船舶静力学等习题

《船舶静力学》简答题1、简述表示船体长度的三个参数并说明其应用场合？ 答：船长[L] Length船长包括：总长，垂线间长，设计水线长。

总长oa L （Length overall ）——自船首最前端至船尾最后端平行于设计水线的最大水平距离。

垂线间长pp L (Length Between perpendiculars )首垂线（F.P.）与尾垂线（A.P.）之间的水平距离。

首垂线：是通过设计水线与首柱前缘的交点可作的垂线（⊥设计水线面） 尾垂线：一般舵柱的后缘，如无舵柱，取舵杆的中心线。

军舰：通过尾轮郭和设计水线的交点的垂线。

水线长[wl L ](Length on the waterline)：——平行于设计水线面的任一水线面与船体型表面首尾端交点间的距离。

设计水线长：设计水线在首柱前缘和尾柱后缘之间的水平距离。

应用场合：静水力性能计算用：pp L分析阻力性能用：wl L船进坞、靠码头或通过船闸时用：Loa2、简述船型系数的表达式和物理含义。

答：船型系数是表示船体水下部分面积或体积肥瘦程度的无因次系数，它包括水线面系数wp C 、中横剖面系数M C 、方形系数B C 、棱形系数p C （纵向棱形系数）、垂向棱形系数Vp C 。

船型系数对船舶性能影响很大。

（1）水线面系数)( wp C ——与基平面平行的任一水线面的面积与由船长L 、型宽B 所构成的长方形面积之比。

（waterplane coefficient ）表达式：L B A C w wp ⨯= 物理含义：表示是水线面的肥瘦程度。

（2）中横剖面系数[][βM C ]——中横剖面在水线以下的面积M A 与由型宽B 吃水所构成的长方形面积之比。

(Midship section coefficient)表达式：dB AC M m ⨯= 物理含义：反映中横剖面的饱满程度。

（3）方形系数[[]δB C ]——船体水线以下的型排水体积∇与由船长L 、型宽B 、吃水d 所构成的长方体体积之比。

（Block coefficient ）表达式：dB LC B ⨯⨯∇= 物理含义：表示的船体水下体积的肥瘦程度，又称排水量系数(displace coefficient)。

（4）棱形系数[[]ϕp C ]——纵向棱形系数 (prismatic coefficient)船体水线以下的型排水体积Δ与相对应的中横剖面面积m A 、船长L 所构成的棱柱体积之比。

表达式：L A C M p ⨯∇= M M M m C d B A dB AC ⨯⨯=→⨯= M B M p C C L d B C C =⨯⨯⨯∇=物理含义：棱形系数表示排水体积沿船长方向的分布情况。

5、垂向棱形系数[vp C 、v ϕ] (Vertical prismatic coefficient)船体水线以下的型体积∇与相对应的水线面面积w A ，吃水d 可构成的棱柱体积之比。

表达式：wp Bwp w vp C C d B L C d A C =⨯⨯⨯∇=⨯∇=物理含义：表示排水体积沿吃水方向的分布情况。

（具体说明，U ，V 型剖面）3、简述船体近似计算方法的基本原理并说明其精度关系。

答：（1）梯形法（最简便的数值积分法）基本原理：用若干直线段组成的折线近似地代替曲线。

即：以若干个梯形面积之和代替曲线下的面积。

（2）辛氏法梯形法假设曲线为折线，若假设计算曲线为抛物线，则称抛物线法，即辛氏法。

基本原理，采用等分间距以若干段二次或三次抛物线近似地代替实际曲线，计算各段抛物线下面积的数值积分法。

（3）乞贝雪夫法基本原理：应用不等间距的各纵坐标值之和，再乘以一个共同的系数来得到曲线下的面积。

用n 次抛物线代替实际曲线，采用不等间距的几个纵坐标计算抛物线下的面积。

∑=+++==ni i n y n L y y y n LA 121)(Λ （4）采用不等间距的纵坐标和不同的乘数∑=+++≈⎰==ni i i n n y p L y p y p y p L ydx A 12211)(Λ精度关系：梯形法〈辛浦生法〈乞贝雪夫法〈高斯法4、简述提高船体近似计算精度的方法答： （1）选择合适的近似计算方法（2）增加中间坐标（3）端点坐标修正（以半宽水线图为例）5、简述船舶的平衡条件答：船舶平衡条件：（1）重力=浮力 ω=∇ω；（2）重心G 和浮心B 在同一条铅垂线上。

6、简述船舶的浮态并说明其表示参数船舶浮于静水的平衡状态称为浮态；船舶的浮态有正浮、横倾、纵倾、任意状态（横倾+纵倾）四种，表示参数分别为吃水、横倾角φ，纵倾角θ；(1)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；正浮浮态表示参数：吃水 d（2）横倾状态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，中纵剖面与铝垂面成一角度，即正浮时水线面与横倾后的水线面的夹角φ（横倾角）船舶横倾的大小以横倾角表示 有正负：正值，右舷方向横倾；负值，左舷方向横倾。

浮态表示参数吃水 d ，横倾角 φ（3）纵倾状态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铝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φ“纵倾角”，船舶纵倾大小用首尾吃水差和纵倾角表示。

正负：首倾为正值；尾倾为负值。

浮态表示参数：平衡吃水2A F d d d +=，纵倾角θ （4）任意状态（横倾+纵倾）浮态表示参数：平衡吃水2A F d d d +=，，纵倾角θ，横倾角φ 7、简述船舶重量的分类。

答：（1）固定重量：（ ΛΛm f h W W W ++）包括船体钢料，木作舾装、机电设备火及武器等，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 ）或船舶自重的重量。

空船重量LW=ΛΛm f h W W W ++（2） 变动重量：包括货物、船员、行李、旅客、淡水、粮食、燃油、润滑油 以及弹约，这类重量的总和就是船的载重量。

（Displacement Weight ）船舶排水量=空船重量LW+载重量DW8、简述排水量和浮心坐标计算的方法。

答：计算方法有两种：○1水下体积沿oz 轴垂向分割； ○2水下体积沿ox 轴纵向分割。

即根据：○1水线面计算排水体积； ○2横剖面计算排水体积。

9、简述每厘米吃水吨数的含义并说明其用途。

答：船舶吃水平行于水线面增加（或减小）1cm 时引起排水量增加（或减小）的吨数称每厘米吃水吨数。

100w A TPC ω= （3m t ） TPC 每厘米吃水吨数，只与w A 有关（100ω常数） 由于w A 随d 变化而变化，固此TPC 也将随吃水不同而异，将TPC 随吃水的变化绘制成曲线)(z f TPC =，称为每厘米吃水吨数曲线，该曲线的形状与水线面面积曲线完全相似。

应用：已知船舶TPC 曲线便可查出吃水d 时的TPC 数值，能迅速求出卸小量货物pt （不超过排水量10%）以后的平均吃水变化量TPC P d =δ，-+卸货装货P 超过10%排水量不适用，因吃水变化较大，TPC 就不能看成常数，通常利用排水量曲线求解。

10、如何利用邦戎曲线求解船舶在纵倾状态下的排水量和浮心坐标。

答：步骤如下：①根据船舶首尾吃水F d 和A d ，在邦戎曲线图上作出纵倾水线11L W 分别交si A 和()Z f M oy =0的曲线得ΛΛ21,,,10oy oy sn s s M M A A A②根据量出的数值绘制横剖面面积曲线()x f A s =以及横剖面静矩曲线()x f M oy = ③根据横剖面面积曲线的特性可知道Asdx ⎰-=∇2121 Asdx xAsdxM x yozB ⎰⎰--=∇=21212121④通过横剖面静矩曲线()x f M oy =及特性可得Asdx dx M M Z oy xoyB ⎰⎰--=∇=2121212111、简述船舶的平衡状态。

答：(a)图：重心G 在稳心M 之下：R M 方向与倾斜力矩相反为稳定平衡，0>GM (b) 图：重心G 在稳心M 之上，倾斜力矩与R M 同向，加大倾斜，原来的平衡状态不稳定，为不稳定平衡 0<GM(c) 图：重心G 和稳心M 重合， 0=GM 0=R M外力消失不会回复也不会倾斜，原来的平衡状态是中性的，为中性平衡或称随遇平衡12、简述船舶初稳性公式的用途及局限性。

答：初稳性公式φSin M G M R ⋅∆=可见横稳性高或初稳性高越大，抵抗倾斜力矩能力越大。

φ小角度时，φφφ⋅⋅∆=∴=M G M Sin R （取决于排水量，重心高度浮心移动的距离）（1）初稳性公式的用途①判别水面船舶能否稳定平衡，其衡准条件是0G M >；②船舶在营运过程中，应用初稳性方程式处理船内重物移动以及装卸重物后，调整船舶的浮态，确定新的初稳性高。

（2）初稳性公式的局限性①对于水面船舶，当它满足稳定平衡时，仅能说明船舶在倾斜力矩消失后，具有能自行从微倾状态恢复到初始平衡位置的能力，并不标志着船舶同时满足不至倾覆的条件；②只能应用于小倾角稳性的研究，对于大倾角稳性不适用。

13、船舶静水力曲线包括哪几类哪些曲线？答：① 浮性曲线（8条）型排水体积(Volume of displacement)曲线、总排水量曲线，浮心纵向坐标B x 曲线，浮心垂向坐标B Z 曲线，水线面面积W A (Area of waterplane)曲线，漂心纵向坐标F x 曲线，每厘米吃水吨数TPC (Tons per one cm immersion)曲线。

② 稳性曲线（3条） 横稳性半径M B 曲线；纵稳性半径L M B 曲线；每厘米纵倾力矩MTC （moment to change trim one cm ）曲线③ 船型系数曲线（4条）水线面系数WP C 曲线；中横剖面系数M C 曲线；方型系数B C 系数；棱形系数P C 曲线14、简述减小自由液面对初稳性影响的措施。

答：（1）结构措施降低了船的初稳性减小船的初稳性高,1∆-=xi GM M G ω可见自由液面面积越大，ix 亦很大，失掉初稳性，为了减小自由液面对初稳性的不利影响，使自由液面的面积惯性矩ix 尽量小，所以在船内设置纵向舱壁。

说明一个设置纵向舱壁对减小自由液面影响的效果：41的不利影响可减小至等分后自由液面对稳性 同理证明，三等分，减小至2191n 进步推论几等分后，所以，宽度较大的油舱，水舱都要设置纵向舱壁。

（2）营运过程中的措施在配载时应根据各液体舱柜的装载情况，进行自由液面对初稳心高度影响的修正。

在营运过程中，使用各舱柜时应注意尽可能使其装满或空舱，以减少具有自由液面的舱12412121221333lb b l i lb i x x ⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯==分成两部分柜数。