船舶静力学New

S
xdxdy
1 A
x x1
研究垂向力、纵倾力矩和横倾力矩对船舶浮态和稳定性的影响。 根据力的等效原则，可以将垂向载荷等效成重力，这样，船舶在静水
保持静平衡的力平衡方程为：
W M trim ltrim M heel lheel
W：船体总重量;D：排水量 Mtrim：纵倾力矩;Mheel：横倾力矩 ltrim：纵倾回复力臂;lheel：横倾恢复力臂
船舶静力学
哈尔滨工程大学 深海工程技术研究中心
盛其虎
主要内容
1. 船体的几何描述 2. 浮性 3. 初稳性 4. 大倾角稳性 5. 海洋平台稳性 6. 抗沉性和破舱稳性校核
1. 船体的几何描述
船体各部位的名称
船艉
船舯
船艏
上层建筑
水线
舵
主船体 龙骨
艏柱
左舷
上层建筑：supper structure 主船体：main hull 船艉：stern 船艏：bow 舵：rudder 水线：water line 龙骨：keel 左舷：port side 右舷：starboard side 艏柱：stem
z
Mtrim
q GB矢量的投影
Hale Waihona Puke Baidu
G(xG,yG,zG) ltrim B(xB,yB,zB)
G
x
水平方向(cosq,0,sinq)
B
z Mheel
fG B lheel
y 水平方向 (0,cosf,sinf)
2.2 船舶的受力与平衡
当外力矩为零时，船舶处于静平衡状态时的浮心和重心位置应 满足以下方程：
xB - xG cosq zB - zG sinq 0 yB - yG cosf zB - zG sinf 0
右舷
1.1 船体的相关定义
1.1.1主坐标平面的定义
设计水线面(载重水线面)
设计状态时船体与静水面的截交面。
中线面：船舶水下部分的对称面 中站面：船舯位置的横向截面 基平面：和设计水线面平行并且过龙骨
线与中站面交点的水平面.
X轴：中线面与基平面的交线，船头为正 Y轴：中站面与基平面的交线，右舷为正 Z轴：中站面与中线面的交线，向上为正
船舶的排水量
固定重量～空船重量,也称空载排水量 变动重量～载重量 设计载重量+空载排水量为满载排水量（设计排水量）
2.4 水线面计算
y
2.4.1 任意面积和形心计算
对于任意连续的平面，面积
x0
A
dxdy
x1
x0
yu (x) - yd (x)
dx
s
yu x1
x yd
形心坐标
1
xc A
纵荡 Surge
y
吃水T： 龙骨上表面到静水面的垂向距离。 横倾角f：yoz平面内的角位移，右侧下沉为正。 纵倾角q： xoz平面内的角位移，船首下沉为正。 纵倾通常用纵倾值（艏艉的吃水差）来表示。
横荡Sway
tanq=(TF-TA)/Lpp
2.2 船舶的受力与平衡
船舶所受的力: 浮力：静水对船体的压力。等于船舶排开水的重量，作用点在浮心位置 重力：地球对船舶的万有引力。等于船体的总重量，作用点在重心位置 风浪流载荷：海洋风浪流等环境对船舶的影响 接触载荷：拖曳力、进坞、触礁等情况下坞墩、礁石对船底的作用力等。
1.3 型值表
2. 浮性
2.1 船体的六自由度运动和浮态
船体具有六自由度运动，其中 在垂荡、横摇、纵摇三个垂直面自 由度上具有回复力，这三个自由度 上的位移对船舶在静水中的平衡具 有重要意义。通常用这三个自由度 上的位移来表示船体的浮态。
z 艏摇Yaw
垂荡Heaven 横摇Roll x
纵摇Pitch
2.3 船舶重量和重心位置计算
船舶总重量为船上各项重量之和： 重心位置按下式计算：
n
W Wi i 1
xG
1 W
n
Wi xi
i 1
yG
1 W
n
Wi yi
i 1
zG
1 W
n
Wi zi
i 1
总重量W，重心位置(xG,yG,zG) 部分重量Wi，部分重心位置(xi,yi,zi) 设计时应进行重量控制，使yG=0 重量重心计算通常采用列表计算
船体型表面示意图
水线
中纵剖线
3 2 1 0
设计水线
6
5
4
2400WL
1200WL
横剖线
1.2 船体型线图
横剖线图：一组等间距横剖线和折角线、轮廓线在yoz平面投影的集
合。
半宽水线图：一组等间距半宽水线和折角线、轮廓线在xoy平面投影
的集合。
纵剖线图：纵剖线和折角线、轮廓线在xoz平面投影的集合
船体型线图
1、水线面系数 CWP（α）：
CWP
AW LB
2、中横剖面系数 CM（β）：
CM
AM BT
3、方形系数 CB（δ）：
CB
L BT
1.1.3 船型系数
4、棱形系数 CP（φ）：
CP
AM L
CB CM
5、垂向棱形系数 CVP（φV）：
CVP
AW T
CB CWP
尺度比
长宽比 L/B，宽吃水比 B/T，型深吃水比 D/T，长型深比 L/D
2.2 船舶的受力与平衡
阿基米德原理：船舶的浮力等于船舶排开水的重量，浮力作用点 位于水下部分排水体积的形心位置。
w
ltrim xB - xG cosq zB - zG sinq lheel yB - yG cosf zB - zG sin f
浮心：(xB,yB,zB) 重心：(xG,yG,zG)
型表面：船舶建造时所关心的内部框
架表面。
排水表面：和海水接触的船体表面。
注：型表面和排水表面差外板厚
型吃水T：龙骨上表面到水线面的距离 型深D：龙骨上表面到甲板边板下表面
的垂向距离。
干舷F：水线面到甲板边板上表面的垂
向距离。
最大型宽BM：所有横剖面型表面最大
水平宽度的极值。
1.1.3 船型系数
船型系数反映了船体水下部分的肥瘦程度。
1.1.2 主尺度
艏垂线FP: 过设计水线和艏柱交点且垂直于水线面的直线 艉垂线AP: 舵杆中心线，或过设计水线面与船体尾缘交点的设计水线面
的垂线
垂线间长LPP：艏艉垂线间的水平距离 总长LOA： 船体最前端和最尾端的水平距离 水线长LWL：水线面最前端和最尾端的水平距离
1.1.2 主尺度
1.2 船体型线图
任意曲面都可以用平面曲线的平移加变形运动的轨迹来描述。
V
母 线
船体形状非常复杂，通常用一系列截交线来表示。 • 与中站面平行的横截面与船体型表面的截交线称为横剖线 • 与设计水线面平行的水平截面与船体型表面的截交线称为水线 • 与中线面平行的水平截面与船体型表面的截交线称为纵剖线