船舶静力学.ppt

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1、2 Buoyancy,Statics of the Ship,2.1 General Consideration of Buoyancy2.2 Weight of Ship and Co-ordinates of Center of Gravity2.3 Calculation of Displacement Center of Buoyancy2.4 Calculation of Displacement Center of Buoyancy for a Ship Floating with Trim2.5 Determination of Buoyancy of a Ship Immers

2、ed to any Waterline2.6 Variation in Position of the Ship with Saltness of Water2.7 Displacement scale,Reserve of Buoyancy and Load Mark,2.1 General Consideration of Buoyancy,1/1,Co-ordinate System The conditions of equilibrium The floating conditions of a ship,Co-ordinate System,1/1,O点在船舯。XOY平面为基面；X

3、OZ平面为中纵剖面；YOZ平面为中横剖面。X轴指向船首；Y轴指向右舷；Z轴向上。左手坐标系。,浮性是指船舶在一定装载下具有漂浮在水面并保持平衡位置的能力。它是船舶最基本的性能。船在水面受到重力和浮力；根据阿基米德定律：浮力等于船体排开水的重量。1）重力W 等于浮力：W=：船舶排水量，吨；：水的密度，淡水=1 吨/米3；海水=1.025 吨/米3:排水体积2）重心与浮心在同一条铅垂线上。,The conditions of equilibrium,1/1,The floating conditions of a ship(1),1/7,Four floating conditions uprig

4、ht；transverse inclination（heel）；longitudinal trim；heel and trim。,The floating conditions of a ship(2),2/7,1.正浮状态（Upright）:船浮于静水面，船体中纵剖面垂直于水面(无横倾)；中横剖面也垂直于水面(无纵倾)。W=xG=xB yG=yB=0 正浮状态可由一个参数决定：吃水d,The floating conditions of a ship(3),3/7,2.横倾状态（heel）:船浮于静水面，船体中横剖面垂直于水面(无纵倾)；中纵剖面与铅垂面成角(横倾角)。W=xG=xB yB-

5、yG=(zG-zB)tan 横倾状态由两个参数决定：吃水d，横倾角。,The floating conditions of a ship(4),4/7,3.纵倾状态（trim）:船浮于静水面，船体中纵剖面垂直于水面(无横倾)；中横剖面与铅垂面成角(纵倾角)。W=xB-xG=(zG-zB)tan yG=yB=0 纵倾状态由两个参数决定：平均吃水d，纵倾角。,The floating conditions of a ship(5),5/7,首吃水dF：首垂线处的吃水；尾吃水dA：尾垂线处的吃水；平均吃水d：d=(dF+dA)/2。纵倾值t：t=dF-dA(首倾为正)；纵倾角：tan=t/L(L垂线

6、间长)。设计纵倾：指船体龙骨设计成倾斜形式，设计水线面仍与静水面重合；与上述装载纵倾不同。,The floating conditions of a ship(6),6/7,4.任意状态（Arbitrary）:船浮于静水面，船体中纵剖面与铅垂面成(横倾角)；中横剖面与铅垂面成(纵倾角)。W=xB-xG=(zG-zB)tan yB-yG=(zG-zB)tan 状态由三参数决定：平均吃水d,横倾角,纵倾角。,The floating conditions of a ship(7),7/7,一般船舶在各种装载状态，都要进行浮态调整，使船体处于正浮或稍有尾倾状态。横倾、纵倾及任意状态往往都是由于外力(

7、拖牵,系泊)作用，或船上重量及重心位置改变，或船舶破损进水等原因引起的。这些状态对于船舶航行及其它使用性能均有不利的影响，应当避免。,2.2 Weight of Ship and Co-ordinates of Center of Gravity,1/7,在船舶建造的不同阶段确定船舶的重量、重心1.初步设计：用母型船或经验公式分析、估算。其中(zG=D;xG=0 1.5%L;yg=0)2.技术设计：对船舶各项重量及其重心分组计算；然后汇总求全船的重量及重心。3.建成、改装后：进行倾斜试验，最终确定船舶的重量及重心。,zg and xg,The vertical position of the

8、center of gravity z g may be expressed as fractions of the depth of the side D by the formula:z g=Dwhere is a non-dimensional factor.it ranges 0.5-1.0.x g may be expressed as fractions of the length of the ship L.The abscissa x g may be positive,negative or zero;its absolute value rarely exceeds 1.5

9、 per cent of L.,2/7,Formula,3/7,计算船舶重量W及其重心(XG,YG,ZG)位置:,arrangement of weight into classes,4/7,根据研究问题的要求采用不同的船舶重量分类方法。固定重量：包括船体钢料、木作舾装、机电设备、武器等。它们的重量和重心位置在船舶使用过程中不变。变动重量：包括货物、人员及其行李、燃油、滑油、淡水、粮食、供应品和备品以及弹药等。这类重量的总和称为载重量。通常货船、油船的吨位等级是指载重量(非载货量)。,the conditions for civil ship,5/7,1.Lightship displacem

10、ent(空载排水量)指空船的重量，包括动力装置系统内供启动用存留的油和水。2.Displacement moulded(满载排水量、设计排水量)指装载了设计规定的载重量(见变动重量)。又细分为出港(燃油、滑油、淡水、粮食、供应品按100%计算)、到港(上述载量按10%计算)。设计时是指出港排水量。3.Structure displacement(结构排水量)与计算结构强度时选用的结构吃水对应的排水量，通常超过满载排水量，即在一定的条件下，容许超载时的排水量。,the conditions for army ship(1),6/7,1.Lightship displacement(空载排水量)指

11、空船的重量，包括武器装备。2.Standard displacement(标准排水量)指人员、装备、弹药备齐。包括动力装置系统内供启动用存留的油和水；但无任何油水储备。做好出海作战准备的排水量。3.Design displacement(设计排水量)标准排水量加上保证50%航程所需的油、水储备时的排水量。这时军舰处于最佳的战斗技术状态。通常是军舰设计与试航时的状态。,the conditions for army ship(2),7/7,4.Full load displacement(满载排水量)指标准排水量加上保证全航程所需的油、水储备时的排水量。是一般情况下，军船出港时的装载状态。5.D

12、isplacement extreme(最大、超载排水量)指满载排水量加上超载的弹药、供应品、油、水储备时的排水量。是军船执行远航任务时的装载状态。,2.3 Calculation of Displacement Center of Buoyancy,1/1,Calculation According to Water-plane Calculation According to section,理论上，两种方法积分的结果应当相同；实际上由于近似计算的误差，结果有差异。一般认为对横剖面的积分结果偏小。此外，两种方法都推导出一些有用的曲线。,水线面面积Aw水线面漂心坐标(xf，yf),Formu

13、la（1）,1/7,（1）型排水体积（2）浮心的坐标(xB，yB，zB),Formula（2）,2/7,The Curve of Water-plane Areas.,3/7,（3）水线面面积曲线 曲线表示水线面面积随吃水的变化。给定吃水的曲线与OZ轴所围面积等于该吃水的排水体积。上述面积中心的高度等于浮心的垂向坐标Zb。上述面积与矩形OFDC的面积比等于垂向菱形系数Cvp。,Tons per cm Immersion,4/7,（4）每厘米吃水吨数 当船舶吃水平行于水线面增、减1cm时，引起排水量的变化，称为每厘米吃水吨数曲线Tpc，其值随d 变化。Tpc=Aw/100(吨/厘米)如果排水量有

14、一小量变化p(10%)，则相应吃水的变化为：d=p/Tpc(厘米),Curve of Displacement(1),5/7,（5）排水体积曲线 型排水体积=f(z)考虑壳板厚度及附体 k=k(k=1.0061.02)排水量=k,Curve of Displacement(2),6/7,排水体积曲线与OV轴所围的面积OEF，等于该吃水船体体积对基线的静矩。,排水体积曲线与OZ轴所围的面积OEA(互补面积)。,(计算ZB时的推荐公式),longitudinal position of the center of buoyancy,7/7,（6）浮心坐标曲线,对z 微分：,特别当 xf=xB 时，

15、曲线的导数=0，取极值。,浮心的纵向坐标：,Formula（1）,1/5,任意站横剖面面积：,横剖面面积中心坐标(ZA，YA),(正浮),中横剖面系数：Cm=Am/(Bd),（1）型排水体积（2）浮心的坐标(xB，yB，zB),Formula（2）,2/5,(吃水改变后要用新的As及ZA重新计算),Curves of Sectional Areas,3/5,（3）横剖面面积曲线表示横剖面面积随站线位置的变化。横剖面面积曲线下的面积等于该吃水下排水体积 上述面积中心的纵坐标等于浮心的纵坐标Xb。上述面积与矩形面积比等于纵向菱形系数Cp，反映了排水体积沿船长的分布情况。,=L Asdx,Discu

16、ss（1）,4/5,计算排水体积和浮心位置可有两种途径：对水线面沿吃水积分：用于计算正浮时船舶的排水体积和浮心位置。对横剖面沿船长积分：(实际结果可能偏小12%)计算有纵倾时的排水体积和浮心位置(纵向下水、破舱浮态)；,Discuss（2）,5/5,船体强度校核时计算浮力曲线；,舱容计算。,2.4 Calculation of Displacement Center of Buoyancy for a Ship Floating with Trim,1/1,Bonjean Curves Diagram for Determining Displacement and Abscissa of C

17、enter of Buoyancy,Bonjean Curves(1),1/7,Bonjean Curves(2),一、计算横剖面全面积1.最高等分水线以下部分(用各种近似计算方法)(增加中点坐标、端点修正)2.最高等分水线至上甲板边点(可按梯形处理),2/7,Bonjean Curves(3),3/7,3.甲板梁拱部分 甲板梁拱 fo 在船体最大横剖面处设计，取船宽的1/50 1/100。其它各站梁拱值 f 可根据甲板宽在最大横剖面量取，或按下式计算：,Bonjean Curves(4),4/7,二、绘制邦戎曲线1.选择船形比例：选择不同的长度、高度比例。2.适当选择As、Moy的比例，使得

18、读数方便，各站曲线 不致过多重叠。,Bonjean Curves(5),5/7,3.绘出基线、船舯、首尾吃水线标尺。4.绘出各站线及As、Moy曲线，用不同的线型和图例。5.绘出船体两端中纵轮廓线、上甲板中心线,Bonjean Curves(6),6/7,三、利用邦戎曲线计算有纵倾船舶的排水体积和浮心。1.在邦戎曲线上绘倾斜水线W1-L1。2.读出各站吃水处的Asi、Moyi 的值。3.绘出各站Asi、Moyi 曲线，并进行端点修正。,Bonjean Curves(7),7/7,4.用近似计算方法，求排水体积和浮心。,Diagram for Displacement and xB（1）,1/5

19、,一、费尔索夫曲线,Diagram for Displacement and xB（2）,2/5,二、绘制费尔索夫曲线的步骤1.在邦戎曲线上选取若干尾吃水dAi，和若干首吃水dFi。构成一族倾斜水线面。,Diagram for Displacement and xB（3）,3/5,2.计算每根倾斜水线下的排水体积i 及浮心的坐标xBi。并以首吃水为横坐标，以尾吃水为参数，绘制不同尾吃水下的 及xB 随首吃水变化的的辅助曲线图。,Diagram for Displacement and xB（4）,4/5,3.读出排水体积(20)和浮心纵坐标 XB(0)等值线与各首吃水交点对应的尾吃水。,Df

20、da()da(xb)0.4 1.14 0.560.6 0.96 0.640.8 0.78 0.721.0 0.59 0.791.2 0.41 0.90,Diagram for Displacement and xB（5）,5/5,4.在费尔索夫曲线上绘制上述各等值线。,Df da()da(xb)0.4 1.14 0.560.6 0.96 0.640.8 0.78 0.721.0 0.59 0.791.2 0.41 0.90,2.5 Determination of Buoyancy of a Ship Immersed to any Waterline,1/4,求任意倾斜水线下排水体积和浮心坐

21、标的步骤：1.在型线图上确定或根据纵倾角和横倾角计算各站处的平均吃水、左舷吃水、右舷吃水。,Characteristic curve of half section,2/4,2.计算半横剖面特征曲线：对每站计算半横剖面面积a、面积对横剖面中心线的静矩b、对基线的静矩c。,Characteristic value of section,3/4,3.对每个横剖面分块计算面积、面积静矩，然后分别求和。(最终算式见P 32),Buoyancy of a Ship Immersed to any Waterline,4.对横剖面沿船长积分计算任意水线下的排水体积、浮心坐标(XB，YB，ZB)。,4/4,

22、2.6 Variation in Position of the Ship with Saltness of Water,1/4,海水的重度随着海水的盐度、温度、海域、水深不 同而变化。其取值范围在0.9961.028 吨/米3。海水的 平均盐度为3.5%。一般水深1000米，其重度的变化较大；反之变化小。挑战者号在太平洋海沟测得的最大海水重度为1.0757。死海的海水重度为1.1721.227；盐度为25%。(1900年 狄杜),the change in draught,2/4,将浮力计算式=/对水的重度微分，得到：d=-d/2 将船型的有关参数代入，整理得到(见P33-2.45)：d d

23、/d=-CB/CWP d/可见：船从淡水进入海水d0，吃水d 减少；船从海水进入淡水d0，吃水d 增加。一般吃水变化 12%。,The change in position of the center of buoyancy（1）,3/4,由前面推导的浮心纵坐标XB 随吃水变化的公式：,大多数船水线面漂心位于其浮心后，即(Xf-XB)0,d XB 0 浮心前移，产生尾倾；船从海水进入淡水d0,d XB 0 浮心后移，产生首倾。,The change in position of the center of buoyancy（2）,4/4,由前面推导的浮心垂坐标ZB 随吃水变化的公式：,所有船的

24、浮心总是低于吃水，即(d-ZB)0。船从淡水进入海水d0,吃水减少,dZB 0 浮心上移。,2.7 Displacement scale,Reserve of Buoyancy and Load Mark,1/6,储备浮力是满载水线以上主船体水密部分的体积。对船舶的稳性、抗沉性、淹湿性均有很大的影响。是保证船舶航行安全的重要技术指标。储备浮力通常用满载排水量的百分数表示。与船舶类型、航区有关。一般：内河驳船 1015%；海船20 50%；军舰100%以上。,the rules of ships loadline,2/6,为保证船舶安全航行，1930年制定了“国际载重线公约”，1966年做了修订

25、。我国1959年颁布了“海船载重线规范”，1992年颁布了“海船法定技术检验规则”。我国1965年颁布了“长江钢船载重线规范”，1995年颁布了“内河船舶法定技术检验规则”。,the rules of ships loadline,the rules of ships loadline of China（1）,the rules of ships loadline of China（2）,3/6,1992年“海船法定技术检验规则”第六篇：载重线(简介)1.一般规定：规则使用范围，名词定义(船长、船宽、计算型深、方型系数)，船舶分类(A类为散装液货船及露天甲板完整、低渗透率货舱船；B类为其它船舶

26、)2.区带、区域和季节期划分 北半球冬节季节区带(4个区域，分冬季、夏季)南半球冬节季节区带(1个区域，分冬季、夏季)热带区带(3个区域，不分季节)夏季热带区带(7个区域，分热带、夏季，含中国)夏季区带(1个区域，分冬季、夏季)冬季北大西洋载重线,the rules of ships loadline of China（3）,4/6,China Classification Society,the rules of ships loadline of China（4）,6/6,4.规定对所有开口的防护要求门栏(380mm)、出入舱口围板(600,450mm)、通风口(900,760mm)、通气

27、口(760,450mm)、排水孔(自动止回)等。标准舷弧表。最小船首高度计算规则。7.计算最小干舷的规则(基本干舷,船长,方型系数,型深,上层建筑,舷弧修正)。8.规范的执行和监督检查。,the rules of ships loadline of China（4）,5/6,3.甲板线和载重线标志,航区 根据内河水域的水文和气象条件划分的船舶航行区域 航区划分为A B C三级。由高至低顺序排列。急流航段 系指在峡谷河流中 滩上流速超过 3.5m/s 的航段 急流航段按滩上流速大小划分为J1、J2两级。急流航段从属于所在水域的航区,1.Plimsoll mark2.Plimsoll line3.

28、Draught marks4.Deckline,世界主要船级社,WatertightFlooding of compartmentsThe region of navigationThe type of shipLoad markSeaworthinessclassification societyReserve of buoyancyDisplacement scale,小练习,如何利用Bonjean曲线求某一纵倾下的船舶排水量和浮心位置（xb，zb）满载航行的船舶，从淡水进入海水，如果浮心位置在漂心前面，试判断船舶状态的变化，并说明原因。,Thanks！,Exercise,Exercise 23.5.7.,