船舶吃水差

LBP Xf 2 dm t d d L m F BP = = (m) LBP Xf dm 2 t d d L m A BP = = (m)
(4-11)
t——船舶吃水差，m。根据（4-9）求得。 当船舶漂心在船中处即 Xf=0 时， （4－11） 、 （4－12）可简化为：

P X ——包括空船重量在内的各个重量对船中力矩代数和，9.81KN•m。
i i
dF
dA (4-12) 式中：dm——船舶平均吃水，m。根据船舶实际排水量查船舶静水力资料获得； LBP——船舶垂线间长，m； Xf——漂心距船中距离，m。根据船舶实际排水量或平均吃水查船舶静水力资料可 得，一般规定在船中前为正，船中后为负；
第四章 船舶吃水差
船舶吃水差是表示船舶浮态的一个重要指标， 它的大小主要取决于船舶的装载状况。 吃 水差对船舶的快速性、适航性和操纵性具有重大的影响。为保证船舶具有良好的航海性能， 船舶驾驶员必须对船上载荷重量沿纵向的分布进行控制，以保证船舶具有适当的吃水差。
第一节
吃水差基Biblioteka Baidu概念及要求
一、吃水差基本概念 吃水差（Trim）是指船舶首吃水（Draft fore）与尾吃水（Draft aft）相差的数值，用符 号 t 表示，其计算公式如下： t = dF - dA ( m) (4-1) 式中：dF——首吃水，m； dA——尾吃水，m。 当船舶首、尾吃水相等，即吃水差等于零时，称为平吃水（Even Keel） ；尾吃水大于首 吃水时，即吃水差为负，称为尾吃水差（Trim by the Stern） ，也叫尾倾，俗称尾沉；首吃水 大于尾吃水时，即吃水差为正，称为首吃水差（Trim by the Head） ，也叫首倾，俗称拱头。 有些国家吃水差规定为船舶尾吃水 dA 与首吃水 dF 相差的数值。 二、船舶吃水差产生的原因 吃水差是船舶纵倾的一种表现。 船舶之所以发生纵倾， 是因为正浮时船舶受到一个纵倾 力矩（Moment to Change Trim）作用。而纵倾力矩是由于船舶重力纵向分布作用点与正浮 时的浮力作用点不在同一条垂线上而产生的， 如图 4－1 所示。当船舶的重心 G1 与正浮状态 下浮力作用点 B0 不在同一条与基线相垂直的垂线上时，船舶的平衡条件就会遭到破坏。此 时，重力和浮力构成一个力偶矩（纵倾力矩） ，使船舶绕过漂心的纵倾轴转动，从而产生纵 倾角。同时，纵倾角的出现将使水下船体形状发生变化，浮心由 B0 移至 B1；当 B1 与 G1 在 一条与新水线相垂直的垂线上时，则船舶达到新的平衡，于是产生了吃水差。
项 目 载荷重量 （t） 空 船 NO.1 二层舱 底舱 货 NO.2 二层舱 底舱 NO.3 二层舱 底舱 NO.4 二层舱 物 底舱 NO.5 二层舱 底舱 燃油 柴油 滑油 淡水 其他及船舶常数 总计 5560 630 550 1100 2000 980 2300 800 1900 1000 730 925 280 54 325 248 19382 -8.65 52.64 52.36 32.29 31.47 7.95 7.82 -13.85 -13.65 -56.67 -54.40 -48094 33163 28798 35519 62940 7791 17986 -11080 -25935 -56670 -39712 -16799 -9357 -2178 -14478 -422 -38528 重心距船中距离(m) 纵向重量力矩（9.81kN•m）
式中：δdF——首吃水改变量，m； δdA——尾吃水改变量，m； xf——漂心距船中距离，m。xf 值可由静水力曲线图中查得； t——吃水差，m； LBP——船舶垂线间长，m；
t LBP LBP xf xf L tanφ = 2 = 2 = BP
dF
dA
(4-3)
t L 将 tanφ= BP 代入 MRL 的表达式得：
通过浅水区时的装载量。 四、对船舶吃水、吃水差的要求 1.对万吨级装载状态下船舶吃水差 船舶航行中适当的吃水差值应根据具体船舶的船长、平均吃水状态确定。一般认为，船 舶保持一定的尾倾，对于提高航速、减少首部甲板上浪和改善操纵性能都是有利的。实践经 验表明，万吨级货船适度吃水差为：满载时尾倾 0.3～0.5m；半载时尾倾 0.6～0.8m；轻载时 尾倾 0.9～1.9m。对于速度较高的船舶，出港前静态时允许稍有首倾，航行时由于舷外水的 压强相对降低， 可使船舶处于一定尾倾。 大吨位船舶满载进出港口或通过浅水区时因水深限 制而要求平吃水，以免搁浅，并有利于多装货物。 2.对空载航行船舶吃水及吃水差要求 船舶空载时的吃水差要求，一般都以螺旋桨具有足够的浸水深度为前提。因此，空船时 船舶须具有较大的尾倾值，以保证螺旋桨的推进效率和舵的反应效率。如图 4－2 所示，螺 旋桨盘面直径为 D，桨轴至水面的高度为 I，则在静水中螺旋桨沉深比 I／D 应不小于 0.5， 当螺旋桨沉深比 I／D 值小于 40－50％时，螺旋桨的推进效率将急剧下降。因此，考虑到风 浪的影响，应使 I／D 值达到 65％以上为好。同时，船舶吃水差与船长之比 t／LBP 应小于 2.5％（即︱t︱＜2.5%LBP，LBP 为船舶的垂线间长） ，此时船舶纵倾角小于 1.5°。
图 4－2 螺旋桨和舵的入水深度 船舶在空载时，过小吃水会影响船舶的稳性，不利于安全航行，故空载航行的船舶必须 进行合理压载。一般认为，空载船舶压载航行时，至少应达到夏季满载吃水的 50％以上， 冬季航行时因风浪较大，应使其达到夏季满载吃水的 55％以上。 近年来， 国际上已研究出在营运条件下允许的最小首吃水及最小平均吃水的要求。 上海 船舶运输研究所在分析了 IMO 浮态衡准后， 建议我国远洋航行船舶的最小首吃水 dF min 及最 小平均吃水 dM min 应满足以下要求： （1）当 LBP≤150m 时 dF﹒min ≥0.025LBP (m) dM﹒min ≥0.02LBP+2 (m) （2）当 LBP>150m 时, dF﹒min ≥0.012LBP+2 (m) dM﹒min ≥0.02LBP+2 (m) 式中：LBP——船舶垂线间长，m。 应该指出，对于专用船舶，如液体散货船、固体散货船、集装箱船等，其压载能力一般 都能满足上述最小吃水要求；对于万吨级货船，因其空船排水量约占夏季满载排水量的 25%～35%，故为保证船舶吃水要求得到满足，全船压载水及航次储备总和应达到夏季满载 排水量的 25%左右方可；对于 5000～7000 吨级的远洋尾机型船，因压载舱容量偏小，有时 难以达到要求，工作中如果发现船舶状态偏离衡准值过大，则应引起警惕，谨慎驾驶。 需要指出的是， 以上只是对普通货船空船压载航行时的吃水及吃水差的一般要求， 对于 具体船舶，应在航行实践中积累经验，找出合适的在空船压载航行时吃水及吃水差数值。
MRL
于是： (4-5) 船舶纵向复原力矩 MRL 与船舶纵倾力矩 M 的数值相等 （即 M＝MRL 时） 而方向相反时， 使船舶达到纵向平衡位置。船舶纵倾力矩 M 可表示为：M＝Δ·LL（9.81 kN•m） ，Δ为船 舶排水量（t） ，LL 为船舶纵倾力臂（m） 。因此，吃水差 t 可表示为：
t L = Δ·GML·tgφ = Δ·GML· BP （9.81 kN•m） M RL LBP GM L t= (m)
(4-14) 在实际工作中， 在不要求精确计算船舶的首尾吃水值时， 则可以利用上式求取近似值。 例 4－1：某船由上海开往欧洲，计划在各舱柜内装载各种载荷如表 4－1 所示。试计 算 吃 水 差 和 首 尾 吃 水 。 根 据 排 水 量 查 得 ： dm=9.10m ， XB = -1.43m ， MTC=233.5×9.81kN·m/cm，Xf = -5.8m，LBP=148m。 表 4-1 载荷纵向重量总力矩
LL M LBP LBP GM GM L L t= (m) = (m)
GM L 100 LBP MTC=
LL t = 100 MTC (m)
(X G -X B ) t = 100 MTC （m）
PX
i
i
XG= （m） (4-10) 式中：Pi——构成船舶排水量的各项重量，t。包括空船重量、各油水舱中的油水重量以及船 员、行李、粮食、供应品等重量和各货舱货物重量； Xi——构成船舶排水量的各项重量的重心距船中距离，m。在船中前为正，船中后为 负； 2.船舶首尾吃水的计算 根据图 4－3 和公式 4－3，利用相似三角形原理船舶首吃水 d F、尾吃水 d A 的基本计算 公式：
(4-4)
(4-6) 令吃水差 t=1cm=0.01m，代入（4-6）式，即可得到产生 1 cm 吃水差所需的纵倾力矩值 —厘米纵倾力矩 MTC（Moment to Change Trim One Centimeter） （吃水差改变 1cm 所需的力 矩，又称为吃水差力矩） 。每厘米纵倾力矩值可用公式表示为： (9.81KN•m/cm) (4-7) 船舶设计部门按不同排水量将 MTC 制成表格或绘成曲线，以方便驾驶员计算吃水差时 查用。 将式（4-7）代入（4-6） ，整理后可得计算和调整吃水差的重要公式： (4-8) 二、船舶吃水差和首、尾吃水的计算 1.船舶吃水差的计算 由图 4－3 吃水差的产生示意图中可知，使船舶产生吃水差的纵倾力矩由重心和正浮时 船体所受的浮力构成，前者的作用线通过重心 G1，后者的作用线通过浮心 B0，则纵倾力臂 LL=XG-XB，代入公式(4-8)可得： (4-9) 式中：XG——船舶重心距中距离，m。船中前为正，船中后为负； XB——船舶正浮时浮心距船中距离，m。该值可根据船舶当时的排水量在静水力曲线 图上查取，船中前为正，船中后为负。 MTC——厘米纵倾力矩，9.81KN•m/cm。 由公式（4－9）可知，重心在正浮时浮心之前，船舶产生首倾；反之，重心在正浮时浮 心之后，则船舶产生尾倾。 船舶重心距中距离 XG 可按下式计算求得：
第二节
吃水差的计算与调整
一、吃水差计算原理 如图 4－3 所示，船舶产生纵倾后，水线由平吃水时的 W0L0 变为 W1L1，并出现一个纵 倾角φ（Angle of trim） 。由于φ角一般很小，因此可认为船舶纵倾前后两水线面的交线通过 原水线面的漂心 F。
图 4－3 吃水差的产生 示意图 船舶纵倾前后相邻两 浮力作用线的交点 ML 称为 纵 稳 心 （ Longitudinal metacenter） 。纵稳心距基线高度 KML 随排水量的不同而变化，在静水力曲线图上可以查到 其值，KML 数值较大，一般与船长处于同一数量级。由重心 G0 至 ML 的距离称为纵稳性高 度 GML（Longitudinal stability height） ，因为 GML 总是正值而且数值较大，所以，船舶一般 不会由于纵稳性不足而引起事故。但很小的纵倾能产生较大的吃水差，因此，在船舶纵倾问 题上我们的注意点应是吃水差及其值的计算。 同船舶横倾一样，船舶纵倾后产生纵向复原力矩 MRL，其表达式如下： MRL=Δ•GML•sinφ (9.81kN•m) (4-2) 式中：Δ——排水量，t； GML——纵稳性高度，m； φ——纵倾角，°。当φ很小时，可认为 sinφ ≈ tanφ。 根据相似三角形原理，由图 4－3 可知：
图 4－1 船舶吃水差的产生 三、吃水差对船舶航海性能的影响 吃水差对于船舶的操纵性、快速性、适航性与抗风浪性能都有影响。船舶吃水差的大小 直接影响螺旋桨和舵的入水深度，对操纵性和航速有直接的影响。船舶尾倾过大，会使操纵 性能变差， 易偏离航向， 船首部底板易受波浪拍击而导致损坏， 同时还不利于驾驶台的了望； 船舶首倾时，因螺旋桨和舵的入水深度减小，从而导致航速降低，航向稳定性变差，首部甲 板易上浪，而且船舶纵摇时，螺旋桨和舵叶易露出水面，主机负荷不均匀，造成飞车，影响 主机的正常运转。另外，当船舶保持平吃水状态，减小船舶最大吃水，可以有效地增加船舶