船舶原理

1、船舶的航海性能包括哪些性能？各自的含义分别是什么？1、浮性：船舶装载一定的载荷，仍能浮于一定水面位置而不沉没的能力。

2、稳性：船舶受外力作用离开平衡位置发生倾斜而不致于倾覆，当外力消除后仍能回复到原来平衡位置的能力。

3、抗沉性：船舶遭受海损事故舱室破损进水，仍能保持一定的浮性和稳性而不致于沉没或倾覆的能力。

4、快速性（或称速航性）：船舶在其动力装置产生一定功率的情况下能达到规定航速的能力。

快速性包括两方面：1）船舶阻力：研究船舶航行时所遭受的阻力。

目的在于掌握阻力的变化规律，从而改善船型，降低阻力。

即阻力的成因、分类、计算、影响因素和降阻措施。

2）船舶推进：研究船舶推进器，推进器克服阻力发生推力。

目的在于设计出符合要求的高效推进器。

即推进器的水动力性能、设计高效推进器。

5、操纵性：船舶在航行是按照驾驶员的意图保持既定航向的能力或改变航行方向的能力。

包括：1）航向稳定性：保持原有航向的能力。

2）转首性：应舵转首的能力。

3）回转性：应舵作圆弧运动的能力。

6、耐波性（或称适航性）：船舶在风浪海况下航行时的运动性能，即船舶在风浪中遭外力干扰而产生各种摇摆运动，以及砰击、上浪、失速和飞车等时，仍能维持一定航速在水面上安全航行的能力。

主要研究内容为船舶摇摆。

目的在于：掌握船舶摇摆规律，采取措施以减缓船舶摇摆。

船舶摇摆的含义：1）船舶转动：横摇、纵摇和首摇―――摇；2）船舶直线运动：横荡、纵荡和垂荡―――摆。

2、船型系数有哪些？各自的含义是什么？会进行船体系数的相关计算。

1）水线面系数的大小表示水线面的肥瘦程度。

2）中横剖面系数的大小表示水线以下的中横剖面的肥瘦程度。

3）方形系数的大小表示船体水下体积的肥瘦程度。

4）棱形系数的大小表示船体水下排水体积沿船长方向的分布情况。

5）纵向棱形系数的大小表示船体水下排水体积沿吃水方向的分布情况。

3、了解梯形法的基本原理，掌握用梯形法列表进行船体计算的方法，掌握“成对和”和“自上而下和”的含义。

梯形法的原理：以折线近似代替原积分曲线。

4、了解端点修正的含义和作图方法。

P111、端点修正可以提高计算的精确度。

2、端点修正主要针对梯形法提高计算精确度。

3、端点修正仅对曲线端部坐标进行修正（中间坐标不能进行修正），其目的是使端点坐标在参加数值积分时能尽量准确在计算出端点部分的面积，但图形形心不宜改变过大。

4、端点修正（和增加中间坐标）亦可对横剖面、横剖面面积曲线等进行，5、掌握浮态的概念和种类，掌握其表征参数。

船舶浮于静水的平衡状态称为浮态，浮态分为正浮、横倾、纵倾和任意状态（横、纵倾兼有）四种。

1、正浮船舶中纵剖面和中横剖面均垂直于静止水面的浮态，即船舶端端正正浮于水面的浮态。

1）平衡方程式BBW 0Y Y GGX X ρ∇∆＝＝＝＝＝ 2）表征参数：吃水T 。

2、横倾船舶中横剖面垂直于静止水面，但中纵剖面与铅垂平面成一角度的浮态。

即船舶向左右舷倾斜的浮态。

1）平衡方程式BBGGBW Y Y Z Z GX Xρφ∇∆＝＝＝－＝（－）tan φ：横倾角，右倾为正，左倾为负。

2）表征参数：吃水T 和横倾角φ。

3、纵倾船舶中纵剖面垂直于静止水面，但中横剖面与铅垂平面成一角度的浮态。

即船舶向艏艉倾斜的浮态。

1）平衡方程式BBGGBW 0X X Z Z GY Y ρθ∇∆=＝＝＝－＝（－）tan θ：纵倾角，艏倾为正，艉倾为负。

平均吃水1()2F A T T T =+。

2）表征参数：平均吃水T 和纵倾角θ。

4、任意状态船舶既有横倾，又有纵倾的浮态。

1）平衡方程式B G G B BGGBW X X Z Z Y Y Z Z ρθφ∇∆＝＝－＝（－）tan －＝（－）tan 2）表征参数：平均吃水T 、横倾角φ和纵倾角θ。

6、掌握民用船舶的重量和典型排水量的分类。

组成船舶重量的名目虽多，但概括起来可归纳为两大类。

1）固定重量（LW ）：包括船体钢料重量（hW）、木作舾装重量（fW）、机电设备重量（mW）以及武器装备重量等，也称为空船重量，或称船舶自（身）重（量）。

2）变动重量（DW ）：包括货物、船员、行李、旅客、淡水、粮食、燃料、润滑油以及弹药等重量，也称为载重量。

船舶排水量是空船重量与载重量之和。

载重量与载货量是两个不同的概念。

对于民用船舶来说，通常所说的船舶吨位是指船舶的载重量而不是它的排水量 民用船舶的典型排水量：1）、满载出港排水量：指在船上装载设计规定载重量（即按设计任务书要求的货物、旅客和船员及其行李、粮食、淡水、燃料、润滑油、锅炉水的储备以及备品、供应品等均装载满额的重量），离开港口出发时的排水量。

2）、满载到港排水量：满客、货，到达港口时的排水量。

此时燃料、润滑油、淡水、粮食等消耗品还剩满额的10%。

3）、空载出港排水量：无客货、消耗品满额，离开港口时的排水量。

4）、空载到港排水量：无客货、消耗品还剩满额的10%到达港口时的排水量。

7、了解正浮状态下船舶排水体积、浮心位置计算的方法和基本原理。

8、掌握每厘米吃水吨数的概念和定义式，会应用每厘米吃水吨数求小载荷装缷时平均吃水的变化。

注意：1）每厘米吨数是吃水的函数。

2）上述推导中T δ为小量，否则水线面面积不能视为常量。

3）每厘米吨数曲线与水线面面积曲线形状相似。

9、掌握邦戒曲线的组成；掌握用邦戒曲线计算纵倾状态下排水体积、浮心位置的步骤和相关公式。

一、邦戒曲线的组成 1、横剖面面积曲线()Sf z A=（实线表示）。

2、横剖面面积对基面的静矩曲线()oyf z M=（虚线表示）。

分别计算出每站不同吃水下的横剖面面积SA和横剖面面积对基面的静矩oyM，在各站处以吃水为自变量、横剖面面积和横剖面面积对基面的静矩为因变量，画出其对应的横剖面面积和横剖面面积对基面的静矩随吃水的变化曲线，如图所示。

说明：1、邦戒曲线实际上是两组曲线组所构成：横剖面面积曲线组和横剖面面积对基面的静矩曲线组。

2、为缩短图纸幅面、使用方便，常采用不同的船长和吃水比例，图上的船体形状显得短而高。

至于面积和静矩的比例需考虑到船的大小以及便于读数。

3、横剖面面积曲线和横剖面面积对基面的静矩曲线的比例分别表示为：21cmm=⨯⨯、31cm m=⨯⨯。

21cm m=⨯⨯的含义：以10站为例说明，过10站线某一吃水T 作一水平线交该站()Sf z A=曲线于一点，交点至站线的垂直距离的厘米数乘以⨯⨯的得数即表示横剖面面积的大小。

31cm m=⨯⨯的含义类似。

二、纵倾状态下船舶排水体积和浮心位置的计算我们不深究邦戒曲线的计算和绘制，只重点学习当船舶艏艉吃水已知时，利用邦戒曲线计算纵态状态下的排水体积和浮心位置，步骤如下：1、根据船舶的艏吃水FT、艉吃水AT，在邦戒曲线图上作出纵倾水线11W L 。

2、自纵倾水线与各站线的交点作平行于基线的直线，并分别与各站的横剖面积曲线和横剖面面积对基面的静矩曲线相交。

根据各曲线的比例量出各站处的横剖面面积12S S S A A A⋅⋅⋅、、、和面积对基面的静矩12M M Moy oy oy ⋅⋅⋅、、、。

3、根据量出的数值，可绘制该纵倾水线下的横剖面面积曲线()Sf x A=和面积对基面的静矩曲线()oyf x M=（一般给出此图便于进行端点修正）。

4、根据横剖面面积曲线()Sf x A=的特征，可知该曲线下的面积及其形心纵坐标分别为船舶在纵倾水线11W L 下的排水体积和浮心纵坐标，因此22LL Sdx A -∇=⎰2222LL SyozL BL SdxdxxA M xA --==∇⎰⎰5、横剖面面积对基面的静矩曲线()oyf x M=下的面积等于排水体积对基面的静矩，故可求出浮心垂向坐标，即2222L L oyxoyL B L SdxdxMMz A --==∇⎰⎰讨论：1、船舶仅有纵倾无横倾，故0By=，不必计算。

2、若用梯形法近似计算纵倾状态下的排水体积和浮心位置，如何将积分式转换成近似计算公式和计算表格。

3、邦戒曲线在船体计算中非常有用，例如稳性计算、舱容计算、可浸长度计算、下水计算以及船体总强度计算中都要用到它。

10、掌握储备浮力的概念、作用和表示方法。

11、掌握载重线标志的含义和作用。

12、了解水密度改变时船舶浮态的变化规律。

当船舶从一个密度的水域驶入另一个密度的水域时，船舶的排水量没有变化，但吃水和浮心位置都将发生变化，即浮态发生变化。

一、吃水的变化1、将浮性方程ρ∆∇=对密度ρ求微分，得2d d ρρ∇=-∆。

2、W d dz A ∇=，将吃水T 代替z ，代入，得2Wd dT A ρρ∆=-。

3、又100WTPCA ρ=，故100d dT TPC ρρ∆=-。

讨论：1、当船舶由淡水域驶入海水域，0d ρ>，则0dT <，即吃水减小。

2、当船舶由海水域驶入淡水域，0d ρ<，则0dT >，即吃水增大。

二、浮心位置的变化1、可推导得，()B Bd dF x x x ρρ=--、()B B d d z T z ρρ=--，一般船舶BF xx <。

1）当船舶由淡水域驶入海水域，0d ρ>：0B d x >，浮心前移，由于重心不变，将发生艉倾；则0B d z <，浮心下移。

2）当船舶由海水域驶入淡水域，0d ρ<：则0B d x <，浮心后移，将发生艏倾；则0B d z >，浮心上移。

2、由于船体左右对称，水密度改变时浮心横向坐标不会改变。

关键点：浮态的表征参数为T 、φ和θ，水密度改变对船舶浮态的影响是通过分析如下公式来体现的：1、100d dT TPC ρρ∆=-2、()BBd dF x xx ρρ=--、()B Bd d z T z ρρ=--，tan BG GBx x z zθ-=-13、掌握稳性的分类。

一、按倾斜方向来分1、横稳性：船舶横向倾斜时的稳性。

2、纵稳性：船舶纵向倾斜时的稳性。

二、按倾斜力矩的性质来分1、静稳性：倾斜矩缓慢作用于船，使船的倾斜角速度很小或忽略不计时的稳性。

2、动稳性：倾斜外力矩突然作用于船，使船舶倾斜有明显角速度时的稳性。

三、按倾斜角度的大小来分1、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前的稳性。

2、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后的稳性。

讨论：1、大角度倾斜一般只在横倾时产生，因此大倾角稳性也称大倾角横稳性。

船舶的纵倾一般都属于小角度情况。

2、把稳性划分为初稳性和大倾角稳性两类的原因是，在研究船舶初稳性可引入某些假定，既使分析和计算过程简化，又能较明确地获得影响初稳性的各种因素之间的规律。

3、根据不同的分类标准可把稳性分为不同的类别。

任何事物分类时，必先确定分类标准。