潜艇原理第三讲-潜艇的浮性

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1、第二章第二章 潜艇的浮性潜艇的浮性 潜艇在一定的装载状态下，能够在水面漂浮于一定的潜艇在一定的装载状态下，能够在水面漂浮于一定的 水线位置或悬浮于不超过极限深度的水下某一深度的水线位置或悬浮于不超过极限深度的水下某一深度的 能力称为潜艇的浮性。能力称为潜艇的浮性。 潜艇上浮和下潜的原理；潜艇上浮和下潜的原理； 潜艇的平衡方程；潜艇的平衡方程； 潜艇浮性计算的相关公式和方法；潜艇浮性计算的相关公式和方法； 潜艇的均衡。潜艇的均衡。 2.1 潜艇上浮和下潜的原理潜艇上浮和下潜的原理 作用在潜艇上的力作用在潜艇上的力 HEU AUVLAB 2.2 潜艇的平衡方程潜艇的平衡方程 潜艇在水面状态的平衡方

2、程潜艇在水面状态的平衡方程 HEU AUVLAB o x z B G WL y z WL . . B G . o zB zG xB =xG w W 水面水面 0 GB GB Wgg xx yy 2.2 潜艇的平衡方程潜艇的平衡方程 潜艇无横倾，有纵倾状态的平衡方程潜艇无横倾，有纵倾状态的平衡方程 HEU AUVLAB o x z B G W L W1 L1 xG zG xB zB y z WL . . B G o zB zG w W 水面水面 ()tg 0 BGGB GB Wg xxzz yy 2.2 潜艇的平衡方程潜艇的平衡方程 潜艇有横倾，无纵倾状态的平衡方程潜艇有横倾，无纵倾状态的平衡方

3、程 HEU AUVLAB z W L . B G o zB zG y yG yB o x z B G WL . xB =xG w W 水面水面 ()tg BGGB GB Wg yyzz xx 2.2 潜艇的平衡方程潜艇的平衡方程 潜艇处于任意状态的平衡方程潜艇处于任意状态的平衡方程 HEU AUVLAB ()tg ()tg BGGB BGGB Wg xxzz yyzz 水面水面 2.2 潜艇的平衡方程潜艇的平衡方程 潜艇处于任意状态的平衡方程潜艇处于任意状态的平衡方程 HEU AUVLAB o x z B G W L W1 L1 xG zG xB zB z W L . B G o zB zG

4、y yG yB w W 水面水面 2.2 潜艇的平衡方程潜艇的平衡方程 由潜艇在水面的四种浮态的平衡方程可以看出由潜艇在水面的四种浮态的平衡方程可以看出，潜艇潜艇 在水面状态时在水面状态时，如重力大于浮力如重力大于浮力，则艇体会自动下沉则艇体会自动下沉， 水线升高水线升高，浮力增大浮力增大，达到新的平衡状态；反之达到新的平衡状态；反之，如如 重力小于浮力重力小于浮力，则艇体会自动上浮则艇体会自动上浮，水线降低水线降低，浮力浮力 减小减小，同样可达到新的平衡状态同样可达到新的平衡状态。另一方面另一方面，如重心如重心 和浮心不在同一铅垂线上和浮心不在同一铅垂线上，潜艇会自动调整漂浮的状潜艇会自动调

5、整漂浮的状 态态，改变排水体积的形状改变排水体积的形状，使浮心移动到重力的作用使浮心移动到重力的作用 线上线上，达到新的平衡达到新的平衡，所以所以，在水面时潜艇在一定范在水面时潜艇在一定范 围内具有自动调整平衡状态的能力围内具有自动调整平衡状态的能力。 HEU AUVLAB 水面水面 水面时，水面时，G不变，不变，B位置改变位置改变 潜艇下潜过程中重心、浮心相对位置的变化潜艇下潜过程中重心、浮心相对位置的变化 2.2 潜艇的平衡方程潜艇的平衡方程 正浮状态正浮状态 HEU AUVLAB 水下水下 0 GB GB Wg xx yy 2.2 潜艇的平衡方程潜艇的平衡方程 纵倾状态纵倾状态 HEU

6、AUVLAB 水下水下 o x z B G xG zG xB zB w W ()tg 0 GBBG GB Wg xxzz yy 2.2 潜艇的平衡方程潜艇的平衡方程 横倾状态横倾状态 HEU AUVLAB 水下水下 ()tg GBBG GB Wg yyzz xx 2.2 潜艇的平衡方程潜艇的平衡方程 任意状态任意状态 HEU AUVLAB o x z B G xG zG xB zB w W z B G o zB zG y yG w W 水下水下 ()tg ()tg GBBG GBBG Wg yyzz xxxx 2.2 潜艇的平衡方程潜艇的平衡方程 HEU AUVLAB 水下水下 水下状态的潜艇

7、不具备自行调整平衡的能力，因此水下状态的潜艇不具备自行调整平衡的能力，因此 当潜艇在水下受到的重力当潜艇在水下受到的重力/浮力有变化时会导致平衡状浮力有变化时会导致平衡状 态的破坏，从而引起潜艇的下潜或者上浮。潜艇在水态的破坏，从而引起潜艇的下潜或者上浮。潜艇在水 下时必须人为地进行某种调整，使得潜艇达到新的平下时必须人为地进行某种调整，使得潜艇达到新的平 衡状态，这种调整的过程称之为潜艇的均衡。衡状态，这种调整的过程称之为潜艇的均衡。 2.2 潜艇的平衡方程潜艇的平衡方程 如果把这些水当成是增加的重量，则潜艇水下如果把这些水当成是增加的重量，则潜艇水下 平衡方程式可以写成平衡方程式可以写成

8、HEU AUVLAB 增加重量法增加重量法 GB GB gvg xx yy 2.2 潜艇的平衡方程潜艇的平衡方程 HEU AUVLAB 损失浮力法损失浮力法 0 0 0 GB GB Wg xx yy 2.2 潜艇的平衡方程潜艇的平衡方程 潜艇的储备浮力和剩余浮力潜艇的储备浮力和剩余浮力 HEU AUVLAB ii vipi xvgxPM 0 ii ii ii Pv pv Wg v xx yy 2.2 潜艇的平衡方程潜艇的平衡方程 潜艇的储备浮力和剩余浮力潜艇的储备浮力和剩余浮力 HEU AUVLAB 潜艇在设计水线以上所有的水密艇潜艇在设计水线以上所有的水密艇 体的体积就称为潜艇的储备浮容体的

9、体积就称为潜艇的储备浮容 积，它所能提供的浮力称为潜艇的积，它所能提供的浮力称为潜艇的 储备浮力。储备浮力。 储备浮力标志着潜艇的抗沉能力。储备浮力标志着潜艇的抗沉能力。 2.2 潜艇的平衡方程潜艇的平衡方程 保证潜艇正浮下潜和上浮保证潜艇正浮下潜和上浮 HEU AUVLAB 0 ii ii ii Pv pv Wg v xx yy 2.2 潜艇的平衡方程潜艇的平衡方程 1）对于潜艇来说，必须满足水下平衡条件）对于潜艇来说，必须满足水下平衡条件 潜艇的水上平衡总是能够得到满足的。潜艇的主压载潜艇的水上平衡总是能够得到满足的。潜艇的主压载 水舱虽然用来实现潜艇的上浮和下潜，但是它的大小水舱虽然用来

10、实现潜艇的上浮和下潜，但是它的大小 对于水下平衡没有影响；对于水下平衡没有影响； 2）潜艇的主压载水舱的大小直接影响到潜艇的水下排）潜艇的主压载水舱的大小直接影响到潜艇的水下排 水量大小。此外，还直接决定了储备浮力的大小。水量大小。此外，还直接决定了储备浮力的大小。 3）处于水下正浮状态的潜艇，必须同时满足处于水下正浮状态的潜艇，必须同时满足： 潜艇水下平衡的特点潜艇水下平衡的特点 0 gW 0 gW 00 , GBGB xxyy 2.2 潜艇的平衡方程潜艇的平衡方程 4）设计潜艇的时候设计潜艇的时候，首先应该确定潜艇的总重量首先应该确定潜艇的总重量，并使并使 固定浮容积与总重量的关系满足公式

11、固定浮容积与总重量的关系满足公式（2-10）。还应还应 该考虑该考虑和和容积形心在同一铅垂线上容积形心在同一铅垂线上 潜艇水下平衡的特点潜艇水下平衡的特点 HEU AUVLAB v 0 0 0 GB GB Wg xx yy （2-10） 2.2 潜艇的平衡方程潜艇的平衡方程 4）设计潜艇的时候设计潜艇的时候，首先应该确定潜艇的总重量首先应该确定潜艇的总重量，并使并使 固定浮容积与总重量的关系满足公式固定浮容积与总重量的关系满足公式（2-10）。还应还应 该考虑该考虑和和容积形心在同一铅垂线上容积形心在同一铅垂线上 潜艇水下平衡的特点潜艇水下平衡的特点 HEU AUVLAB v 0 0 0 GB

12、 GB Wg xx yy （2-10） 2.3 潜艇的重量和重心坐标的计算潜艇的重量和重心坐标的计算 -0.0354 61.44 2.17482- 质量 质量X XG 001971. 0 61.44 0.1211 质量 质量Y YG 011796963. 0 61.44 0.7248054 质量 质量Z ZG 重量=重量=61.44 kg 重心： m=35.40mm m1.97mm m11.80mm 重量、重心计算重量、重心计算 2.3 潜艇的重量和重心坐标的计算潜艇的重量和重心坐标的计算 总排水量、浮心以及转动惯量计算总排水量、浮心以及转动惯量计算 92.16 8575950656.4 .5

13、911285820822 浮力 浮力X X c -0.22 8575950656.4 16803752- 浮力 浮力Y YC -4.65 8575950656.4 05353485024.- 浮力 浮力Z Zc 浮力=浮力=75.95 kg 储备浮力=浮力-重量=75.95 kg-61.44 kg=14.51kg 浮心： mm mm mm 2.3 潜艇的重量和重心坐标的计算潜艇的重量和重心坐标的计算 总排水量、浮心以及转动惯量计算总排水量、浮心以及转动惯量计算 45.16)65. 4(80.11GMGM BGL ZZ 48.18)92.16(40.35 BG XXX 18. 2)22. 0(9

14、7. 1 BG YYY mm mm mm 稳心高： 重心与浮心偏差： 重心与浮心偏差很小。可通过压载微调。 2.4 潜艇的排水体积和浮心坐标的计算潜艇的排水体积和浮心坐标的计算 1、梯形法梯形法 x y y1 y0 y2 y3 y4 ynyn-1yn-2 o L 0 01 1 2 nn ni ii L Al yyyy n )( 2 1 0n yy 其中： 2.4 潜艇的排水体积和浮心坐标的计算潜艇的排水体积和浮心坐标的计算 2、辛普生法、辛普生法 nn L yyyyyy n L ydxA 13210 0 4424 3 其中：其中：y坐标的数量应为奇数坐标的数量应为奇数, 即底边划分间距的数目即底边划分间距的数目n需为偶数。需为偶数。 2.4 潜艇的排水体积和浮心坐标的计算潜艇的排水体积和浮心坐标的计算 3、乞贝雪夫法、乞贝雪夫法 nnn L yyyyCydxA