船舶设计原理重量与重心
船舶设计原理_02_船舶重量重心_0208_重力与浮力的平衡方法
112.8重力与浮力的平衡方法第二章船舶重量重心2.8 重力与浮力的平衡方法LW()DW()()+=∆x x x 一、问题的提出船舶在静水中的平衡条件要求然而，根据初选主尺度要素估算出来的船舶排水量和船舶重量，一般是不会相等的，即浮力和重力不平衡。
因此，需要通过调整来实现平衡。
[]TB WP L B D dC C C =x 式中，船舶表征向量2.8 重力与浮力的平衡方法一、问题的提出一般而言，假设重量的估算是正确的。
因为，即使重量的估算存在误差，但至少目前没有依据随意地修改重量估算的结果。
因此，我们可以通过调整主尺度来调整浮力，逐步实现重力和浮力的平衡。
那么，应该调整多少浮力是合适的，这是需要考虑的一个问题。
例如（1）DW=17,500吨=23,500∆吨任务书要求的载重量依据主尺度初估的排水量LW=6,500吨初估的空船重量＋>（2）DW=17,500吨=24,000∆吨＋>＋500吨＋X 吨总重量多500吨但是，仍然不平衡由此可见：排水量的增量应大于500吨。
但是大多少合理呢？为了回答上述问题，人们引入了诺曼系数(Normand)的概念。
2.8 重力与浮力的平衡方法一、问题的提出排水量：增加500吨空船重量：增加X 吨LW=6,500+X 吨吨诺曼系数定义为排水量变化与载重量变化的比值，即=DWN δδ∆二、诺曼系数2.8 重力与浮力的平衡方法式中，为诺曼系数为排水量的变化为载重量的变化N δ∆DW δ诺曼系数可以理解为排水量随载重量变化曲线的斜率。
LW+DW=DWH O M W W W ∆=+++船舶在静水中的平衡条件要求DW O H MW W W δδδδδ∂∂∂∆=∆+∆+∆+∂∆∂∆∂∆则排水量（Δ）的变化为2.8 重力与浮力的平衡方法二、诺曼系数H H W C α=∆OO W C β=∆MM W C γ=∆假设1()H H H H W C W C ααααα−∂∆=∆==∂∆∆∆1()O OO O W C W C βββββ−∂∆=∆==∂∆∆∆1()M MM M W C W C γγγγγ−∂∆=∆==∂∆∆∆则有2.8 重力与浮力的平衡方法二、诺曼系数DWO H MW W W δαδβδγδδ∆=∆+∆+∆+∆∆∆可得1DW1O H M W W W δδαβγ∆=−++ ∆∆∆1DW1OHM NW W W δδαβγ∆==−++ ∆∆∆诺曼系数N 具有下列性质二、诺曼系数●诺曼系数N >1；●诺曼系数N 的大小与空船重量占排水量的比例大小有关；●诺曼系数N 的数值依赖于空船重量的各项分量与排水量的关系；●当α=β=γ=1 时，诺曼系数与载重量系数互为倒数。
船舶建造过程中重量重心控制方法
行调整，这样增加了船舶使用成本减少了载货量，降低了船 舶的经济型；船舶重心位置会影响船舶的水动力性能，不正 确的重心位置会造成船舶航行时候的航行阻力，增加燃油 消耗量，降低船舶航速，也降低了船舶的经济性能；船舶的 重心位置影响到船舶的稳性，不正确的重心位置会造船船 舶稳性下降，增加船舶倾覆的风险，降低船舶的安全性。
与安全，而船舶的重量重心控制又是船舶设计建造过程中 如果能将这些因素控制的很好就能降低船舶的造船成本。
的关键点，任何一个造船企业对都是十分重视。船舶的重
船舶的重心控制主要是建造船舶重心位置的控制，重
量中心影响船舶的使用性能，安全性能，如果一条船舶的 心位置的控制对船舶建造是非常重要的，船舶重心位置会
231201996_183755，2018-05-10/2019-01-10. [5]王林.2022 年重庆年产汽车或占全国产量 10%[EB/OL].
https:///news/201901/928399.html,2019 -01 10/2019-01-10.
重量重心的误差超过了许用极限，这个产品就是失败的。 影响船舶的浮态，不正确的浮态需要船舶加载压载水来进
船舶重量重心位置的确定开始于船舶的初步设计及详细 设计阶段，但是起到关键作用的却是施工建造阶段（施工 设计及施工操作），在船舶过程中对重量重心的控制方法 就是造船人所关心的问题。
1 船舶重量重心控制的含义及意义 船舶重量控制主要是指控制船舶的空船重量，它主要 包括主船体外板及内部的结构、上层建筑、船舶内部的各 种永久安装的机械设备、电气设备、管系、电缆、船体涂装 以及保证在空船状态下机器正常运转时所需的润滑油、液 压油、燃油、冷却水等的液体的重量。空船重量的控制对船 舶的重要性主要体现在如下两个方面：空船重量的大小直 接影响船舶的载货量，船舶的载重量是一定的，他由空船 重量和载货量两部分组成，当空船重量增加是船舶的载货 量就会一定减少，这样船舶运行的经济性就会降低；空船 重量的控制可以降低船舶的建造成本。船舶空船重量的增 — —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— ——
船舶原理 必背
船舶货运符号1、船舶形状2、船型系数3、常用位置点3．其它4．稳性参数基本公式：第二章：近似算法梯形法 )2(00nni i y y y l A +-=∑= 辛一法 )4(31321y y y l A ++=辛二法 )33(834321y y y y l A +++=第三章：浮性1．重量、重心计算：i P D D ∑+=1 11)(1D M D X P X D X xp i g g i =⋅∑+⋅= 1)(1D Y P Y D Y i p i g g ⋅∑+⋅=11)(1D M D Z P Z D Z Zp i g g i =⋅∑+⋅=注意：利用合力矩定理，∑==n1i (力矩）分力对该轴或支点取的的力矩合力对某一支点或轴取其中：11g g 1g 1Z ,Y ,X ,∆为装卸后重量、重心。
g g g Z ,Y ,X ,∆为装卸前重量、重心，Pi Pi i P iZ ,Y ,X ,P ，为装卸货物重量、重心，装货为+，卸货为—x M ：全船重量纵向力矩； Z M ：全船重量的垂向力矩；2．少量装卸对吃水影响TPC100Pd P =δ W A TPC ρ01.0=其中：TPC -当前水域密度下的每厘米吃水吨数。
P -装卸货物重量，装货为+，卸货为—3．舷外水密度变化对船舶吃水的影响⎰=b aydxA⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯=1100211ρρδρTPC Dd 其中： 1ρ-先前的水域密度；2ρ-后来的水域密度第四章 稳性1．初稳性高度定义式：g M Z Z GM -= M Z 根据型吃水查静水力资料，g Z 利用公式计算 2．船内垂移货物（初始正浮）： Dpl GM M G z-=1 3．船内横移货物（初始正浮）：GMD P tg y ⋅=θ4．自由液面的影响 Di GM M G xii ∑-=ρ1其中：自由液面修正量为 DiGMix i f∑=ρδx i -水线面的自由液面惯矩，对于矩形液面 3x lb 121i =对于等腰梯形液面)b b )(b b (481i 222121x ++=注意：GM 是指船舶装载与液体同重的固体时的初稳性高度，即没有考虑液体的流动性。
海洋工程船舶建造过程中的重量重心控制
海洋工程船舶建造过程中的重量重心控制2中交海洋建设开发有限公司天津市 300453摘要：海洋工程船舶对于海洋油气资源开发而言是关键工程设备。
海洋工程船舶在具体建造过程中，管理环节最重要的一环就是控制重量重心，此环节也是考量船舶建造是否成功的一个重要指标。
对船舶进行设计、施工建造过程中，导致船舶重量重心发生变化的影响因素极多。
本文主要针对海洋工程的船舶建造进行分析，然后基于此，提出了一系列重量重心的控制措施，以供参考。
关键词：海洋工程；船舶建造；重量；重心；控制前言：由于海洋工程施工要求，海洋工程船舶在具体设计、建造过程中，会有诸多法律法规对其进行约束，还需要与指定的海洋工程项目有所关联。
具体开展设计建造作业时，不仅要思考船舶自身的合理性，又需要对船舶投入运行之后的适用性进行思考。
正是由于海洋工程船舶具备上述特殊性，空船的重量重心控制对于船舶设计建造而言至关重要，船舶重量变化对于船舶装载能力会起到直接影响。
因此，针对重量重心进行合理管控，可以增强船舶的稳定性以及优化船舶的主要功能。
1控制重量重心的意义对船舶重量重心进行控制，就是对空船的重量和重心进行控制，要求是在竣工状态之下空船重量低于设计重量的上限，但不可以无节制地降低，需要保证竣工状态之下空船重量保持在相关标准范围之内。
空船重量与变动重量二者之间呈现对立关系，空船重量一旦高于设计数值，变动重量极有可能无法达到标准数值。
以半潜运输船为例，在竣工状态下空船质量如果高于设计值标准，在具体航行运输时就无法到达指定的载重量。
竣工状态下的空船重量如果低于设计数值，那么在最大压载的水装载状态下，船舶无法下潜到最大深度。
另外，船舶自身重量变化，与船舶投资经济性能密切相关。
一般情况下，船舶设计、建造重点都在空船重量控制环节，但对于此环节的关注度却较低。
通常情况下认为，重心区域只会影响到船舶在运行中的稳定性，但实际却是，重心区域对于船舶的主要性能会起到直接影响。
船舶的重量重心
实时监控船舶状态参数变化
监测船舶吃水深度
监测压载水和货物状态
通过测量船舶在不同位置的吃水深度， 可以推算出船舶的浮态和载重状态。
通过测量压载水和货物的重量和分布 情况，可以了解船舶载重的变化。
监测船舶纵倾和横倾角
船舶的纵倾和横倾角反映了船舶重心 的位置，实时监测这些参数有助于判 断船舶的稳定性。
灵活调整压载水和货物分布
船舶的重量重心
contents
目录
• 船舶重量与重心概述 • 船舶空载时重量与重心计算 • 装载条件下船舶重量与重心变化分析 • 航行过程中动态调整策略 • 法规标准与检验要求 • 总结与展望
01 船舶重量与重心概述
船舶重量定义及分类
船舶重量是指船舶本身以及所装载货物、燃料、淡水、备品备件等物品的总重量 。
船舶证书要求
船舶必须持有有效的证书，如吨位证书、载重线 证书等，以证明其符合相关法规和标准的要求。
3
监管部门的处罚措施
对于不符合相关法规和标准的船舶，监管部门将 采取相应的处罚措施，如罚款、扣留船舶等。
企业内部管理制度完善建议
建立完善的重量重心管理制度
企业应制定详细的重量重心管理制度，明确各部门和人员的职责和工 作流程。
调整压载水
01
通过改变压载水的数量和分布，可以调整船舶的重心和稳定性。
调整货物分布
02
在航行过程中，可以根据需要调整货物的位置和分布，以改变
船舶的重心位置。
综合考虑风浪流等环境因素
03
在调整压载水和货物分布时，需要综合考虑风浪流等环境因素
对船舶稳定性的影响。
确保航行安全稳定性
遵守安全操作规程
在航行过程中，必须严格遵守安全操作规程，确保船舶的稳定性。
船舶设计原理要点
1.试航航速V t：一般指满载试航速度，即主机在最大持续功率的情况下，静止在水中（不超过三级风二级浪）的新船满载试航所测得的速度。
服务航速V S 是指船平时营运时所使用的速度，一般是平均值。
2.续航力：一般指在规定的航速或主机功率情下，船上一次装足的燃料可供船连续航行的距离。
3.自持力：亦称自给力，指船上所带淡水和食品在海上所能维持的天数。
4.船级（船舶入级）：是指新船准备入哪个船级社，要求取得什么船级标志，确定设计满足的规范。
5.积载因数C：对于干货船，通常用其表征货物所需的容积，即每吨货所要求的货舱容积数，单位是T/m 3。
6.船型：是指船的建筑特征，包括上层建筑形式，机舱位置，货舱划分，甲板层数，甲板间高等。
7.载重量系数ηDW=D W0/Δ0：它表示D W0占Δ0的百分数，对同样Δ的船来说，ηDW大者，L W小，表示其载重多。
而对同一使用任务要求，即D W和其他要求相同时，ηDW 大者，说明Δ小些也能满足要求。
8.平方模数法：假定W h比例于船体结构部件的总面积（用L,B,D 的某种组合）如W h=C h L(aB+bD)。
该方法对总纵强度问题不突出的的船，计算结果比较准确，适用于小船尤其是内河船。
9.立方模数法：假定W h比例于船的内部总体积（用LBD反映）则有W h=C h LBD。
该方法以船主体的内部体积为模数进行换算，C h值随L增加而减少的趋势比较稳定。
对大、中型船较为适用。
缺点：没有考虑船体的肥瘦程度，把LBD各要素对W h的影响看成是等同的。
10.诺曼系数N:错误！未找到引用源。
,表示的是增加1Tdw时船所要增加的１浮力。
11.载重型船：指船的载重量占船的排水量比例较大的船舶。
12.布置地位型船：又称容积型船，是指为布置各种用途的舱室，设备等需要较大的舱容及甲板面积的一类船舶。
13.失速：风浪失速是指船舶在海上航行，由于受风和浪的扰动，航行的速度较静水条件时的减少量，这种速度损失有时是相当大的。
船舶设计原理(第三章)船舶重量重心
WO = CO 4 LBD
式中：CO1、CO2、CO3、CO4均为取自母型船的对应系数。
3.2 空船重量估算
3.2.2 舾装重量的分析与估算
船舶原理与设计
第三章、船舶重量重心
1. 舾装重量WO 的估算方法
WO 的其他估算方法： 统计公式； 较详细的分项估算。 分项估算的详细程度根据设计的深度而定。对于已确定的具体舾装设 备，可参照设备样本提供的重量资料来确定，如救生设备、锚泊设备、舵 设备、起货设备等。对于舱口盖、甲板覆料、内装材料等可根据布置和选 型结果，用型船资料或经验公式等方法估算。对于设计暂未确定的其他杂 项的重量也可用型船资料换算，换算中注意对新船和型船的不同处应进行 适当的修正。
WH ∝ Lα B β Dγ d σ CBτ
式中：α、β、γ、σ、τ 称为主尺度对船体钢料重量的影响指数。 各指数的大体关系为： α > β > γ 和 σ 及 τ ，其中α & 空船重量估算
3.2.1 船体钢料重量的分析与估算
船舶原理与设计
第三章、船舶重量重心
1. 影响船体钢料重量的主要因素 （2）布置特征 甲板层数 舱壁数量 上层建筑和甲板室 布置决定的结构形式 （3）使用要求 新船要求的使用年限 结构材料（高强度钢的使用比例） 附体的大小和多少 ……
2. 分项估算方法
3.2 空船重量估算
3.2.4 固定压载和排水量裕度
船舶原理与设计
第三章、船舶重量重心
1. 固定压载
固定压载属于空船重量的一部分。船舶加固定压载的主要原因有： 某些船稳性不足，加固定压载以降低重心高度； 某些特殊船舶嫌满载吃水太浅或排水量太小，用固定压载加大吃水和 排水量； 有的船因布置的特殊要求导致浮态不理想，用加固定压载来调整纵倾。 对于一般运输货船，设计成加固定压载是不允许的。某些特殊情 况下，新船建造完工后，发现重心过高或浮态很不好，用加固定压载 来作为一种补救措施，以便在新船牺牲了部分装载能力后还能继续使 用。
船舶重量重心控制方案
船舶重量重心控制方案李群（福建省马尾造船股份有限公司，福建福州350501）摘要结合马尾船厂生产设计和建造过程，阐述了船舶重量重心控制方案，包括控制目标、各建造阶段控制措施、超差管理等内容，以及取得的业绩：对其它船厂在船舶建造过程中的重量重心控制有一定的借鉴意义。
关键词船舶设计建造；重量重心；控制目标；工作实施主流程；超差管理中图分类号：U671文献标识码：A文章编号：1672-4801（2020）05-066-04DOI:10.19508/ki.1672-4801.2020.05.022重量重心控制是船舶建造过程中的重要一环，并且贯穿从设计到建造乃至使用过程，控制住船舶重量重心意味着航速、稳性等总体性能设计指标的实现，是船舶交付验收的一项关键指标。
马尾船厂近年来建造了包括集装箱船、散货船、成品油船、拖船、远洋渔船以及高端海洋工程船等各类型船舶，具有丰富的船舶重量重心控制经验，形成了一套成熟的船舶重量重心控制方案。
1重量重心控制工作要求根据各类船型特点，为做好设计和建造阶段重量重心控制工作，船厂需要提前策划，成立重量重心控制工作组织管理机构，制定重量重心控制工作内容和流程，做好生产设计阶段重量重心对比分析和动态更新，做细做实钢板测厚、船体和设备称重，严格执行设备超差管理审批程序，定期进行月度及各建造阶段重量重心控制工作汇总和分析，按规程进行倾斜试验以检验重量控制效果等方面，确保船舶重量重心指标在允许的范围之内。
1.1控制目标根据船舶满载排水量，结合船厂在各型船舶重量重心控制工作的经验，设定的重量重心控制目标为：1）施工建造过程中重量裕度控制目标不大于施工设计阶段空船重量的2.5%。
2）满载排水量时横倾角不大于0.5°，无艏纵倾、艉纵倾不大于0.4%的设计水线长。
1.2空船重量空船重量包括以下项目：1）按照船舶技术规格书建造、装配完成的空船，但不包括消耗品和储藏品。
2）所有备件和备用设备。
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随着设计阶段的不断深入，重量计算也由粗 到细，由最初阶段参考母型或统计资料的粗略估 算到最后按设计船的施工图纸及施工文件分项精 确计填，是个逐渐深化、逐渐准确、多次循环螺 旋式上升的过程。
在不同设计阶段，重量重心计算的方法是不 一样的。
在技术设计，施工设计及完工计算时，船舶 的主要图纸均已具备，船舶的各主要部分均 已确定，甚至实船也已造出，因此此时的重 量重心计算可以按图纸(或在完工计算中按实 船)进行详细的分项计算，然后逐项累计即可。
客及其行李、燃油、滑油及炉水、食品、淡水， 备品及供应品等重量。
同时，船舶所受浮力，等于船体所排开水的重量△， 故有浮力方式
kLBbTC
式中， ——水的密度(t／m)，
海水密度为1．025t／m3； 淡水密度为1．0t／m3；
——该装载情况下的型排水体积(m)；
k——附体体积系数，通常为1．004～1．01，因 为为型排水体积，不包括外板厚度及附体(如舵、 螺旋桨、轴支架，舭龙骨等)在内，k值为考虑这些 因素而定的系数。
在上述统计数值中，通常对小船取大值，大船取 小值；L、B、T、Cb-----船长、型宽、吃水及 方形系数(L，本书指垂线间长，即Lbp)。
根据浮力和重量相等，可得浮性方程式
Wi kLBbTC W
G F
二、民船典型载况 船舶在营运及航行过程中，其载重量(如
货物、旅客及行李、油、水)是变化的。随着载 重量的变化，船的排水量及其浮心和重心的位 置也不同，因而船的各种技术性能也就不同。
为了掌握船舶在营运过程中的技术状况，须取 若干种典型载况加以研究。
民船通用的典型载况是空载和满载，相应 的典型排水量为空船排水量和满载排水量。
1、空船排水量 空船排水量系指新船竣工交船时的排水量，即空 船排水量LW。此时，动力装置管系中有可供主机动 车的油和水，这部分油水重量包含在机电设备重量 内，相应的机电设备重量称为 湿重，但不包括航行 所需要的燃油、滑油和炉水储备及其他载重。
此时可能出现以下情况： ①新船不能在预定的航线上航行，或必须减载航 行，这是因为，对于沿海和内河船舶，往往是航 道水深限制了船舶吃水；对于远洋船舶，则是停 靠港的泊位水深限制了船舶吃水。 ②船舶干舷减小，储备浮力减少，船舶大角稳性 与抗沉性难以满足，甲板容易上浪，船舶结构强 度也可能不满足要求．
反之，如果将船舶重量计算得过重，则船舶
但在设计初期即主尺度及排水量确定阶段， 则不具备这些条件，设计船的重量重心只能 依据母型或统计资料进行较为粗略的估算。
本章主要介绍初始设计阶段船舶重量重心 的估算方法，寻求船舶主尺度系数与各部分重 量之间的内在规律；同时，还将简略介绍船舶 设计中、后期图纸资料比较完备情况下重量重 心的计算方法。
§2—2 空船重量的分析与估算
通常，空船重量估算的准确度是船舶设计能 否成功的关键之一。这是因为空船重量LW占了船 舶排水量△的相当部分(见表2—1)，而且其影响 因素多，不容易估算准确。
表2-1 各类船舶的空船重量与满载排水量之 比
一、空船重量分类 构成空船重量的项目是十分繁杂的。为便于船
舶设计者准确地计算空船重量，避免重量项目计算 的重复或遗漏，为便于船舶建造者进行原材料及设 备订货，同时也便于船厂经营部门进行船舶报价， 需要将空船重量按一定的原则进行分类。按惯例， 空船重量通常分为： 1、船体钢料重量Wh； 2、木作舾装重量Wf； 三大部分 3、机电设备重量Wm， 各部分又细分为若干组，各组再分成若干项， 如表2—2所列。
在船舶稳性规范中，对各类民船的典型载况 都作了具体规定。
三、重量重心估算的重要性
船舶重量重心估算准确与否将直接影 响设计船的航行性能与经济性，因而必须 仔细地进行估算，力求提高估算精度．在 设计过程中，如果将船舶重量计算得过轻， 则完工船的实际重量值将大于计算值，即 重力大于浮力，实际吃水将超过设计吃水。
§2—1 概述 船舶设计的基本要求之一是使船舶按预定状
态浮在水面上，据《船舶静力学》知识，即要求 船舶重量与浮力平衡，重心与浮心在同一铅垂线 上；基本要求之二是使设计船满足预定的载重 量，而船舶载重量通常是排水量与其自重的差值； 基本要求之三是使设计船满足任务书规定的 各项航行性能指标，而船舶排水量则往往是船舶 性能估算或计算的一个重要基础。因此，船舶 重量与重心计算是船舶设计中一项首要的基础工 作，实船设计往往从重量估算开始。
满载到港——这时的油水等重量，规定为设 计状态时油水储备量的10％(不包括滑油)；
空载出港——船上不载运旅客与货物。但油 水储备量为设计状态的100％。
空载到港——船上不装载旅客与货物，而油 水等为其总储备量的10％。
对于客货船，除上述载况外，通常还要核算 满客无货出、到港载况，有时还要加算航行中 途载况。
尺度选择势必偏大，船舶建造所需的原材料与工 时消耗增加，显然，船舶经济性降低；同时，由 于实际吃水小于设计吃水，螺旋桨可能露出水面 而影响推进效率，海上航行时船舶耐波性也可能 变差。
类似地，如果船舶重心纵向位置Xg计 算误差过大，则实船将出现较大纵倾，影 响船舶的浮态、快速性与耐波性；
船舶重心高zg误差过大，则实船初稳
性高将产生较大的减少或增加，从而影响
船舶稳性与横摇性能；同时，重心 xg、
zg计算误差过大，都可能影响船舶的使用
效能。
所以以上的分析充分说明了重量重心估算的重要性
四、重量重心计算的特点与方法
重量重心计算特点有二：
一、是贯穿于整个设计过程的始终；
所谓贯穿始终，就是在设计的各个阶段，如 初步设计、技术设计、施工设计，完工计算等各 个阶段都须进行重量估算或计算。
2。满载排水量 船舶装载了预定的全部载重量的载况称为满载， 相应的排水量即为满载排水量。如重量估算准确， 则满载时船舶吃水等于设计吃水，因此，满载排水 量也称为设计排水量。民船通常以满载载况作为设 计状态，它是决定船舶主要要素的基础。
对于货船，设计中通常取四种典型载况，即
满载出港——设计状态，
一、重量方程式与浮性方程式 船舶在某种装载情况下的总重量，称为重量排
水量△，它是船舶各部分重量Wi之和(单位为t)，
即有重量方程式 Wi LWDW
LWWh Wf Wm
式中，LW——空船重量(t)； Wh——船体钢料重量(t)； Wf——木作舾装重量(t)； wm——机电设备重量(t) DW ——载重量(t)， 包括货物、船员及其行李、旅