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1、海上货物运输海上货物运输第第3章章 保证船舶适度的稳性保证船舶适度的稳性稳性很重要Safety First31船舶稳性的基本概念船舶稳性的基本概念一、船舶的静平衡状态一、船舶的静平衡状态稳定平衡状态：稳定平衡状态：（StableEquilibrium)：船舶稳心船舶稳心M在重心在重心G之之上，上，GM0。船舶倾斜。船舶倾斜后重力后重力W与浮力与浮力构成构成的稳性力矩能使船舶恢的稳性力矩能使船舶恢复到初始平衡状态。复到初始平衡状态。一、船舶的静平衡状态一、船舶的静平衡状态随遇平衡状态随遇平衡状态（Neutralequilibrium)：船舶稳心船舶稳心M与重心与重心G重合，重合，GM=0。船舶倾
2、斜后重力。船舶倾斜后重力W与浮力与浮力所构成的稳性所构成的稳性力矩不能使船舶恢复到力矩不能使船舶恢复到初始平衡状态初始平衡状态一、船舶的静平衡状态一、船舶的静平衡状态不稳定平衡状态不稳定平衡状态（Unstableequilibrium)船舶稳心船舶稳心M在重心在重心G之下，之下，GM0。船舶倾斜后重力。船舶倾斜后重力W与浮力与浮力所构成的稳性所构成的稳性力矩能使船舶继续倾斜。力矩能使船舶继续倾斜。二、稳性及其分类二、稳性及其分类稳性及其分类稳性及其分类1）稳性（）稳性（stability）：）：船舶在外力矩(The External moment)作用下发生倾斜，当外力消除后能自行恢复初始平衡
3、位置的能力。2）物理意义：）物理意义：船舶倾斜后具有复原力矩(righting moment) 或力臂(righting arm ）。二、稳性及其分类二、稳性及其分类3）分类：）分类：按倾斜方向：按倾斜方向：横稳性（Transverse stability）纵稳性（Longitudinal stability）按倾斜角大小：按倾斜角大小：初稳性（initial stability ）大倾角稳性(Stability at large angles) 稳性及其分类稳性及其分类按受力性质：按受力性质：静稳性（statical stability ）动稳性（Dynamical stability）按船
4、舱是否破损：按船舱是否破损：完整稳性（Intact stability）破舱稳性（Damaged stability） 32初稳性初稳性一、初稳性的基本标志一、初稳性的基本标志静稳性：船舶受静态外力矩的作用，不计及倾斜角速度。复原力矩 MS=9.81GZ (KNm)GZ为复原力臂MS 与、KG、 有关 32初稳性初稳性32初稳性初稳性初稳性初稳性船舶倾角船舶倾角1015或上甲板边缘开始入水或上甲板边缘开始入水前的稳性前的稳性1）特征：）特征：倾斜轴过正浮时漂心倾斜轴过正浮时漂心稳心稳心M为定点，为定点，BM（r）为定值）为定值32初稳性初稳性2）相关概念：）相关概念：浮心、稳心（initial
5、 metacenter)漂心、稳性半径3）初稳性的表示方法）初稳性的表示方法初稳性方程： MS = 9.81GZ = 9.81GMsin衡量标志：GM影响初稳性因素： 、 GM MS32初稳性初稳性二、二、GM的表达式的表达式GM = KB+BMKGGMf = KMKGGMf h = Zb + r ZgGMf r = Ix / V初稳性高度初稳性高度GM值的计算值的计算三、三、GM的求取的求取GM = KB+BMKGGMf = KMKGGMf KM:查静水力资料初稳性高度初稳性高度GM值的计算值的计算KG:KG的计算载荷载荷Pi 重心距基线高重心距基线高Zi 的确定的确定a.计算法：按计算法：
6、按SF归类归类求近似货堆高 计算各货重心高： 平行中体: 0.5Hc 首尾：0.540.58Hc KG的计算b.舱容曲线：舱容曲线：纵：货堆表面距基线高 下横：舱容 上横：容积中心距基线高 应用： 根据货堆表面高度求货物所占舱容和货物重心距基线高；b.舱容曲线舱容曲线KGc.取舱内货物体积中心。 d.取舱容中心，实用，偏于安全MS= gGZ kN*mMS = GZ 9.81 kN*mGM经验值四、自由液面对四、自由液面对GM值的影响值的影响自由液面的影响： GZ减小 GM下降四、自由液面对四、自由液面对GM值的影响值的影响GMf的计算（的计算（FreeSurfaceCorrection）:GM
7、=-Freesurfacemoment Ixi液舱自由液面的面积对横倾轴的惯性矩液舱自由液面的面积对横倾轴的惯性矩（m4）查资料查资料 或：A、具有折点且液面对称的舱（柜） 矩形：等腰三角形：ix与液面宽的三次方成正比 b1b2l四、自由液面对四、自由液面对GM值的影响值的影响四、自由液面对四、自由液面对GM值的影响值的影响B、具有折点且液面不对称的舱（柜）直角三角形：ix= lb3直角梯形：原式 ix与液面宽的三次方成正比 C、无折点且液面对称 液化气船的液舱为球形、圆柱形或椭圆形 ix= lb3l、b分别为液面最大长度和最大宽度。四、自由液面对四、自由液面对GM值的影响值的影响四、自由液面
8、对四、自由液面对GM值的影响值的影响3.GM表达式：GM= KB+BMKGGMf = KMKGGMfa.结构措施结构措施矩形液舱宽矩形液舱宽b,分为分为n个等分个等分 ixn=ix/n2 b.营运措施：营运措施：装满排空装满排空排水通畅排水通畅 4.减小自由液面影响的措施减小自由液面影响的措施b结构措施(a)未隔舱(b) 分隔为两个相等液舱分隔为两个相等液舱后，自由液面效应将会减少至原来数值之四分之一。(c) 分隔为三个相等液舱分隔为两个相等液舱后，自由液面效应将会减少至原来数值之九分之一。因此，当自由液面效应产生时可以下式说明:其中n为所隔相等液舱数量。若当分隔为四个相等液舱时，所减少的自由
9、液面效应为十六分之一。一、载荷移动：一、载荷移动：少量少量P条件：条件：Pi0.11.载荷水平横移载荷水平横移tg= py/GM =p（y2-y1）/GM3-3 3-3 载荷变动对稳性的影响及计算载荷变动对稳性的影响及计算3-3 3-3 载荷变动对稳性的影响及计算载荷变动对稳性的影响及计算2.载荷垂移：载荷垂移：假设假设KM不变不变GM = - KG = - P（Z2 - Z1）/ = P（Z1-Z2）/ = PZ/ 3-3 3-3 载荷变动对稳性的影响及计算载荷变动对稳性的影响及计算二、重量增减1.大量增减2.少量增减GM = -KG = - GoG = - = - 多票：GM = 单票：3
10、-3载荷变动对稳性的影响及计算载荷变动对稳性的影响及计算三、货物悬挂 m 虚重心3-4大倾角稳性大倾角稳性一、大倾角稳性的基本概念大倾角稳性的基本概念1）区别： 横倾轴不过正浮时漂心 M点不为定点 B点轨迹不是固定半径和圆心的圆弧 2大倾角稳性大倾角稳性2）大倾角稳性的基本标志）大倾角稳性的基本标志GZMR=9.81GZ一定时：一定时：GZ MR 2大倾角稳性大倾角稳性3）GZ值的计算值的计算基点法：基点法：GZ=KN-KHKH重量稳性力臂重量稳性力臂KH=KGsin，与，与KG，有关有关KN形状稳性力臂，与形状稳性力臂，与，有关有关,由稳性交叉曲线由稳性交叉曲线查取查取3）GZ值的计算值的计
11、算稳性交叉曲线稳性交叉曲线(CrossCurvesofStability)：横坐标：横坐标：型排水体积型排水体积V或或纵坐标：纵坐标：KN（或（或lf）;1080法一：法一：GZ=KN-KH3）GZ值的计算值的计算KGA假定重心高度假定重心高度GAZA假定重心高度处复假定重心高度处复原力臂值，查稳性交叉曲线原力臂值，查稳性交叉曲线将假定重心处的将假定重心处的GAZA修正到实修正到实际重心处的际重心处的GZ假定重心法：假定重心法：GZ=GAZA+（KGA-KG）sinGZ=GAZA+（KGA-KG）sin2大倾角稳性大倾角稳性4）自由液面对大倾角稳性修正）自由液面对大倾角稳性修正特点：自由液面倾
12、侧力矩（力臂）随而变方法直接利用自由液面倾侧力矩关系资料修正（大倾角的自由液面修正力矩Mfs） GZ= Mfs各舱自由液面修正力矩代数（KN.m）4）自由液面对大倾角稳性修正）自由液面对大倾角稳性修正方法修正重心高度（通过对初稳性进行修正）将自由液面对初稳性高度的修正值看作船舶重心升高GMf =-KG= （KG-KGo）KG=KGo+GMfGZ=KN KGsin =KN (KGo+GMf)sin 4）自由液面对大倾角稳性修正）自由液面对大倾角稳性修正复原力臂值减少：GZ=GMf sin(重量稳性力臂增加) (m)此法未考虑自由液面对横倾轴惯性矩变化。2大倾角稳性大倾角稳性5)静稳性曲线静稳性曲
13、线(CurveofIntactStaticalStabilityorRightingArmCurve)一定情况下，MR或GZ（lR）与关系曲线5)静稳性曲线静稳性曲线（1）绘制步骤：）绘制步骤：计算计算KG和和据据在稳性横交曲线上查取各在稳性横交曲线上查取各（1080）下）下KN值。值。计算各计算各的的sin值值计算计算KH=KGsin计算计算GZ（lR）=KN-KH或或计算计算MR=9.81GZ标连各点标连各点复原力臂和复原力矩数值计算表 010203040506070KN(m)01.60 3.25 4.62 5.78 6.50 7.09 7.45 sin00.17 0.34 0.50 0.
14、64 0.77 0.87 0.94 KH(m)01.40 2.76 4.03 5.19 6.18 6.99 7.58 GZ(m)00.20 0.49 0.59 0.59 0.32 0.10 -0.13 MRkNm036365 89678 107087 108497 58215 18521 -24405 MRtm03707 9141 10916 11060 5934 1888 -2488 静稳性曲线计算5)静稳性曲线静稳性曲线Positive StabilityNegative StabilityNeutral Stability5)静稳性曲线静稳性曲线（2）静稳性曲线的特性）静稳性曲线的特性特
15、征值：GM、GZmax smax v （2）静稳性曲线的特性）静稳性曲线的特性静倾角（静平衡角）静倾角（静平衡角）S MR=Mh(外力)（2）静稳性曲线的特性）静稳性曲线的特性MaximumRightingArm(GZmax)或或MaximumRightingmoment(Mrmax)静稳性曲线纵坐标的最大值（2）静稳性曲线的特性）静稳性曲线的特性MRmax或或GZmax对应角对应角smax(极限静倾角, Angle of GZmax ) （2）静稳性曲线的特性）静稳性曲线的特性稳性消失角稳性消失角(Capsizingangle)v静稳性曲线x横轴交点对应角 稳性范围(Range of Sta
16、bility) ：0v（2）静稳性曲线的特性）静稳性曲线的特性甲板浸水角甲板浸水角im原点到最高点水反曲点，im后GZ增长减缓（2）静稳性曲线的特性）静稳性曲线的特性GM值值GZ曲线在原点处的切线斜率 GZ|=0=GMcos|=0=GMa.作原点处曲线的切线b.=1rad(57.3)处作轴垂线交切线于C点c.GM=DC DC（2）静稳性曲线的特性）静稳性曲线的特性=30对应的复原力臂对应的复原力臂GZ|=30静态外力矩作用所出现的最大横倾角30GZ|=30 可用以表征船舶的大倾角稳性5)静稳性曲线静稳性曲线(3)影响静稳性曲线的主要因素：影响静稳性曲线的主要因素：B： GZmax f、smax
17、、v (3)影响静稳性曲线的主要因素影响静稳性曲线的主要因素F(D): GZmaxsmaxvf 曲线在甲板入水角之后有区别F(D)对初稳性无影响大倾角稳性随F而变好 (3)影响静稳性曲线的主要因素影响静稳性曲线的主要因素KG GZ (3)影响静稳性曲线的主要因素影响静稳性曲线的主要因素 KN GZ 但但MR随随 而增加而增加自由液面自由液面Ix：大倾角稳性的：大倾角稳性的Ix随随的增大而变大的增大而变大35动稳性动稳性一、动平衡及动倾角一、动平衡及动倾角动稳性：动稳性：船舶在外力矩的动力作用下表现的稳性，船舶在外力矩的动力作用下表现的稳性，考虑横摇惯性矩（或角加速度）。考虑横摇惯性矩（或角加速
18、度）。动平衡过程分析动平衡过程分析35动稳性动稳性动平衡：动平衡：Wh(横倾力矩作功横倾力矩作功)=WS（复原力矩作功）（复原力矩作功）Wh=WR=二二.动稳性的基本标志动稳性的基本标志动稳性的表示方法动稳性的表示方法的右边边界线以内，的右边边界线以内，MS或或lS曲线下面积，曲线下面积，即：即：1）动稳性力矩函数）动稳性力矩函数WS() WS()= (KN.m.rad) 二二.动稳性的基本标志动稳性的基本标志2)动稳性力臂函数动稳性力臂函数ld()ld()= 三、最小倾覆力矩三、最小倾覆力矩1.基本概念基本概念SOME=SEFN时对应的倾覆力矩（Mh）Mhmin与船舶装载状态有关比较：s s
19、max dmax(极限动倾角) Fsm三、最小倾覆力矩三、最小倾覆力矩Mh 30至少25二、二、IMO对船舶稳性的要求对船舶稳性的要求7天气衡准（船长LBP24m的船舶）图中面积ba7天气衡准天气衡准lw1稳定风压力臂0lw1对应静倾角lw2突风力臂 lw2=1.5lw12=min(f,50,c)clw2为GZ曲线第二个交点7天气衡准天气衡准Mw1=Pw.Aw.Zw (KN.m)lw1=Mw1/9.81.Lw1 Aw面积中心到吃水一半处的垂直距离3 3 保证船舶适度的稳性保证船舶适度的稳性第三节第三节船舶稳性的校核与检验船舶稳性的校核与检验一、船舶稳性的校核一、船舶稳性的校核1.船舶船舶稳性报
20、告书稳性报告书(Stabilityreport)：船舶设计或建造部门负责向船舶提供经船检部门(船级社）核准的船舶稳性报告书或船舶装载手册或稳性计算资料。一、船舶稳性的校核一、船舶稳性的校核法定规则法定规则规定的报告书或手册的主要内容规定的报告书或手册的主要内容1)船舶主要参数;2)基本装载情况稳性总结表;3)主要使用说明;4)各类基本装载情况稳性计算;5)液体舱自由液面惯性矩表及对初稳性高度修正的说明,6)进水点位置和进水角曲线,7)许用重心高度曲线图或最小许用初稳性高度曲线图。 船舶船舶稳性报告书稳性报告书另外还包括：另外还包括：船舶静水力参数、各类舱舱容及其中心位置、风压倾侧力臂、稳性横交
21、参数,邦金曲线等资料形式的曲线图或数据表。一、船舶稳性的校核一、船舶稳性的校核完整的校核过程通常包括两方面完整的校核过程通常包括两方面l)对稳性最低要求的校核对稳性最低要求的校核 应选择在每一离到港航段中对稳性最不利的装载状态,以保证船舶在整个航段的任一时刻,其完整稳性的全部要求均能同时满足。l)对稳性最低要求的校核对稳性最低要求的校核稳性的校核通常有三种方法：稳性的校核通常有三种方法：（1）比对基本装载状态 当船舶选定的核算装载状态与稳性报告书中某一基本装载状况相同或更好，可免于校核。l)对稳性最低要求的校核对稳性最低要求的校核（2）利用）利用KGc或或GMc 当船舶提供有“许用重心高度KG
22、c曲线图或最小许用初稳性高度GMc曲线图时,经自由液面修正后的KG必或GM必须满足： GMGMc+Ch 或 KGKGc- Ch(3)缺少缺少KGc或或GMc资料时，按相关衡准要求资料时，按相关衡准要求逐项校核逐项校核一、船舶稳性的校核一、船舶稳性的校核2)对船舶横摇周期的校核对船舶横摇周期的校核航行中的船舶,在满足对其完整稳性最低要求的前提下,所核算装载状态下未经自由液面修正的GM0应满足:（m）T 20 s 稳性过小。一、船舶稳性的校核一、船舶稳性的校核3.保证船舶稳性的经验方法保证船舶稳性的经验方法驾驶人员应总结特定船舶,在不同排水量条件下,各层舱集装箱船为舱内和舱面)之间货物重量的合理地
23、分配比例。对于具有两层舱的近海和远洋的万吨级货船的经验数据,接近满载时： 无甲板货： 二层舱约35%,底舱的装货重量占约65%.3.保证船舶稳性的经验方法保证船舶稳性的经验方法有甲板货：甲板货重量不超过10%,甲板货的堆高一般不得超过船宽的1/51/6。二层舱加甲板上的装货重量之和占约35%,底舱仍占约65%。第三节第三节船舶稳性的校核与检验船舶稳性的校核与检验二、船舶初稳性高度的检验二、船舶初稳性高度的检验驾驶人员应当利用各种条件,进行实船的初稳性高度的检验。1.航行中的检验方法船舶横摇周期：是指船舶横摇一个全摆程（四个摆幅)所需的时间(s)。影响因素：船舶的自摇周期、舷外水的阻尼力矩、波浪
24、等扰动外力矩、船舶液体舱内未满舱的液体自摇周期的影响等有关。营运船舶通常使用船舶自摇周期的计算公式来粗略地计算其横摇周期。1.航行中的检验方法航行中的检验方法我国法定规则中提供的横摇周期(自摇周期与GM0的关系式为： （s）式中:f按船宽吃水比B/d值，查表求得的系数;B船舶型宽m),d所核算装载下的型吃水(m)KG。所核算装载下船舶重心距基线高度(m)GM。所核算装载下船舶未经自由液面修正的初稳性高度(m)。 1.航行中的检验方法航行中的检验方法实用中也常用下列公式：实用中也常用下列公式：式中:f-横摇周期系数,其值与船舶大小、形状及重量分布等因素有关。对一般货船, f = 0.70.8。1
25、.航行中的检验方法航行中的检验方法船舶的稳性报告书也提供有横摇周期与GM。的关系曲线图（横摇曲线)数据表。二、船舶初稳性高度的检验二、船舶初稳性高度的检验2.停泊时的检验方法停泊时的检验方法船舶在停泊时检验初稳性高度的基本原理与船舶倾斜试验的原理相同.设船舶的排水量为 ,处于无横倾状态时,将船上重物P横向移动距离Y，船舶产生横倾角，有： PY=GMtan GM=PY/tan (m) 二、船舶初稳性高度的检验二、船舶初稳性高度的检验3.稳性不足的征兆稳性不足的征兆船舶受较小的外力矩作用,会发生明显的横倾, 倾斜过程相对缓慢。通常作用于船舶的较小横向外力矩有: 船舶吊杆向一侧移动；受较小的横风吹袭
26、；一次较大舵角的操作；拖轮在一侧有横向分力的拖带；船舶在一舷油水消耗或打排压载水稍有左右不均衡等。二、船舶初稳性高度的检验二、船舶初稳性高度的检验4、措施、措施避免操舵角度过大,调整航向减少船舶横倾角度,并应迅速查明原因。其他可能采取的措施包括： 注满或排尽自由液面影响大的液舱内液体。4、措施、措施在舱位较低、自由液面影响小的液舱注入压载水；将较高舱位液体或货物移至较低舱位；进入就近港口以进行有助于降低重心高度的港口作业；抛弃部分甲板货或选择合适浅滩主动搁浅等。 第七节第七节船舶稳性的校核与检验船舶稳性的校核与检验稳性的调整稳性的调整垂向移动载荷 KG=GM KG=PZ三、稳性的调整三、稳性的
27、调整1）满载时是唯一调整方法2）满舱时，垂向等体积轻重互换 PH PL = P PHSFHPLSFL=0 三、稳性的调整三、稳性的调整2、打排压载水或加装甲板货、打排压载水或加装甲板货少量载荷增减少量载荷增减第三节第三节船舶稳性的校核与检验船舶稳性的校核与检验四、横倾角的调整四、横倾角的调整1、产生原因 1）风压力矩出现或消失； 2）货载或油水左右分布不均； 3）货物横向移位； 4）使用重吊。四、横倾角的调整四、横倾角的调整2、横倾角的计算与调整、横倾角的计算与调整1）横倾角的计算）横倾角的计算2、横倾角的计算与调整、横倾角的计算与调整2)横倾角的调整横倾角的调整横移载荷（包括调拨压载）翼側压
28、载（少量载荷增减） Py =(+P)G1Mtan (+P)G1M 其中： G1M=G0M+GM2、横倾角的计算与调整、横倾角的计算与调整 简化计算：简化计算：Q&AThe Internal Righting Moment The Internal Righting Moment comes from the relative positions of the resultant weight of the ship and the resultant buoyant force change when a ship is heeled over by an external moment or
29、 couple The External Couple The external couple can be caused by the action of wind pushing on one side of the ship, trying to translate the ship in that direction, and the water pushing back on the hull in the opposite direction. 3 3 保证船舶适度的稳性保证船舶适度的稳性本章要求本章要求掌握船舶稳性的基本概念；掌握船舶稳性的基本概念；掌握初稳性、大倾角稳性和动稳性的表示方法和校核掌握初稳性、大倾角稳性和动稳性的表示方法和校核方法；方法；了解静稳性曲线图和动稳性曲线图的特征和应用了解静稳性曲线图和动稳性曲线图的特征和应用掌握对船舶稳性的要求；掌握对船舶稳性的要求；掌握船舶稳性的检验和调整方法。掌握船舶稳性的检验和调整方法。3 3 保证船舶适度的稳性保证船舶适度的稳性重点船舶稳性（初稳性、大倾角稳性和动稳性）的表示和核算方法；船舶稳性衡准要求；船舶稳性的检验和调整方法。难点船舶静稳性曲线图和动稳性曲线图。
