船舶原理( 浮性)

di 0
d∇ tgα = = Awi （3） dz AE ∇ tgα = = i AC AC
∴Ac =
∇i Awi
6、浮心纵向坐标曲线
xB = Myoz ∇
∫ =
di
0
xF Aw ⋅ dz Aw ⋅ dz
dM
yoz
∫
di
= f (z)
dx B dz
=
dz
⋅ ∇ − M yoz ⋅ ∇2
d∇ dz
0
Aw = 2∫
L/ 2
−L / 2
ydx = 2δL ⋅ ∑' yi y0 + y20 2
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• 计算内容：
w 水线面面积： A
∑' yi = y0 + y1 + L + y20 − L Moy = 2∫
L/ 2 2 −L / 2
x ⋅ ydx = 2δL ⋅ ∑' ki yi 1 ×10 × (y20 − y0 ) 2
d d L/ 2 yoz 0 F w 0 −L / 2 d L/ 2 yoz d B 0 F d 0 w 0 d −L / 2 L/ 2 w 0 −L / 2 d d L/ 2 xoy 0 w d 0 −L / 2 d L/ 2 zoy B 0 d w 0 d −L / 2 L/ 2
2、水线面计算
船舶排水量=空船重量 载重量DW 船舶排水量 空船重量LW+载重量 空船重量 载重量
2-8
备注：
• 1、船体钢料重量Wh的影响因素分析
Wh含船壳板、甲板、舱壁、首尾柱、上层建筑等各部分钢板和型材的重量
（1）主尺度以及船型系数 影响最大。 a. 船长L 从构件数量和几何尺寸上看：船舶上绝大部分构件都与船长有关； 从强度条件看：L越大，船在水中所受的纵总弯曲M越大，要求 的船体构件尺寸也大。 b. 船宽B 对船体纵总强力构件尺寸的影响不大，但对构件的横向强度有较大的影 响。从构件数量来看，主要跟船底、甲板及舱壁等横向构件有关。 c. 型深D 从构件的数量来看：D对舷侧板以及骨架、舱壁有影响； 从强度来看：D大，船体梁的剖面模数W也大，对强度有利。 往往能起到抵消（或）部分抵消D增加所引起 构件数量增多的作用。
2-14
§2—3 排水量和浮心位置的计算
• 排水体积和排水体积形心坐标的计算是根据型线图和型值表 来进行的。 来进行的。 • 基本内容 基本内容： 1、在计算船舶的排水体积时，用若干个与任一坐标平面平 行的平面把船舶水下体积分割成若干个薄层微体积，算出这 些薄层微体积并求其总和，即船舶的排水体积； 2、计算排水体积形心坐标时，要先算出薄层微体积对某一 坐标平面的静矩，并求出这些静矩总和，然后将其总和除以 排水体积，即得排水体积的形心距该平面的距离。 • 计算方法有两种： 1、水下体积沿轴垂向分割； 2、水下体积沿轴纵向分割。 1、水线面计算； 即根据： 2、横剖面计算。 2-15
第二章 浮 性
• 本章要点： 本章要点：
1. 船舶在静水中的平衡条件、各种漂浮状态； 船舶在静水中的平衡条件、各种漂浮状态； 2. 船舶在各种浮态下的排水体积、浮心位置的计算原 船舶在各种浮态下的排水体积、 方法。 理、方法。
船舶在一定载况下， 浮性：船舶在一定载况下，浮于一定水面的能力。
2-1
§2-1 浮性概述
（3）船级别、规范和航区（如航行与冰区）
（4）结构材料 如普通钢、高强度合金钢、铝合金、玻璃钢等
2-10
2、舾装重量Wf的分析 、舾装重量W
• （1）与船的排水量和主尺度有关的重量； 如船舶设备及系统，包括锚、舵、系泊、消防、管系及油漆等 • （2）与船员或旅客人数有关的重量 如舱室木作、家具、卫生设备、救生设备 • （3）与船的使用特点有关的重量 如货船上的起货设备及舱口盖，拖船的拖带设备、渔捞设备 • （4） 特殊项目重量 如减摇装置、侧向推进装置等。
一、水线面计算方法（垂向计算法）
• 1、基本公式
d∇ = Aw ⋅ dz
∇ = ∫0d Aw ⋅ dz = 2∫0d ∫−LL/ 22 ydxdz L/2 / dAw = 2ydx → Aw = 2∫− L / 2 ydx M = ∫ x ⋅ A dz = 2∫ ⋅ ∫ xydxdz dM yoz = xF ⋅ Awdz M x ⋅ A ⋅ dz ∫ ⋅ ∫ xydxdz = x = =∫ dMxoy = z ⋅ Awdz ∇ ∫ A ⋅ dz ∫ ⋅ ∫ ydxdz L/2 Moy = 2∫−L / 2 xydx M = ∫ z ⋅ A dz = 2∫ ⋅ ∫ zydxdz L/ 2 Moy ∫−L / 2 xydx xF = = L/ 2 M ∫ z ⋅ A dz = ∫ ⋅ ∫ yzdxdz 2-16 Aw z = = ∫−L / 2 ydx ∇ ∫ ⋅ A dz ∫ ⋅ ∫ ydxdz
3、机电设备Wm的分析
包括主机、辅机、轴系、动力管系、电气设备等。
2-11
二、重心位置的计算
xg = ∑ Pi x i ∑ Pi yg = ∑ Pi y i ∑ Pi zg = ∑ Pi z i ∑ Pi
• 公式表明：各分力（各重力）对给定平面力矩 公式表明：各分力（各重力） 的代数和等于其合力对该平面之矩， 的代数和等于其合力对该平面之矩，即合力矩 定理。 定理。
∑' ki yi ∑' yi
AW 水线面系数： wp = C L× B
2-17
3、水线面面积曲线
• 特性： （1）
∇ = ∫0 Aw ⋅ dz
d
（2）
zB
∫ z ⋅ A ⋅ dz w = 0 d ∫0 A ⋅ dz w
d
（3）
CVP =
面积OCDE 面积OCDF
=
∇ Awd ⋅ d
2-18
4、每厘米吃水吨数曲线
平衡条件
W = ∆ = ρ∇ xB − xG = (zG − zB )tgθ y = y B G
d + dA d = F ，纵倾角 2
表示参数： 平衡吃水
θ
2-6
• 任意状态 平衡方程和表 示参数？ •
•
一般船舶设计或正常使用情况下， 一般船舶设计或正常使用情况下，都应处于正浮状态或稍有 尾倾状态。横倾、 尾倾状态。横倾、大角度纵倾状态和任意状态是由于外力作用或 船上重量位置的改变或船舶破损后进水等引起， 船上重量位置的改变或船舶破损后进水等引起，对船舶的使用以 及航海性能不利。 及航海性能不利。
2-7
§2－2 船舶重量和重心位置的计算
一、重量分类
• 1、固定重量（ Wh +Wf + Wm LL ）包括船体钢料，舾装设备、机电设 备及武器等，它们的重量在使用过程中是固定不变 的，也称空船重量（Light Ship Weight）或船舶自 身的重量。 • 2、变动重量：包括货物、船员、行李、旅客、淡水、 粮食、燃油、润滑油以及弹药，这类重 量 的 总 和 就 是 船 的 载 重 量 。 （ Displacement Weight）
• 满载排水量无特殊说明，指满载出港排水量，是民船 的最大排水量，是决定船舶的主要要素的出发点，因 2-13 此也作为民用船舶的设计排水量。 民用船舶的设计排水量。 民用船舶的设计排水量
2、军船
A：空载排水量 B：标准排水量 C：正常排水量 D：满载排水量 E：最大排水量 军用舰艇的设计排水量 出航时舰艇最大装载状态 超载排水量 建造完工后的排水量
• 1、空船重心 、 • 2、装卸后船舶的重心 、 2-12
三、典型排水量
• 1、民船
• A：空载排水量：是指船舶在全部建成后交船时的排水量，即空 船重量，此时动力装置系统内有可供动车用的油和水，但不包括 航行时需的燃料，润滑油和炉水储备以及载重量。 • B：满载排水量：指船舶上装载预先规定的设计载重量（即按照 设计任务书要求的货物、旅客、船员、行李、粮食、淡水燃料、 润滑油、锅炉用水的储备以及备品、供应品等均装载满额的重量） 的排水量。 空载排水量、满载排水量又分出港、到港。 空载排水量、满载排水量又分出港、到港。 • C：出港 ： 出港：燃料、润滑油、淡水、粮食及其他物品都按设计的规 定的数量带足。 • D：到港 到港：消耗品还剩余10%。 到港
∑' ki yi = 0 × y10 +1× (y11 − y9 ) + 2 × (y12 − y8 ) + L + 9 × (y19 − y1 ) +10 × (y20 − y0 ) −
漂心纵向坐标：xF
xF =
Moy Aw
=
2∫
L/ 2
2∫
−L / 2 L/ 2
x ⋅ ydx ydx
≈ δL
−L / 2
平衡条件
W = ∆ = ρ∇ xG = xB y − y = (z − z )tgφ G G B B
表示参数
吃水 d ，横倾角 φ
2-5
3、纵倾 、 船舶自正浮位置向船尾方向或船首方向倾斜的一种浮态。oy轴 是水平的，船体中纵剖面垂直于水面中横剖面与铅垂平面相交成一 角度，即正浮时水线面与纵倾后水线面相交的角度“纵倾角”，船 舶纵倾大小用首尾吃水差或纵倾角表示。 正负：首倾为正值；尾倾为负值。 正负
2-20
关于变上限积分
• 定积分的计算结果是一个数值 • 船舶计算经常需要曲线(函数)
2-21
* 排水体积曲线特性
（1） zB =
Mxoy ∇
=
面OEF （2）又 ∇
QSOAE = SOAEF − SOEF = di∇i − zB ⋅ ∇i = (di − zB )∇i ∫ ∇dz =(di − zB )∇i 1 di ⇒ zB = di − ∫0 ∇ ⋅ dz ∇i 2-22
一、船舶平衡条件
1、物体的平衡条件： 物体的平衡条件： 作用在物体上的两作用力，大小相等，方向相反并 作用在同一直线上。 2、船舶的平衡条件： 船舶的平衡条件： A 受力分析：
重力、浮力
B 船舶平衡条件： 船舶平衡条件： （1）重力=浮力 重力= △=ρV 阿基米德定律 （2）重心G和浮心B 重心G和浮心B 在同一条铅垂线上。 在同一条铅垂线上。 浮心B:水下排水体积的形心 浮心 水下排水体积的形心 2-2
2-4
2、横倾 、 船舶自正浮状态向左舷或右舷方向倾斜的一种浮态。ox轴是 水平的，中纵剖面与铅垂面成一角度，即正浮时水线面与横倾后 的水线面的夹角 φ （横倾角 Angle of transverse inclination ） 船舶横倾的大小以横倾角表示 φ 有正负： 正值，右舷方向横倾； 正值，右舷方向横倾； 负值，左舷方向横倾。 负值，左舷方向横倾。
2-3
二、浮态
1、正浮 、
船舶漂浮于静水面，船体中纵剖面和中横剖面都垂直于水面的一 种浮态，ox,oy轴水平，无横倾和纵倾；
平衡条件
表达参数
吃水 d
W = ρ∇ = ∆ x = x G B , , yB = yG = 0(船舶左右舷对称 正浮时 浮心在 对称面上yB = 0 根据平衡条件yG = 0 )
dMyoz d∇ 又 Q = Aw = xf ⋅ Aw dz dz dxB Aw ∴ = (xF − xB ) dz ∇
• 合力矩原理叙述如下
Myoz = xB ⋅ ∇
2-23
7、浮心垂向坐标曲线
zB = Mxoy ∇
∫ =
di
0
z ⋅ Aw ⋅ dz Aw ⋅ dz
2-9
d. 吃水d d不影响构件的数量，但对强度（船底构件和船侧构架）有影响。 e.方型系数CB 对W h的影响很小，因为CB的增减对船体构件的数量和尺寸都影响甚微。 （2） 布置特征 甲板层数—— 取决于布置特点、使用要求； 舱壁数—— 规范有最小数目的规定，实际要考虑使用要求； 上层建筑的大小—— 包括长度、宽度、高度以及层数。
δd = P TPC
•
应用： 应用：
P<10 满载排水量） 10% （小量载荷装卸 P<10%满载排水量）
2-19
5、排水体积曲线
• 排水体积曲线包括： 排水体积曲线包括： 型排水体积曲线 ∇ 总排水体积曲线 ∇K 排水量曲线 △ 得 由型线图计算所得体积
由型排水体积乘以船壳系数所得
由总排水体积乘以水的重量密度所
• 船舶吃水平行于水线面增加（或减小） cm时引起排水量增加 船舶吃水平行于水线面增加 （ 或减小 ） 1cm 时引起排水量增加 或减小）的吨数称每厘米吃水吨数。 （或减小）的吨数称每厘米吃水吨数。
ωAw TPC = 100
• TPC每厘米吃水吨数，只与 Aw 有关。 TPC每厘米吃水吨数， 有关。 每厘米吃水吨数 • 每厘米吃水吨数曲线的形状与水线面面积曲线完全相似。 每厘米吃水吨数曲线的形状与水线面面积曲线完全相似。