第四章 船舶稳性

第四章船舶稳性

第一节船舶稳性的基本概念

（一）船舶平衡的3种状态

1、稳定平衡

>0

G点在M点之下，GM>0，M

R

2、随遇平衡

G点与M点重合，GM=0，M

=0

R

3、不稳定平衡

<0

G点在M点之上，GM<0，M

R

（二）稳性的定义

船舶稳性是指船舶受给定的外力作用后发生倾侧而不致倾覆，当外力消失后仍能回复到原来的平衡位置的能力。

（三）稳性分类

分类方法: 按倾斜方向、倾角大小、倾斜力矩性质、船舱是否进水

┏破舱稳性

稳性┫┏初稳性(小倾角稳性)

┃┏横稳性┫┏静稳性

┗完整稳性┫┗大倾角稳性┫

┗纵稳性┗动稳性

其中，倾角小于等于10－15度称为小倾角，否则称为大倾角。倾斜力矩性质指静力或动力，或者说有无角速度、角加速度。

第二节船舶初稳性（1）

（一）船舶初稳性的基本标志

1．稳心M 与稳心距基线高度KM

船舶小倾角横倾前、后其浮力作用线交点称为横稳心，简称稳心。

稳心M距基线的垂向坐标称为稳心距基线高度。

2．初稳性的衡准指标

稳心M至重心G的垂距称为初稳性高度GM。

初稳性高度GM是衡准船舶是否具有初稳性的指标。初稳性高度大于零，即船舶重心在稳心之下，船舶就有初稳性。

3．初稳性中的假设(对于任一给定的吃水或排水量)

（1）小倾角横倾(微倾)；

（2）在微倾过程中稳心M和重心G的位置固定不变；

（3）在微倾过程中浮心B的移动轨迹是一段以稳心为圆心的圆弧；

（4）在微倾过程中倾斜轴过漂心。

（二）初稳性高度GM的表达式

GM=KB+BM-KG=KM-KG

第二节 船舶初稳性（2）

（三） 初稳性高度的求取

1、 KM 可在静水力曲线图、静水力参数表或载重表中查取。

2、 KG 的计算

式中，P i —— 组成船舶总重量（含空船重量等）的第i 项载荷，t

Z i —— 载荷P i 的重心距基线高度，m

3、Z i 确定

（1）舱容曲线图表查取法

船舶资料中通常有各个货舱和液舱的舱容曲线图或数据表，利用舱容曲线图表，可方便确定舱内散货或液货的重心高度Z i ，方法如下：

i ）对于匀质散货或液货，已知货堆表面距基线高度，在图中左纵轴上对应点做水平线交舱容中心距基线高度曲线得B 点，过B 点做垂线交上横轴得C 点，对应值即为该舱货物重心距基线高度Z i 。

ii ）对于积载因素相近、合理积载的件杂货，根据所装货物的体积，在下横轴找到相应点向上做垂线，交舱容曲线得A 点，过A 点做水平线交舱容中心距基线高度曲线得B 点，过B 点向上做垂线交上横轴得C 点，对应值即为该舱货物重心距基线高度Z i 。

)

2.3()m (Z P KG i

i ∆

*∑

=

（2）舱容中心高度法

无论舱内载荷匀质与否和数量多少，均以该舱的几何中心高度作为该舱载荷的重心距基线高度Z i 。

该方法的优点有二：一是查取方便，船舶资料中通常有各个货舱和液舱的舱容中心高度数据可查；二是结果高于实际值，偏于安全。缺点是当舱内货物较少时误差较大。 （四）自由液面对GM 的影响 1、自由液面（Free surface)

船舶的液体舱柜中装有液体但未满舱时的液面。 2、自由液面的影响结果

自由液面的存在 使初稳性高度GM 恒减小。 3、自由液面计算公式

i x －－自由液面对过液面中心倾斜轴的面积惯性矩（m 4）。 4、自由液面惯性矩i x 的求取 （1）查取船舶资料求取i x

“各液舱自由液面惯性矩i x 表”，“各液舱自由液面对初稳性高度修正值表” （2）利用公式法计算i x

自由液面的形状为矩形、三角形

矩形：k=1/12；直角三角形：k=1/36；等腰三角形：k=1/48 自由液面的形状为梯形

直角梯形：k=1/36；等腰梯形：k=1/48

5、减小自由液面影响的措施

设置水密纵隔壁

减少甲板上浪和存水，及时排出积水

液体舱柜应根据实际情况尽量装满或排空

航行中，应逐舱使用油水并尽量减少同时存在自由液面的液舱数。

液体散货船装载货物时，尽量少留部分装载舱。部分装载舱应选择舱室宽度较小的货舱。保证液体舱柜内的纵向水密隔壁的完整性

∆

=

∑x

f

i

GM

ρδ)

(01f f GM KG KM GM GM GM δδ+-=-=3

b k i x =)

)((2

22121b b b b k i x ++=

第三节载荷变动对稳性的影响

（一）载荷移动

1、船内重物水平移动

2、船内重物垂移

载荷下移，重心下移，Z取“+”，GM1增加；

载荷上移，重心上移，Z取“－”，GM1减小

（二）重量增减

1、重量大量增减

2、重量少量增减

假定条件：（1）载荷变动时，稳心距基线高度KM保持不变；

（2）载荷变动时，自由液面对初稳性的影响保持不变。（三）货物悬挂

悬挂重物对稳性的影响：相当于将其重心从实际位置上移到悬挂点。

GM1=GM--

(四)船舶倾斜试验

1、试验目的

确定船舶的空船重心高度KG

0和空船初稳性高度GM

。

2、试验条件

GM

Py

tg

⋅∆

=

θ

∆

⋅

=

Z

P

GM

δGM

GM

GMδ

=

-

1

i

i

i

P

Z

P

KG

KG

∑

±

∆

∑

±

⋅∆

=

1

1

1

1KG

KM

GM-

=

)4.3(

)

m

(

P

)

Z

KG

(

P

G M

G M

1

P

1

1

2+

∆

-

*

+

=

∆

⋅

=Z

P

GM

δ

GM

δ