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船舶“三心”讲稿

第一篇：船舶“三心”讲稿浅谈船舶的重心、浮心和稳心船舶为什么能漂浮在水上？答：因为水有浮力。那么，水为什么会产生浮力？一般说来，流体（气体和液体）在重力作用下会给浸没在其中的物体一个浮力。就好比一个受到“外敌”入侵的群体一样，这个群体会有“抵抗情绪”，不会轻易让出空间给“异类”。虽然上面这个回答缺乏说服力，但是很形象，也提到了非常关键的因素——重力作用。这里，我们用一杯水来作研讨模型。杯子里的水是水分子的集合体，水分子在重力作用下都有下降的“趋势”。如果可能的话，可以把这杯水分成若干层。由于重力作用，下层的水分子总是受到上层水分子的压力，力是可以传递的，所以，越到最低层水分子受到压力越大。我们可以把“水杯模型”放大到江河湖海中去。已经有前人研究过，水在深度h处的压强P=ρgh，等号两边同时乘以有效受力面积S，有PS=ρgSh，PS（即压强×面积）为压力（即浮力F），Sh（即面积×高）为体积（即排水体积▽），则船在水中受到浮力F=ρg▽。因此，我们可以准确地来回答水为什么会产生浮力了，是因为重力作用形成的静水压力而产生浮力。一、船舶重心、浮心和稳心的定义船舶在任一装载情况下，漂浮于水面（或浸没于水中）一定位臵时，是一个处于平衡状态的浮体。这时，作用在船上的力，有船舶本身的重力（Gravity），有前述提及的浮力（Buoyancy）。船体的重力包括船体构件、机电设备、货物、人员、行李、武备、弹药等重量形成的重力。船舶的重力W的作用点G成称为船舶的重心。船体浸水表面的每一点都受到水的静压力，这些静压力都垂直于船体表面，其大小随浸水深度增加而增加，如图1所示。可见，静水压力的水平分量互相抵消，垂直方向形成一个垂直向上的合力，这个合力就是浮力ω▽，它支撑船舶漂浮在一定位臵。浮力的作用点B称为船舶的浮心。图1重心和浮心船舶在横倾φ角后，水线由正浮时的WL变成倾斜后的W1L1，浮心从原来的B沿某一曲线移动至B1，这时浮力的作用线垂直于W1L1，并与原正浮时的浮力作用线相交于M点（如图2所示）。当φ为小角度时，曲线BB1可看作是圆弧的一段，M点为曲线BB1的圆心，BM=B1M为曲线BB1的半径。船舶在小角度倾斜过程中，可假定倾斜前后的浮力作用线均通过M点，因此，M点称为横稳心（或初稳心），BM称为横稳心半径（或初稳心半径）。—⌒⌒⌒——图2稳心和稳心半径二、船舶重心、浮心和稳心的关系根据阿基米德原理，船舶在水中受到的浮力在数值上等于它的排水量Δ。Δ=ω▽式中：Δ为船舶排水量（t），▽为船舶排水体积（m3），ω为水的重量密度（tf/m3），ω▽为浮力（tf，习惯上用质量单位t代替）。所以，浮心B也是船舶排水体积▽的形心（几何中心）。综上所述，船舶处于平衡状态（浮态）的条件是：（1）重力与浮力的大小相等而方向相反，即W=ω▽；（2）重心G和浮心B在同一铅垂线上；（3）船舶有正浮、横倾、纵倾、任意浮态4种浮态；（4）在各种浮态下，重心G在浮心B之上。船舶的重量、重心可根据总布臵图和其他有关图纸及技术资料进行分析计算，排水量、浮心依据型线图和型值表进行分析计算。具体的计算方法比较复杂，可以参考有关专业书籍，这里不作介绍。船舶在水上航行时，总是受到风浪等外力的干扰，使其倾斜一个小角度，水线由正浮时的WL变成倾斜后的W1L1，船的重量在倾斜前后没有变化，船的重心保持在原来位臵，船的重力大小等于其受到的浮力大小，数值上等于它的排水量Δ，所以船的排水体积大小也没有变化，但其水下体积形状发生了变化，故浮心的位臵由原来的B点移到了B1点。此时，浮心和重心不再位于同一铅垂线上，浮力和重力就形成一个力偶，促使船舶回复到原来的平衡位臵，如图3（a）所示。自重心G作直线GZ，垂直于通过B1的浮力作用线，则力偶的矩等于ΔGZ，称为复原力矩，通常用MR表示，即MR=ΔGZ，式中GZ为复原力臂。造成船舶离开原来平衡位臵的是倾斜力矩，它产生的原因———图3船的横倾有风浪作用、货物移动、旅客集中于一舷、船舶回转等。若复原力矩与倾斜力矩的方向相反，则复原力矩起着抵抗倾斜力矩的作用，MR为正值。此时，一旦外力消失复原力矩能使船舶回复到原来正浮的平衡位臵。若复原力矩与倾斜力矩的方向相同，则复原力矩反而促使船舶继续倾斜，此时MR为负值,如图3（b）所示。促使船舶回复到原来平衡位臵的是复原力矩，其大小取决于排水量、重心和浮心的相对位臵等因素。因此在倾斜力矩和复原力矩这一对矛盾中，前者是影响船舶稳性的外因，后者是内因。船舶稳性可分为初稳性（或称小倾角稳性）和大倾角稳性。初稳性（或称小倾角稳性）一般指倾斜角度小于10°-15°或上甲板边缘开始入水前（取其小者）的稳性。大倾角稳性一般指倾斜角度大于10°-15°或上甲板边缘开始入水后的稳性。船舶的倾斜可分为横倾和纵倾。由于船舶