倾斜试验的基本原理

船舶倾斜试验

一、目的和要求

船舶的初稳心高度h 是衡量船舶稳定性的重要指标，因此正确地求出初稳心高度h 是十

分重要的，其数值可由下式确定

z c Z r Z h -+=)(

式中，浮心垂向位置g Z 和横稳心半径r 可以根据船舶型线图及型值表相当准确地求得，

问题的关键是正确的求出重心高度g Z 。

在船舶设计阶段，通常是按分配计算方法求取空船的重量和重心位置，与船舶建成后的

实际重量和重心位置往往有一定差异，故在船舶建成后都要进行船舶倾斜试验，以便正确地求得船舶重量和重心位置，因此船舶倾斜试验的目的：

1．确定船舶重量和重心高度，并将试验结果整理成空船状态下的重心位置及初稳性高

度。

2．检验设计阶段计算的船舶重量和重心，为以后设计同类船舶提供能考资料。

二、试验原理

船舶倾斜试验是采用重物的移动使船舶产生倾斜所形成的力矩平衡原理。

当船舶正浮于水线WL 时，其排水量为D 。若将船上A 点处的重物P 横向移动距离L

至1A 时，则船将产生倾斜θ角，并浮于新的水线11L W ，如图1-1所示。

稳动重量所形成的横倾力矩力：

θcos PL M Q =

船在横倾θ角后回复力矩为：

θsin Dh M h =

由于船舶横倾至θ角时已处于平衡

状态，根据力矩平衡原理，h M M =θ，

则

θθsin cos Dh PL =或Dh PL tg =

θ ∴θDtg PL h =或λ

k D PL h = 图1-1 试验状态的重心高度为：

h r Z H Z Z c M g -+=-=)(

式中)(r Z Z c M +=为试验状态横稳心距基线的高度，D 为试验状态的排水量，可根据试验时的吃水由静水力曲线查得。

横倾角θ一般用摆锤进行测量，如图1-2所示。摆锤用细绳悬挂在船上O 点，下端装有

水平标尺，当船横倾时，可在标尺上读出摆锤的移动距离k ，则船的横倾角为λθk

tg =，式

中λ为悬挂点O 至标尺的垂直距离，为了减少测量误差，λ应尽可能取得大些。通常在船

上应设置2至3个摆锤，分别装在船的首部、

中部和尾部。

这样试验状态的重心高度可求得，然后根

据合力矩定理，扣除多余重量和加上完工后不

足重量，可计算空船状况的重心高度：

Pi D PiZi

Z D Z g g ∑±∑±⋅=试空

图1-2

三、实验步骤

1．倾斜试验所用的移动重物一般为生铁块，并分成

四组堆放于甲板指定的位置如图1-3所示，每组重量相等，

即 4321P P P P ===

为了形成足够的斜倾力矩使船舶产生︒︒4~2的横倾

角，移动重物的总量约为船舶排水量的1~2%，移动距离

L 约为船宽的3/4。

2．试验开始前，记录如下数据： 图1-3

（1）船的吃水（一般根据水尺分别读出首、中、尾的左右吃水，求其平均值）。 图1-3

（2）不足重量和多余重量以及重心坐标（不足重量和多余重量相对空船状态而言）。

（3）移动重物的重量及其布署位置，每组重量移动的距离L 。

（4）摆锤位置、摆线长度入及摆线的初始读数。

（5）水的比重，以便准确的算出排水量。

3．按图1-4的顺序搬动重物。

4．由设在首、中、尾摆锤读出每搬动一次重物摆锤移动的距离k 。

λθk

tg =

λ——摆线长度，大船m 6~4>λ，小船m 5.1>λ。

5．为了提高试验结果的准确程度，应对试验的船舶重复倾斜几次，即在试验时需按一

定的次序按图1-4将船上的重量重复移动几次，移动距离为L ，每次将重物作横向移动后计

算出横倾力矩n M 、M 、M M 321及横倾角n 、、θθθθ 321，则可根据θ

Dtg M h =算出名次的h 值，然后取其算术平均值，求得船舶倾斜试验状态的稳性高度。通常也采用最小二

乘方原理求得更难确的h 值，即

∑∑===n i i n i i i tg tg M D h 1

2

1

1θ

θ

四、注意事项

为了保证试验的准确性，在进行倾斜试验时应注意下列几点：

1．实船试验应选风力不大于2级的晴天进行。试验应选静水遮蔽处所。如有微风和水流，应注意风和水流影响，尽可能使船艏顶风和顶水，力求避免来往船只的干扰。如在船坞内进行试验更好，此时要关紧坞门，以免外界水流、波浪的影响。

2．为了不防碍船舶横倾，应将系缆绳松开，缆绳应放长，并尽可能在船舶纵中剖面内，系于艏端，船舶在试验过程中使船体不致碰到码头、河底，其他船舶或坞底。

3．船上能自行移动的物体应设法固定，机器停止运转，除试验人员外，无关人员均应离船，留在船上人员均应固定位置，不能随便走动，以免产生附加力矩，影响试验的准确性。

4．船上的各类液体舱柜都应抽空或装满，以消除自由液面影响，否则应记录自电液面的情况，以便进行修正。

5．试验时船上的装载情况以及船上还缺少或多余的重量应详细记录，以便将试验结果修正到空船状态。

6．试验时各项工作应有统一的指挥，观测记录工作认真仔细。

一般船舶倾斜试验是在实船上进行，由于时间安排和经费等原因，现多在试验水池中用船模进行试验。

图1-4 倾斜试验重物移动顺序