舰艇生命力 主讲人：郭君主讲人：郭君 船舶工程学院船舶工程学院 振动与冲击实验室振动与冲击实验室 第四讲第四讲 舰船的初稳性舰船的初稳性 ““浮性浮性””问题中问题中，，研究了舰艇在水中的平衡问题研究了舰艇在水中的平衡问题 舰艇在该平衡位置是否稳定呢舰艇在该平衡位置是否稳定呢？？ 在外力的作用下会不会翻掉在外力的作用下会不会翻掉？？ 新的平衡位置在哪里新的平衡位置在哪里？？ 要解决和回答这些问题就必须研究舰艇的另一个要解决和回答这些问题就必须研究舰艇的另一个 主要性能主要性能————稳性稳性 第四讲第四讲 舰船的初稳性舰船的初稳性 1 1））什么是舰艇的稳性什么是舰艇的稳性？？ 2 2））如何判断处于平衡位置的舰艇稳不稳如何判断处于平衡位置的舰艇稳不稳？？ 3 3））如何表示及计算舰艇的稳性如何表示及计算舰艇的稳性？？ 4 4））舰艇稳度的大小取决于哪些因素舰艇稳度的大小取决于哪些因素？？ 初稳性学习中要回答的四个问题初稳性学习中要回答的四个问题 第四讲第四讲 舰船的初稳性舰船的初稳性 一一、、稳性的一般概念：稳性的一般概念： 稳性即为稳定性稳性即为稳定性，，是指平衡物体在外界扰动下是指平衡物体在外界扰动下，， 偏离了平衡位置偏离了平衡位置，，当扰动消失后当扰动消失后，，能否重新回能否重新回 到原来平衡位置的能力到原来平衡位置的能力。
P D D′ P PP P P D D D′ D′ 稳定稳定 随遇随遇 不稳定不稳定 第四讲第四讲 舰船的初稳性舰船的初稳性 WL C 第四讲第四讲 舰船的初稳性舰船的初稳性 C 第四讲第四讲 舰船的初稳性舰船的初稳性 舰船的稳性的定义：舰船的稳性的定义： 处于初始平衡状态的舰船处于初始平衡状态的舰船，，在外界扰动作用下在外界扰动作用下，， 偏离了平衡位置偏离了平衡位置，，当扰动消失后当扰动消失后，，又能回复到又能回复到 初始平衡位置的能力初始平衡位置的能力，，叫做舰船的稳性叫做舰船的稳性 第四讲第四讲 舰船的初稳性舰船的初稳性 舰船的稳性的舰船的稳性的分类：分类： ⑴⑴按扰动按扰动（（偏离平衡位置偏离平衡位置））的方向分：的方向分： 横稳性：舰艇在横倾情况下的稳性横稳性：舰艇在横倾情况下的稳性 纵稳性：舰艇在纵倾情况下的稳性纵稳性：舰艇在纵倾情况下的稳性 z m L y o C W G r h Zg Zc 图2-4-7 z M H R G L W o C Zg Zc 图2-4-8 x 第四讲第四讲 舰船的初稳性舰船的初稳性 ⑵⑵按扰动按扰动（（偏离平衡位置偏离平衡位置））的大小分：初稳性和的大小分：初稳性和 大角稳性大角稳性，，初稳性初稳性（（θ≤θ≤15150 0）），，大角稳性大角稳性（（θ θ＞＞ 15150 0））。
第四讲第四讲 舰船的初稳性舰船的初稳性 二二、、舰船平衡稳定的条件舰船平衡稳定的条件 ⒈⒈等容倾斜等容倾斜 水线水线WLWL和水线和水线WW1 1L L1 1以下的排水容积是相等的以下的排水容积是相等的，， 或者说入水容积和出水容积是相等的或者说入水容积和出水容积是相等的不论是不论是 初稳性还是大角稳性都必须针对等容倾斜情况初稳性还是大角稳性都必须针对等容倾斜情况 来研究来研究 z m θ L K G W W C o y P C1 θ L1 1 第四讲第四讲 舰船的初稳性舰船的初稳性 m m 点是舰船作无限小等容倾斜时，浮力作用线点是舰船作无限小等容倾斜时，浮力作用线 与平衡位置的浮力作用线的交点与平衡位置的浮力作用线的交点m m 点称为横点称为横 稳定中心，简称横稳心稳定中心，简称横稳心 z m θ L K G W W C o y P C1 θ L1 1 第四讲第四讲 舰船的初稳性舰船的初稳性 2. 2.平衡稳定的条件平衡稳定的条件 情况一：重心不变，排水形状改变引起浮心情况一：重心不变，排水形状改变引起浮心 改变，在这种情况下舰艇的改变，在这种情况下舰艇的 WL WL 水线平衡位置水线平衡位置 是稳定的。
此时是稳定的此时 m m 点在重心点在重心 G G 之上 W1 W mθmθ C C1 θ G C P C1 Q L m L1 G W1 W m Q θ L L1 P 第四讲第四讲 舰船的初稳性舰船的初稳性 K C G m C1 Z m 第四讲第四讲 舰船的初稳性舰船的初稳性 情况二：条件基本同上，但由于装载不当，重心情况二：条件基本同上，但由于装载不当，重心 G G 处于不适当的过高的位置，此时处于不适当的过高的位置，此时 m m 点在重心点在重心 G G 之下这种情况下舰艇的原平衡位置是不稳之下这种情况下舰艇的原平衡位置是不稳 定的定的 W1 W mθmθ C C1 θ G C P C1 Q L m L1 G W1 W m Q θ L L1 P 第四讲第四讲 舰船的初稳性舰船的初稳性 CL K C G M M G C K C1 M G C K C1 M G C K C1 K C G m C1 m 第四讲第四讲 舰船的初稳性舰船的初稳性 舰艇是否稳定取决于三个参考点：舰艇是否稳定取决于三个参考点： 浮心浮心 C C 点点，， 重心重心 G G 点点，， 稳心稳心 m m 点点。
第四讲第四讲 舰船的初稳性舰船的初稳性 ①① m m 点在点在 G G 点之上，舰船平衡位置稳定点之上，舰船平衡位置稳定 ②② m m 点与点与 G G 点重合，舰船处于随遇平衡状态点重合，舰船处于随遇平衡状态 ③③ m m 点在点在 G G 点之下，舰船平衡位置不稳定点之下，舰船平衡位置不稳定 横向横向平衡稳定的条件平衡稳定的条件：纵稳心：纵稳心 m m 在重心在重心 G G 之上之上 M M 点称为纵稳定中心，简称纵稳心点称为纵稳定中心，简称纵稳心 纵向平衡稳定的条件纵向平衡稳定的条件：纵稳心：纵稳心 M M 在重心在重心 G G 之上 只有满足了此条件，才能保证舰艇在小角倾斜只有满足了此条件，才能保证舰艇在小角倾斜 后产生使其复原的扶正力矩后产生使其复原的扶正力矩 第四讲第四讲 舰船的初稳性舰船的初稳性 三三、、稳定中心高及其计算稳定中心高及其计算 1 1. .稳定中心高稳定中心高 （（1 1））定义：定义： 度量初稳度大小的一个量是稳心在重心以上的高度度量初稳度大小的一个量是稳心在重心以上的高度，， 称为稳定中心高称为稳定中心高，，通常以通常以 h h 表示表示。
稳定中心稳定中心 m m 在重在重 心心 G G 之上时之上时，，h h 为正；反之为正；反之，，h h 为负为负 横稳定中心高横稳定中心高 h h 稳定中心高分为稳定中心高分为 纵稳定中心高纵稳定中心高 H H 第四讲第四讲 舰船的初稳性舰船的初稳性 m m点点(M(M点点) )在在G G点之上点之上 稳定平衡状态稳定平衡状态 m m点点(M(M点点) )与与G G点重合点重合 随遇平衡状态随遇平衡状态 m m点点(M(M点点) )在在G G点之下点之下 不稳定平衡状态不稳定平衡状态 舰艇的稳定平衡条件可以表述为：舰艇的稳定平衡条件可以表述为： 只要稳定中心高只要稳定中心高 ，，则舰艇的己知则舰艇的己知 平衡位置是稳定的平衡位置是稳定的 0)(Hh 0)(Hh 0)(Hh 0)(Hh 第四讲第四讲 舰船的初稳性舰船的初稳性 （（2 2））稳定中心高的计算公式：稳定中心高的计算公式： 当舰船处于正直状态时当舰船处于正直状态时，，稳定中心高为：稳定中心高为： h h = = ZcZc + + r r –– ZgZg H=H= ZcZc + + R R –– ZgZg ZcZc-- --浮心竖坐标浮心竖坐标 ZgZg-- --重心竖坐标重心竖坐标 r r-- --横定中心半径横定中心半径 R R-- --纵稳定中心半径纵稳定中心半径 第四讲第四讲 舰船的初稳性舰船的初稳性 z m L y o C W G r h Zg Zc 图2-4-7 h = h = Z Zc c + r + r – – Z Zg g 第四讲第四讲 舰船的初稳性舰船的初稳性 z M H R G L W o C Zg Zc 图2-4-8 x H= H= Z Zc c + R + R – – Z Zg g 第四讲第四讲 舰船的初稳性舰船的初稳性 已知稳定中心半径已知稳定中心半径 r r 和和 R R 稳定中心高稳定中心高 h h 和和 H H 那如何计算稳定中心半径那如何计算稳定中心半径 r r 和和 R R 呢？呢？ ⒉⒉ 稳定中心半径稳定中心半径 r r 和和 R R （单位为米）（单位为米） 横稳定中心半径：横稳定中心半径： 纵稳定中心半径：纵稳定中心半径： 式中式中: V : V ——舰艇的容积排水量；舰艇的容积排水量； Ix Ix ——水线面面积对纵向中心轴水线面面积对纵向中心轴 x x 轴的惯性矩；轴的惯性矩； IyfIyf ——水线面面积对横向中心轴水线面面积对横向中心轴 y yf f轴的惯性矩。
轴的惯性矩 Ix , Iyf 静水力曲线图静水力曲线图 x I r V yf I R V 第四讲第四讲 舰船的初稳性舰船的初稳性 3. 3.利用不沉性文件计算稳定中心高利用不沉性文件计算稳定中心高 舰 种 横稳心高 舰 种 横稳心高 重巡洋舰 0.8~2.7 扫 雷 舰 0.7~0.9 轻巡洋舰 1.0~2.0 猎 潜 艇 0.6~0.7 驱 逐 舰 0.7~1.1 巡 逻 艇 0.5~0.8 护 卫 舰 0.56~1.0 导 弹 艇 0.9~1.5 第四讲第四讲 舰船的初稳性舰船的初稳性 4 4. .利用舰艇摇摆周期利用舰艇摇摆周期（（τ τ））计算横稳定中心高计算横稳定中心高 舰船横摇周期舰船横摇周期τ τ与横稳定中心高与横稳定中心高 h h 有关：有关： 式中式中 : : τ τ —— 横摇周期横摇周期（（秒秒））；； B B —— 舰船宽度舰船宽度（（米米））；； C C —— 横摇周期系数横摇周期系数，，与船形和重量分布与船形和重量分布 有关；一般舰船有关；一般舰船，，C C ＝＝0 0. .7575～～0 0. .8 8；； h h —— 横稳定中心高横稳定中心高（（米米））。
2 CB h h BC 第四讲第四讲 舰船的初稳性舰船的初稳性 h h 愈大愈大 τ τ 愈小愈小，，h h 愈小愈小 τ τ 愈大愈大 从舰舶不沉性角度看从舰舶不沉性角度看，，横稳定中心高愈大愈安全横稳定中心高愈大愈安全，，但但 h h 过大必然使横摇周期过大必然使横摇周期 τ τ 变小变小τ τ 愈小舰船摇摆得愈快愈小舰船摇摆得愈快，， 这对武器瞄准和射击这对武器瞄准和射击、、对舰员的工作和生活等方面都带对舰员的工作和生活等方面都带 来了不利来了不利，，因此因此 h h 也不能过大也不能过大 第四讲第四讲 舰船的初稳性舰船的初稳性 5 5. .几点说明：几点说明： ( (1 1) ) H H h h ( ( IyfIyf IxIx →→ R R r r ) ); ; (2) H (2) H ，，h h。