高速船与游艇设计稳性.ppt

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1、课题四船舶性能预报船舶性能预报船舶稳性船舶稳性 n船舶稳性（stability）n是指船舶受到外力的作用而偏离原平衡位置发生倾侧，当外力消除后能自行恢复到原来平衡位置的能力。根据船舶倾斜角度的大小，船舶的稳性可分为两类：1）初稳性（或称小倾角稳性），指船舶倾斜角小于 ，或上甲板边缘开始入水前的稳性。2）大倾角稳性，指船舶倾斜角大于 ，或上甲板边缘开始入水后的稳性。001510001510 船舶稳性船舶稳性复原力矩 MR=GZWLG B B1Z一、初稳性一、初稳性（倾角小于1015）初稳性公式 MR=GZ=GM sin 二、大倾角稳性二、大倾角稳性（倾角大于1015）M横稳性船舶的倾斜分为横向倾

2、侧和纵向倾侧，因此，船舶必须具有横稳性和纵稳性。三、纵稳性三、纵稳性B1GW1L1MLWL n船舶正浮于水面上时，船舶所受到重力即船重W与浮力N是一对平衡力。重心和浮心位置分别为G和B。当船舶发生倾斜时，由于排水体积形状的改变，导致浮心移动到了B1点，重力和浮力不再是一对平衡力，而形成了一对力偶。WLG B G B WLL1W1B1ZMn 当外力矩消失后，船舶在上述力偶所产生的力矩作用下恢复到初始位置。此力矩称为复原力矩。当船舶处于稳定平衡状态时，称船舶具有稳性。n 如果船舶的重心过高，或船宽较窄，当船舶受外力矩作用横倾时，由于船宽较窄的船舶浮心横移的距离较小，因而重力和浮力组成的力偶所产生的

3、力矩，反而使船舶继续倾斜，以至于倾覆，此力矩称为倾覆力矩，如图所示。当船舶处于不稳定平衡状态时，称船舶没有稳性。n 从上述两种情况可以看出：在图中，M点（船舶倾斜后新的浮力作用线与船舶中心线的交点）是在重心G点之上，船舶具有稳性，M点叫做稳心。若M点是在G点之下，船舶不具有稳性。经分析研究，船舶是否具有稳性以及稳性好坏，决定于G点与M点的相对位置和G和M间距离的大小，即GM值是衡量船舶稳性好坏的标准，称GM值为初稳性高度。它与稳性的关系是：n当M点在G点之上时，GM0，船舶具有稳性，GM值越大，稳性越好，但船舶摇摆就会加剧；当M点在G点之下时，GM0，船舶不具有稳性，一旦受到外力矩作用很容易使

4、船倾覆；当M点和G点重合一点时，GM=0，船舶也不具有稳性，因为一旦受到外力矩作用，船舶处于随遇平衡状态，对船舶也极不安全。n n 船的稳性对其安全性和使用性都有重要影船的稳性对其安全性和使用性都有重要影响，是一项重要的航海性能。船舶在海上倾覆响，是一项重要的航海性能。船舶在海上倾覆时，其过程是十分迅速的，以致乘员来不及逃时，其过程是十分迅速的，以致乘员来不及逃生，所以各国都有规范对船舶稳性作了具体的生，所以各国都有规范对船舶稳性作了具体的规定。国际海协也有相应的船舶完整稳性的规规定。国际海协也有相应的船舶完整稳性的规定。我国船舶检验局也颁布了定。我国船舶检验局也颁布了海船稳性规范海船稳性规范

5、和和内河船舶稳性规范内河船舶稳性规范，以保证船舶的安全，以保证船舶的安全性。对于稳性，在确定主尺度和船型系数时，性。对于稳性，在确定主尺度和船型系数时，就必须慎重对待，即使船舶的稳性计算已符合就必须慎重对待，即使船舶的稳性计算已符合规范要求，船长仍应注意船舶的装载、气象、规范要求，船长仍应注意船舶的装载、气象、海况等情况，谨慎驾驶，以保证船舶的安全。海况等情况，谨慎驾驶，以保证船舶的安全。当船舶受外力作用而横向倾侧至角时，若船舶的重心G较低，在稳心M之下，重力W与浮力N形成力偶矩与船舶横倾的方向相反，使船舶向原来位置复原，我们称此力矩为复原力矩。G B WLL1W1B1ZM复原力矩 sinsi

6、nGMGMWGZW 当船舶重G与稳心M两点重合，船舶倾侧后重力W与浮力N恰好作用于同一铅垂线上，力矩为零。船舶将保持在其倾斜位置，但不具备复原能力。G WLL1W1B1ZM 当船舶受外力作用而横向倾侧到角时，若船舶重心G较高，在稳心M之上，致使重力W与浮力N形成的力偶矩与船舶横倾的方向相同，这时它使船舶继续倾斜直至倾覆。这个力矩称为倾覆力矩。倾覆力矩 sin GM 一、初稳性及其估算一、初稳性及其估算 (一一)衡准方法及其实用数据衡准方法及其实用数据 衡准一艘船的初稳性好坏的指标是衡准一艘船的初稳性好坏的指标是 (h)值。值。我国我国海船稳性规范海船稳性规范对各类船舶的对各类船舶的GM面值提出

7、的面值提出的要求是：要求是：对于客船、货船、油船等对于客船、货船、油船等 GM 0.15m 对于渔船，对于渔船，GM 0.30m 对于运木船，对于运木船，GM 0 上述数值是对上述数值是对GM的最低要求，实际船舶的的最低要求，实际船舶的GM值值要大得多。要大得多。GM 设计中对初稳性值设计中对初稳性值GM 的大小，一般从其下限值的大小，一般从其下限值和上限值两方面来考虑。和上限值两方面来考虑。1初稳性的下限值初稳性的下限值Gmmin 下限值是保证船的安全和使用要求所需的最低初下限值是保证船的安全和使用要求所需的最低初稳性值。稳性值。从安全角度看，船的大倾角稳性和初稳性有一定从安全角度看，船的大

8、倾角稳性和初稳性有一定的联系；从使用要求看，也需保证一定的初稳性值。的联系；从使用要求看，也需保证一定的初稳性值。实践证明，除客船外，现行规范对实践证明，除客船外，现行规范对GM值下限的值下限的要求，一般不难满足。所以在设计时，着重从设计船要求，一般不难满足。所以在设计时，着重从设计船的使用要求，来确定适宜的初稳性下限值。的使用要求，来确定适宜的初稳性下限值。2初稳性的上限值初稳性的上限值GMmax 初稳性上限值是从横摇缓和性上考虑的，若船在初稳性上限值是从横摇缓和性上考虑的，若船在波浪中的摇摆周期短、摆幅大，则不仅影响船舶的安波浪中的摇摆周期短、摆幅大，则不仅影响船舶的安全性，船上作业也很困

9、难，货物会移动受损，乘员会全性，船上作业也很困难，货物会移动受损，乘员会晕船或感到不舒服。因此设计时，在保证初稳性下限晕船或感到不舒服。因此设计时，在保证初稳性下限的前提下，应力求使船的横摇缓和些。的前提下，应力求使船的横摇缓和些。船在波浪中的横摇周期船在波浪中的横摇周期T ，与初稳性高，与初稳性高GM直接有直接有关，从下面近似估算公式可以看出，它们之间的关系。关，从下面近似估算公式可以看出，它们之间的关系。式中，式中，C依船的具体特征而变的系数，在依船的具体特征而变的系数，在0.750.85之间选取。之间选取。我国沿海常见的大的波浪，波长我国沿海常见的大的波浪，波长=6070m，波浪周期波浪

10、周期Tw=0.8 ，为避免谐摇，则希望，为避免谐摇，则希望 T 1.3 Tw，则，则T 应大于应大于89s；远洋航区波长；远洋航区波长 150160m，则，则T 以大于以大于13s为宜。这是习惯用的为宜。这是习惯用的标准，井非绝对的，标准，井非绝对的，3各种典型船舶的各种典型船舶的GM值的选取值的选取 船在不同载况时稳性值是变化的，设计时应对各典型船在不同载况时稳性值是变化的，设计时应对各典型载况的稳性作通盘考虑。载况的稳性作通盘考虑。(1)干货船这类船在满载到港时稳性最差，对于船宽干货船这类船在满载到港时稳性最差，对于船宽B12m的船舶，如果取满载出港时的的船舶，如果取满载出港时的GMB为为

11、0.040.05，一般即可保证满载到港时仍有必要的初稳性值，一般即可保证满载到港时仍有必要的初稳性值(GM在在0.25m以上以上)，且不需在中途加压载水。对于中小型船舶，且不需在中途加压载水。对于中小型船舶，则需取更大的则需取更大的GM/B的值，如的值，如0.050.07。如果考虑在中。如果考虑在中途加压载水，则满载出港时的途加压载水，则满载出港时的GM/B相对可取低些。还应相对可取低些。还应该注意的是，干舷低的船，若该注意的是，干舷低的船，若GM过小，则常不能满足稳过小，则常不能满足稳性规范对稳性曲线消失角的要求。对于集装箱船，为防止性规范对稳性曲线消失角的要求。对于集装箱船，为防止因剧烈横

12、摇而造成货物及绑扎设备的损坏，出港时可采用因剧烈横摇而造成货物及绑扎设备的损坏，出港时可采用稍低的稍低的GM值，航行中及装卸货时再根据需要加压载水。值，航行中及装卸货时再根据需要加压载水。对于矿砂船，则应注意控制对于矿砂船，则应注意控制GM不必过大。不必过大。(2)客船及客货船客船及客货船 这类船的这类船的GM主要根据规主要根据规范对完整稳性、分舱和破舱稳性的要求决定。对于大、范对完整稳性、分舱和破舱稳性的要求决定。对于大、中型客船，海损稳性是主要矛盾，通常中型客船，海损稳性是主要矛盾，通常GMB在在0.0450.055范围；对于小型客船，尤其是载客数目范围；对于小型客船，尤其是载客数目相对较

13、多者，其主要矛盾通常是旅客移动时横倾角的限相对较多者，其主要矛盾通常是旅客移动时横倾角的限制，且因短途客船不宜在中途加压载水，故满载出港时制，且因短途客船不宜在中途加压载水，故满载出港时的的GMB值应取得更大。值应取得更大。(3)油船油船 布格氏认为，修正自由液面影响后的布格氏认为，修正自由液面影响后的GM值大于值大于0.1 即可。一般而言，只是对小油船即可。一般而言，只是对小油船才需进行这种核算；中型油船的初稳性易于保证；对于才需进行这种核算；中型油船的初稳性易于保证；对于大型油船，从横摇角度看，则常嫌初稳性值过大。大型油船，从横摇角度看，则常嫌初稳性值过大。(4)(4)拖船拖船 从论述拖轮

14、初稳性的许多文献中，列举几种衡从论述拖轮初稳性的许多文献中，列举几种衡准方法于表准方法于表4-24-2中，以供比较。中，以供比较。港作拖轮的港作拖轮的GMGMB B值通常大些，国内这类船的值通常大些，国内这类船的GMGMB B在在0.120.120.130.13范围。范围。设计拖船时最好参照相近母型船选取设计拖船时最好参照相近母型船选取GMGMB B或或GMGM值，一般值，一般GMGM值应在值应在0.600.600.70m0.70m以上。以上。(5)(5)军舰军舰 军舰的初稳性下限值，主要根据保证火炮能军舰的初稳性下限值，主要根据保证火炮能以正常射速射击所允许的横倾角以正常射速射击所允许的横倾

15、角(一般为一般为101012)12)、全速回转时所允许的横倾角全速回转时所允许的横倾角(10(101212以下以下)及保证及保证海损稳性等因素决定。依舰种不同，海损稳性等因素决定。依舰种不同，GMGMB B大体大体在在0.060.060.100.10的范围。的范围。(二二)初稳性估算及影响因素分析初稳性估算及影响因素分析 1 1、初稳性值的估算、初稳性值的估算 由船舶静力学知，初稳性高由船舶静力学知，初稳性高 可由初稳性方程计算：可由初稳性方程计算：GM 在非设计载况时，因船舶吃水及相应于吃水在非设计载况时，因船舶吃水及相应于吃水的船宽、方形系数和水线面系数均发生了变化，的船宽、方形系数和水线

16、面系数均发生了变化，因此不宜采用式因此不宜采用式(4(410)10)估算其估算其GMGM。而需采用如。而需采用如下的关系式：下的关系式：2、影响初稳性值的因素分析、影响初稳性值的因素分析 从式从式(430)可知，船的主尺度可知，船的主尺度B、T、D和船和船形系数形系数Cw等决定着初稳性高度等决定着初稳性高度 的大小，下的大小，下面作简要的分析面作简要的分析:(1)型宽型宽B及及BT:从式从式(410)可知，初可知，初稳性高度稳性高度GM随随B及及B/T 的加大而迅速增加，特别的加大而迅速增加，特别是加大是加大B对增加对增加GM值的效果更好。值的效果更好。(2)水线面系数水线面系数Cw:Cw是对是对GM影响最大的影响最大的因素之一，加大因素之一，加大Cw，对提高，对提高zb 和和r都有好处，但都有好处，但Cw是受型线特征制约的，是受型线特征制约的，Cw的加大是有限的。的加大是有限的。当当GM需少量加大时，改变需少量加大时，改变Cw是有效的措施之一。是有效的措施之一。(3)型深型深D:减小减小D可降低重心高度，对增加可降低重心高度，对增加 有好处。但有好处。但D值是受主体容积的需要来选取的