水吨数。（或减小）的吨数称每厘米吃水吨数。TPCTPC每厘米吃水吨数，只与每厘米吃水吨数，只与 有关。有关。每厘米吃水吨数曲线的形状与水线面面积曲线完全相似。每厘米吃水吨数曲线的形状与水线面面积曲线完全相似。应用：应用：（小量载荷装卸（小量载荷装卸 P10%P10%满载排水量）满载排水量）2-195 5、排水体积曲线、排水体积曲线排水体积曲线包括：排水体积曲线包括：型排水体积曲线 由型线图计算所得体积 总排水体积曲线 由型排水体积乘以船壳系数所得 排水量曲线 由总排水体积乘以水的重量密度所得2-20关于变上限积分定积分的计算结果是一个数值船舶计算经常需要曲线(函数)2-21*排水体积曲线特性排水体积曲线特性 （1）（2）（3）2-226 6、浮心纵向坐标曲线、浮心纵向坐标曲线合力矩原理叙述如下2-237 7、浮心垂向坐标曲线、浮心垂向坐标曲线结论：吃水增加，浮心的垂向坐标升高2-24二、横剖面计算法（纵向计算法）（纵向计算法）1、基本公式2-252 2、横剖面计算、横剖面计算（1）计算内容 横剖面面积 ，面积形心垂向坐标 ，中横剖面系数 （2）梯形法计算公式2-263 3、横剖面面积曲线及其特性、横剖面面积曲线及其特性特性：（1）（2）该曲线是设计新船型线图的该曲线是设计新船型线图的 主要依据主要依据 （3）2-2724 24 船舶在纵倾状态下船舶在纵倾状态下排水体积和浮心坐标的计算排水体积和浮心坐标的计算一、邦戎曲线1、邦戎曲线的表达内容2-282 2、邦戎曲线的计算内容邦戎曲线的计算内容2-293 3、利用、利用邦戎曲线求解的步骤邦戎曲线求解的步骤2-3025 25 船舶在任意状态下船舶在任意状态下排水体积和浮心坐标的计算排水体积和浮心坐标的计算2-31226 6 水的密度改变时船舶浮态变化水的密度改变时船舶浮态变化 一、吃水变化结论：密度增加则吃水减小，反之则增加。2-32二、浮心变化二、浮心变化2-33227 7 储备浮力与载重线标志储备浮力与载重线标志 一、浮性衡准一、浮性衡准 1、船舶实际重量船舶装载重量(full load weight)或船舶实际吃水满载吃水(full load draft)；2、船舶浮性衡准是通过限定吃水来加以实现，如果船舶超载致使实际吃水超过满载吃水，则港务机关根据“载重线公约”有权不准船舶离港。二、储备浮力 船舶在水面的漂浮能力是由储备浮力来保证的。由于船舶漂浮在水面，必须具备浮力=重力的平衡条件，当船舶在波浪中或冰区航行时，难免甲板上浪或结冰，这就等于增加了船舶的载荷，为了保证船舶和船员的安全，需要在满载水线上储备一定的水密船体容积，以适应甲板上浪或结冰所增加临时性载荷的需要，上述水线以上水密船体容积所具有的浮力称为储备浮力。所所谓谓储储备备浮浮力力：满载水线以上主体水密部分的体积所能产生的浮力。2-34影响因素影响因素：船体的丰满度（CB）上层建筑 舷弧三、最小干舷的计算最小干舷的计算 最小干舷主要从以下二方面考虑：最小干舷主要从以下二方面考虑：1、减小甲板上浪、减小甲板上浪 2、保证一定的储备浮力、保证一定的储备浮力 2-35F0-基本干舷（标准船的夏季最小干舷）mmf1-船长小于100米的船舶干舷修正值 mmf2-方型系数对于干舷的修正 mmf3-型深对干舷的修正值 mmf4-有效的上层建筑和围蔽处所对干舷的修整值 mmf5-非标准舷弧对于干舷的修正值 mm三、载重线标志图三、载重线标志图(108TEU(108TEU集装箱船）集装箱船）2-36