03船舶稳性

一、初稳性
系指船舶倾角小于10°一15°)。或上甲板边 缘开始人水前的稳性。 1.初稳性高度及计算 如图3-1所示，初稳性的特点是： (1) 等体积倾斜。倾斜前后排水量不变，即V1 ＝V2。 (2)倾斜轴通过初始水线面面积中心，即漂心f。 (3)某一排水量ຫໍສະໝຸດ Baidu船舶的横稳心M (Metacentre )点的位置可视作固定不变，浮心 B沿着以M为圆心，以稳心半径B0M为半径的圆 弧轨迹移动。
第二节 初稳性

系指船舶受静态外力矩作用，不计 及倾斜角速度的稳性。静态外力矩是指 逐渐作用在船上 ,引起船舶倾斜的过程缓 慢而忽略船舶倾斜角速度的倾侧外力矩。 如在船上一舷装卸或横向移动少量载荷 时作用于船舶的倾侧力矩。静稳性研究 的假定条件是：船舶处于静水中，受静 力作用，忽略船舶横倾时船体首尾不对 称引起的纵倾影响 。

一、船舶稳性概念及分类 船舶稳性（Stability），是指船舶受 外力作用发生倾斜，当外力消失后能够 回到原来平衡位置的能力。（The ability of Return to the Upright when Slightly Inclined) 。
(1)按倾斜方向的不同可分为： 横 稳 性 （ Transverse Stability) 和 纵 稳 性 （Longitudinal Stability）。 (2)按倾斜角度的大小可分为： 初 稳 性 （ Initial Stability) 和 大 倾 角 稳 性 (Stability at Large of In-clination）：） (3)按作用力性质的不同可分为： 静 稳 性 （ Statical Stability) 和 动 稳 性 （Dynamical Stability）。 (4)按船舱破损与否可分为： 完整稳性（Intact Stability)和破舱稳性 （Damaged Stability）。
“稳性报告书”中查得。如无资料，
第三节 大倾角稳性

1．大倾角稳性基本概念 船舶在海上航行时，由于受风、浪作用而 发生大角度横倾比小角度横倾常见。大倾角稳 性是指船舶横倾角超过10°的大角度横倾时的 稳性。 研究初稳性时，由于其倾角很小，我们运 用 MR ＝ 9.81· △· GM· sinθ 公式使初稳性计算大大 简化。当倾角增大到超过 10°时，其水下部分 形状发生明显变化，倾斜轴不再通过初始水线 的漂心f，横稳心M也不再是定点，而是随横倾 角 θ 变化而变化。所以，在大倾角状态下不能 用初稳性高度GM来表征船舶大倾角稳性的大小， 大倾角稳性的大小仍然取决于复原力矩的大 小 。
二、船舶平衡状态 船舶的平衡状态取决于微倾前后两条浮力 作用线的交点M（Metacenter）（横稳心）的 位置与船舶重心点G的位置之间的相互关系。 1．稳定平衡 如图3-la）所示，横稳心M的位置位于船舶 重心点G的上方。船舶受倾侧力矩作用离开平 衡位置后，浮力作用线在外侧，重力作用线在 内侧，重力和浮力构成的力偶矩WR为正值， 即复原力矩，该复原力矩使船舶恢复到原平衡 位置。此时，船舶所处的平衡状态称为稳定平 衡状态（Stable）。


船舶在海上航行时，因受到风压力、 波浪冲击力等外力作用，使船体产生运 动。其中最主要的一种运动形式，就是 船舶的横摇，如果横摇幅度超过一定限 度，就可能导致船舶倾覆。因此，所有 船舶必须具有一种能抵抗风、浪等外力 作用，保证不致倾覆的能力，这就是本 章所要讨论的船舶稳性。
第一节船舶稳性基本概念

(2)干舷：在其他条件相同的情况下，船 舶干舷的大小对初稳性不产生影响，而 对大倾角稳性有影响。 (3 ）排水量：对于同一艘船舶，排水量 不同，其静稳性曲线也不同。因为排水 量不同时其形状稳性力臂值不同，所以 复原力臂也不同。 (4)船舶重心高度：同一艘船舶，在同一 排水量时，其装载方案不同，即船舶的 重心高度不同，则其重量稳性力臂不同， 所以复原力臂值也不同。


船舶稳性与航行安全有密切的关系， 为防止倾覆，首先要求船舶具有足够的 稳性。同时，稳性过大又会引起船舶剧 烈横摇，使人晕船，影响航海仪器的使 用等。因此，营运中应保证船舶具有适 度的稳性。稳性的大小与船体几何形状 有关，这是船舶设计建造问题。但是， 船舶稳性的大小也与载荷垂向分布状况 有关，这是在配积载工作中所要解决的 问题。

由此可知，当船舶在一定排水量下发生小 角度横倾时，复原力矩 MR 的大小与初稳性高 度 GM 成正比。所以，初稳性高度是衡量初稳 性大小的基本标志。要使船舶产生正的复原力 矩，必须使GM为正值，即重心G点在稳心M点 之下。 由图3-1可知： GM=KM-KG KM—船舶横稳心距基线高度（Transverse Metacentre above the Base Line），m，可以根 据平均吃水或排水量在静水力曲线图或静水力 参数表上查得. KG— 船 舶 重 心 距 基 线 高 度 （ Vertical Center of Gravity above Base Line），m。其值 与空船重心高度及载荷配置方案有关。
3.大倾角稳性计算 复原力矩的计算公式

利用稳性交叉曲线求取KN值 所谓稳性交叉曲线(Cross Curves of Stability)是船舶设计部门绘制的在一定 倾角下KN随排水体积变化的关系曲线。 利用公式计算KH值 KH=KG.sinθ

四、静稳性曲线
静稳性曲线（Curve of Statical Stability）是表示某一船舶在一定的排水 量和一定的重心高度时的复原力臂（或 复原力矩）与横倾角关系的曲线。对一 艘船舶，当排水量及重心高度不同时静 稳性图也就不同。 1．静稳性曲线图主要特征。

二、自由液面对初稳性高度的影响及计 算 船上各液体舱柜出现不满舱时，船舶 产生横倾，液体就会向船舶倾斜一侧移 动，此时液体表面称为自由液面（Free Surface）：舱内液体的流动，将使液体 的体积形状发生变化，液体的重心向倾 斜一侧移动，降低初稳性高度，影响船 舶安全。

通常自由液面对初稳性高度的影响减少值可从船舶

由图3-1得初稳性方程式： MR＝9. 81△· GZ=9.81△· GM· sineθ 式 中 ： MR 一 复 原 力 矩 （ Righting Moment），kN· m; △—排水量，t； θ—船舶横倾角度数， ° ； GZ— 静 稳 性 力 臂 （ Stability Lever）， 也称复原力臂，m; GM— 初 稳 性 高 度 （ Metacentric Height），m。

2．不稳定平衡状态 如图3-1 c）所示，横稳心M的位置位于船 舶重心点 G的下方。船舶受倾侧力矩作用离开 平衡位置后，浮力作用线在内侧，重力作用线 在外侧，重力和浮力构成的力偶矩 WR 为负值， 即倾覆力矩，该倾覆力矩使船舶继续倾斜。此 时，船舶所处的平衡状态称为不稳定平衡状态 （Un-stable）。 3．随遇平衡状态 如图 3-lb) 所示，横稳心 M 的位置与船舶重 心点G的位置重合。船舶受倾侧力矩作用离 开平衡位置后，重力作用线与浮力作用线在同 一条垂直线上，重力和浮力不构成力偶矩，复 原力矩 MR 为零。此时，船舶所处的平衡状态 为随遇平衡状态。

2．大倾角稳性与初稳性的主要区别 从大倾角稳性基本概念可知与初稳 性的区别为： (1) 大倾角横倾时，不再是等容斜倾， 倾斜轴不再通过初始水线面面积中心， 即漂心f ； (2)在同一排水量时，横稳心M是在随 横倾角θ变化而变化的曲线上； (3) 用静稳性力臂 GZ 作为衡量大倾角 稳性的基本标志。


由此可见，处于不稳定平衡状态的船舶， 在倾覆力矩作用下使船舶继续倾斜，最终导致 船舶发生倾覆；处于随遇平衡状态的船舶受外 力矩作用发生倾斜，当外力矩消失后，船舶因 复原力矩为零，不可能回至原平衡位置，且当 较长时间受到外力矩作用时，船舶的横倾角将 在一定范围内不断增大，最终仍有可能导致船 舶倾覆；只有处于稳定平衡状态的船舶，才具 有一定的抵抗外力矩能力，且当外力矩消失后， 在正的复原力矩作用下，使其自动回到原来的 平衡位置。因此，要保证船舶的安全，使船舶 具有一定的抵御风浪的能力，必须使船舶处于 稳定平衡状态，即保证船舶具有一定的稳性。

当舱内装载多票货物时，先用上述方 法求出最底层货物的重心高度，再求置 于第一层货物上面的货物与第一层货物 的合计体积中心，然后求出第二层货物 的体积中心（即其重心），接着按相同 方法可以求出第三层、第四层 …… 货物 的重心，最后根据各票货物的重心，即 可求得舱内所有货物的合重心。
3) 以合体积中心作为该舱货物的合重心 高度 在实际工作中，上述两种方法均嫌 麻烦，因此在杂货船上很少被采用。目 前绝大多数杂货船，均以舱内所装货物 的合体积中心作为该舱货物的合重心 （如果货物已满舱，则取舱容中心为货 物合重心）。使用这种方法所得的货物 重心显然与实际的重心高度有出入，但 因方法简便，而且所求得的GM值比实际 值为小，偏于安全，所以这种方法为广 大驾驶员所乐于采用。

根据装载货物所占的舱容，在下面 横坐标上找到相应的位置点，过该点作 一垂直于下面横轴的直线，交舱容曲线 于一点A，过A点作横轴的平行线，交纵 坐标轴，即可读得该货物表面距基线高 度。该平行线交容积中心距基线高度曲 线于B点，过B点向上作横轴的垂直线， 即可在上面的横坐标轴上读得该货物的 容积中心距基线高度。当所装货物为均 质货（即同一种货）时．该中心等于货 物的重心。

2.影响静稳性曲线的主要因素 静稳性曲线形状影响船舶稳性的主 要参数，而静稳性曲线的形状又受到有 关因素的影响，这些因素有： (1)船宽：其他条件相同的船舶，其船宽 不同，则静稳性曲线的形状也不同。因 为船宽增加，船舶的形状稳性力臂也增 大，复原力臂随之增大，但同时甲板浸 水角将减小。所以，船宽越大，其静稳 性曲线最高点的位置将在较小的横倾角 时出现。

求载荷的重心距基线的高度具体方法有 下述几种： 1)估算法 将装在同一舱内且积载因数相近、 位置相邻的货物合并起来视为一类货物， 然后分别估算各大类货物的重心距基线 高度。它与货物体积、舱内货堆高度、 货舱结构形式有关，可近似地加以确定。 船舶中部的舱室，货堆的重心可取为0.5 的货堆高度；在船首、船尾等部位的舱 室，货堆的重心高度可取货堆高度的 0.54一0.58。


2）利用舱容曲线图确定载荷重心高度 这种方法比较准确，但需要船舶具 有舱容曲线资料；。舱容曲线是一种船 舶资料（图3-2），每一货舱有一张曲线 图。其下面横坐标为货舱容积，纵坐标 为货堆表面距基线高度，上面横坐标为 容积中心距基线高度。图3-2上有两条曲 线，分别是舱容曲线和容积中心距基线 高度曲线。

(5) 自由液面：自由液面对船舶稳性的影 响相当于增大了船舶重心高度，因而， 自由液面的存在使静稳性曲线下降，最 大复原力臂和稳性消失角减小。 (6) 初始横倾：当船舶重心偏离中纵剖面 时，船舶会出现初始横倾角。初始横倾 角的存在同样会使静稳性曲线下降，最 大稳性力臂和稳性消失角减小。
第三章

船舶稳性
船舶稳性基本概念 初稳性 大倾角稳性 动稳性的概念 IMO及中国对稳性的要求 船舶稳性检验校核及适度判断 船舶稳性的调整

第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节
教学目标及基本要求： 弄清稳性与船舶安全的关系，确保在整个 航次中船舶具有适度稳性；理解船舶稳性若干 概念，熟练计算不同装载情况下的船舶稳性； 掌握不同条件的稳性调整方法及计算；弄懂船 舶静稳性曲线和动稳性曲线绘制方法；熟知 IMO 及中国完整稳性的基本要求。 重点： 船舶稳性的概念和分类，初稳性高度的计 算及其影响因素，我国和 IMO 稳性规范对船 舶稳性的要求和船舶稳性的校核、检验与调整 方法。 难点： 动稳性概念，在动稳性曲线上求取最小倾 覆力矩（臂）， IMO 横风横浪联合作用的倾 侧模型。