貨運03-航海第3章-保證船舶適度的穩(wěn)性1

海上貨物運輸?shù)?章

保證船舶適度的穩(wěn)性§3保證船舶適度的穩(wěn)性本章要求掌握船舶穩(wěn)性的基本概念；掌握初穩(wěn)性、大傾角穩(wěn)性和動穩(wěn)性的表示方法和校核方法；了解靜穩(wěn)性曲線圖和動穩(wěn)性曲線圖的特征和應(yīng)用掌握船舶穩(wěn)性的要求；掌握船舶穩(wěn)性的檢驗和調(diào)整方法。§3保證船舶適度的穩(wěn)性重點船舶穩(wěn)性（初穩(wěn)性、大傾角穩(wěn)性和動穩(wěn)性）的表示和核算方法；船舶穩(wěn)性衡準要求；船舶穩(wěn)性的檢驗和調(diào)整方法。難點船舶靜穩(wěn)性曲線圖和動穩(wěn)性曲線圖。穩(wěn)性很重要§3—1船舶穩(wěn)性的基本概念一、船舶的靜平衡狀態(tài)①穩(wěn)定平衡狀態(tài)：（Stablequilibrium)：船舶穩(wěn)心M在重心G之上，GM>0。船舶傾斜后重力W與浮力Δ構(gòu)成的穩(wěn)性力矩能使船舶恢復(fù)到初始平衡狀態(tài)。一、船舶的靜平衡狀態(tài)②隨遇平衡狀態(tài)（Neutralequilibrium)：船舶穩(wěn)心M與重心G重合，GM=0。船舶傾斜后重力W與浮力Δ所構(gòu)成的穩(wěn)性力矩不能使船舶恢復(fù)到初始平衡狀態(tài)一、船舶的靜平衡狀態(tài)③不穩(wěn)定平衡狀態(tài)（Unstableequilibrium)船舶穩(wěn)心M在重心G之下，GM<0。船舶傾斜后重力W與浮力Δ所構(gòu)成的穩(wěn)性力矩能使船舶繼續(xù)傾斜。二、穩(wěn)性分類穩(wěn)性及其分類1）穩(wěn)性（stability）：船舶在外力矩(TheExternalmoment)作用下發(fā)生傾斜，當(dāng)外力消除后能自行恢復(fù)初始平衡位置的能力。2）物理意義：船舶傾斜后具有復(fù)原力矩(rightingmoment)或力臂(rightingarm）。穩(wěn)性及其分類3）分類：①按傾斜方向：橫穩(wěn)性（Transversestability）縱穩(wěn)性（Longitudinalstability）②按傾斜角大?。撼醴€(wěn)性（initialstability）大傾角穩(wěn)性(Stabilityatlargeangles)

穩(wěn)性及其分類③按受力性質(zhì)：靜穩(wěn)性（staticalstability）動穩(wěn)性（Dynamicalstability）④按船艙是否破損：完整穩(wěn)性（Intactstability）破艙穩(wěn)性（Damagedstability）

§3—2初穩(wěn)性一、初穩(wěn)性的基本標志靜穩(wěn)性：船舶受靜態(tài)外力矩的作用，不計及傾斜角速度復(fù)原力矩

MR=9.81ΔGZ(KN·m)GZ為復(fù)原力臂MR

與Δ、KG、θ有關(guān)

§3—2初穩(wěn)性§3—2初穩(wěn)性初穩(wěn)性船舶傾角<10°~15°或上甲板邊緣開始入水前的穩(wěn)性1）特征：①傾斜軸過正浮時漂心②穩(wěn)心M為定點，BM（r）為定值§3—2初穩(wěn)性2）相關(guān)概念：浮心、穩(wěn)心（initialmetacenter)漂心、穩(wěn)性半徑3）初穩(wěn)性的表示方法①初穩(wěn)性方程：MR=9.81Δ?GZ=9.81Δ?GMsinθ②衡量標志：GM③影響初穩(wěn)性因素：

Δ↗、GM↗→MR↗§3—2初穩(wěn)性二、GM的表達式GM=KB+BM－KG－δGMf=KM－KG－δGMf

h=Zb+r－Zg－δGMf初穩(wěn)性高度GM值的計算三、GM的求取GM=KB+BM－KG－δGMf=KM－KG－δGMf

①KM:查靜水力資料初穩(wěn)性高度GM值的計算②KG:KG的計算載荷Pi重心距基線高Zi

的確定a.計算法：按SF歸類求近似貨堆高計算各貨重心高：平行中體:0.5Hc首尾：0.54~0.58HcKG的計算b.艙容曲線：縱：貨堆表面距基線高下橫：艙容上橫：容積中心距基線高應(yīng)用：根據(jù)貨堆表面高度求貨物所占艙容和貨物重心距基線高；b.艙容曲線②KGc.取艙內(nèi)貨物體積中心。

d.取艙容中心，實用，偏于安全GM經(jīng)驗值四、自由液面對GM值的影響自由液面的影響：GZ減小GM下降FreeSurfaceEffect四、自由液面對GM值的影響③δGMf的計算（FreeSurfaceCorrection）:

δGM=

----Freesurfacemoment

Ixi——液艙自由液面的面積對橫傾軸的慣性矩（m4）查資料

或：A、具有折點且液面對稱的艙（柜）ix=l(b1+b2)(b12+b22)(m4)a.矩形：ix=lb3/12b.等腰三角形：ix=lb3/48ix與液面寬的三次方成正比b1b2l四、自由液面對GM值的影響B(tài)、具有折點且液面不對稱的艙（柜）

ix=l(b1+b2)(b12+b22)(m4)直角三角形：ix=lb3直角梯形：原式

ix與液面寬的三次方成正比四、自由液面對GM值的影響

C、無折點且液面對稱液化氣船的液艙為球形、圓柱形或橢圓形

ix=lb3l、b—分別為液面最大長度和最大寬度。四、自由液面對GM值的影響四、自由液面對GM值的影響3.GM表達式：GM=KB+BM－KG－δGMf=KM－KG－δGMfa.結(jié)構(gòu)措施矩形液艙寬b,n等分

ix=ix/n2

b.營運措施：裝滿排空排水通暢

4.減小自由液面影響的措施b一、載荷移動：少量P條件：ΣPi<0.1Δ1.載荷水平橫移tgθ=py/ΔGM=p（y2-y1）/ΔGM§3-3載荷變動對穩(wěn)性的影響及計算§3-3載荷變動對穩(wěn)性的影響及計算2.載荷垂移：假設(shè)KM不變δGM=-δKG=-P（Z2-Z1）/Δ=P（Z1-Z2）/Δ

=PZ/Δ§3-3載荷變動對穩(wěn)性的影響及計算二、重量增減1.大量增減2.少量增減δGM=-δKG=-GoG=-=-多票：δGM=單票：§3-3載荷變動對穩(wěn)性的影響及計算三、貨物懸掛

m–虛重心§3-4大傾角穩(wěn)性一、大傾角穩(wěn)性的基本概念1）區(qū)別：①橫傾軸不過正浮時漂心②M點不為定點③B點軌跡不是固定半徑和圓心的圓弧

2．大傾角穩(wěn)性2）大傾角穩(wěn)性的基本標志

—GZMR=9.81ΔGZ

Δ一定時：GZ↗MR↗2．大傾角穩(wěn)性3）GZ值的計算基點法：GZ=KN-KH

KH——重量穩(wěn)性力臂KH=KGsinθ，與KG，θ有關(guān)

KN——形狀穩(wěn)性力臂，與Δ，θ有關(guān),由穩(wěn)性交叉曲線查取3）GZ值的計算穩(wěn)性交叉曲線(CrossCurvesofStability)

：橫坐標：型排水體積V或Δ縱坐標：KN（或lf）;10～80°法一：GZ=KN-KH3）GZ值的計算KGA——假定重心高度

GAZA——假定重心高度處復(fù)原力臂值，查穩(wěn)性交叉曲線將假定重心處的GAZA修正到實際重心處的GZ假定重心法：GZ=GAZA+（KGA

-KG）sinθGZ=GAZA+（KGA

-KG）sinθ2．大傾角穩(wěn)性4）自由液面對大傾角穩(wěn)性修正特點：自由液面傾側(cè)力矩（力臂）隨θ而變法①直接利用自由液面傾側(cè)力矩——θ關(guān)系資料修正（大傾角的自由液面修正力矩Mfs）

δGZ=–ΣMfs——各艙自由液面修正力矩代數(shù)（KN.m）4）自由液面對大傾角穩(wěn)性修正方法②修正重心高度（通過對初穩(wěn)性進行修正）將自由液面對初穩(wěn)性高度的修正值看作船舶重心升高δGM=-δKG=–（KG-KGo）KG=KGo+δGMfGZ=KN–

KGsinθ=KN–(KGo+δGMf)·sinθ

4）自由液面對大傾角穩(wěn)性修正復(fù)原力臂值減少：δGZ=δGM

sinθ(重量穩(wěn)性力臂增加)(m)此法未考慮自由液面對橫傾軸慣性矩變化。2．大傾角穩(wěn)性5)靜穩(wěn)性曲線(CurveofIntactStatical

StabilityorRightingArmCurve)一定Δ下，MR或GZ（lR）與θ關(guān)系曲線5)靜穩(wěn)性曲線（1）繪制步驟：①計算KG和Δ②據(jù)Δ在穩(wěn)性橫交曲線上查取各θ（10°～80°）下KN值。③計算各θ的sin值④計算KH=KGsinθ⑤計算GZ（lR）=KN-KH或⑥計算MR=9.81ΔGZ⑦標連各點5)靜穩(wěn)性曲線PositiveStabilityNegativeStabilityNeutralStability5)靜穩(wěn)性曲線（2）靜穩(wěn)性曲線的特性特征值：GM、GZmax

θsmax

θv

（2）靜穩(wěn)性曲線的特性①靜傾角（靜平衡角）θSMR=Mh(外力)（2）靜穩(wěn)性曲線的特性②MaximumRightingArm(GZmax)或MaximumRightingmoment(Mrmax)

靜穩(wěn)性曲線的最大值（2）靜穩(wěn)性曲線的特性③MRmax或GZmax對應(yīng)角θsmax(極限靜傾角,AngleofGZmax)（2）靜穩(wěn)性曲線的特性④穩(wěn)性消失角(Capsizingangle)θv

靜穩(wěn)性曲線x橫軸交點對應(yīng)角穩(wěn)性范圍(RangeofStability)

：0°～θv°（2）靜穩(wěn)性曲線的特性⑤甲板浸水角θim

原點到最高點水反曲點，θim后GZ增長減緩（2）靜穩(wěn)性曲線的特性⑥GM值

GZ曲線在原點處的切線斜率

GZ′|θ=0=GMcosθ|θ=0=GMa.作原點處曲線的切線b.θ=1rad(57°.3)處作軸垂線交切線于Cˊ點c.GM=DCˊ

（2）靜穩(wěn)性曲線的特性⑦θ=30°對應(yīng)的復(fù)原力臂GZ|θ=30°靜態(tài)外力矩作用所出現(xiàn)的最大橫傾角≤30°GZ|θ=30

°可用以表征船舶的大傾角穩(wěn)性5)靜穩(wěn)性曲線(3)影響靜穩(wěn)性曲線的主要因素：①B：↗GZmax↗θf

、θsmax

、θv↘(3)影響靜穩(wěn)性曲線的主要因素②F(D):↗GZmax

θsmax

θv

θf↗曲線在甲板入水角之后有區(qū)別∴F(D)對初穩(wěn)性無影響大傾角穩(wěn)性隨F↗而變好(3)影響靜穩(wěn)性曲線的主要因素③KG↗GZ↘

(3)影響靜穩(wěn)性曲線的主要因素④Δ↗KN↘GZ↘但MR隨Δ↗而增加⑤自由液面Ix：大傾角穩(wěn)性的Ix隨θ的增大而變大§3—5動穩(wěn)性一、動平衡及動傾角動穩(wěn)性：船舶在外力矩的動力作用下表現(xiàn)的穩(wěn)性，考慮橫搖慣性矩（或角加速度）。動平衡過程分析§3—5動穩(wěn)性動平衡：Wh(橫傾力矩作功)=WS（復(fù)原力矩作功）

Wh=

WR=二.動穩(wěn)性的基本標志動穩(wěn)性的表示方法θ的右邊邊界線以內(nèi)，MS或lS曲線下面積，即：1）動穩(wěn)性力矩函數(shù)WS(θ)

WS(θ)=(KN.m.rad)二.動穩(wěn)性的基本標志2)動穩(wěn)性力臂函數(shù)ld(θ)ld(θ)=

三、最小傾覆力矩1.基本概念SOM′E′=SE′F′N′時對應(yīng)的傾覆力矩（Mh）Mhmin與船舶裝載狀態(tài)有關(guān)比較：θs

θsmax

θdmax(極限動傾角)F‘F’sm三、最小傾覆力矩Mh

<=Mhmin4．動穩(wěn)性曲線Ad(θ)(或ld(θ))曲線，是靜穩(wěn)性曲線（MR（θ）或lR(θ)）的積分曲線

三、最小傾覆力矩4．動穩(wěn)性曲線1）繪制辛氏或梯形法則對MR（θ）或lR(θ)計算面積。4．動穩(wěn)性曲線2)靜動穩(wěn)性曲線的關(guān)系①θ=0lR=ld=0②θ=θsmax

lR=lRmaxld曲線處于反曲點③θ=θv

lR=0ld=ldmax

4．動穩(wěn)性曲線3)用途①已知Mh求θd

繪Wh曲線，

Wh=Mhθ過θ=57.°3處D作垂線CD,取C′D=Mh,連DC′及OI(即Wh曲線),則OC′與Wd(θ)曲線交點對應(yīng)角即θd

。4．動穩(wěn)性曲線4．動穩(wěn)性曲線②求Mhmin和θdmax過O點作Wd曲線的切線OJ，切點H對應(yīng)角為θdmax，OJ為Wh作CD交OJ于C，則CD=Mhmin

4．動穩(wěn)性曲線5．穩(wěn)性（天氣）衡準數(shù)K保證船舶適度的穩(wěn)性§3—6對船舶穩(wěn)性的要求一、《法定規(guī)則》的要求二、IMO對船舶穩(wěn)性的要求§4—2對船舶穩(wěn)性的要求一、《法定規(guī)則》的要求1．對船舶穩(wěn)性基本衡準指標的最低要求（4點要求）*適用于雜貨船、油船*經(jīng)自由液面修正1）初穩(wěn)性：GMf≥0.15m

一、《規(guī)定規(guī)則》的要求2)大傾角穩(wěn)性：

①GZ30°orθf≥0.20m

②θsmax≥25°穩(wěn)性衡準數(shù)3)動穩(wěn)性穩(wěn)性衡準數(shù)K≥1一、《法定規(guī)則》的要求6．《法定檢驗規(guī)則》對Mw(lw)

和Mhmin(lhmin)的計算要求1）Mw(或lw)計算①查風(fēng)壓傾側(cè)力臂曲線：②Mw=Pw.Aw.Zw(KN.m)與排水量有關(guān)

lw=Mw/9.81.Δ(m)一、《法定規(guī)則》的要求2)Mhmin或lhmin求?。河嬎銠M搖角θ1及進水角θf修正。①考慮θ1的修正——計初始橫搖θ1a.由Δ、GM查橫搖角曲線得θ1b.已知θ1求Mhmin或lhmin在MR（lR）曲線圖上

SNKMN=SNPC對應(yīng)OMOM=Mhmin(或lhmin)考慮θ1的修正HKNCPOM考慮θ1的修正2)Mhmin或lhmin求?、诳紤]θf修正，靜動穩(wěn)性曲線均因θf中斷。一、《規(guī)定規(guī)則》的要求2．最小許用穩(wěn)性高度（GMc）和極限重心高度（KGc）同時滿足4點基本要求的GM或KG1）GMc曲線滿足4點要求的GMmin縱坐標：GMc橫坐標：Δ一、《規(guī)定規(guī)則》的要求2）KGc曲線滿足4點要求的KGc縱：KGc橫：Δ一、《規(guī)定規(guī)則》的要求3．對船舶穩(wěn)性基本要求的說明：1）四點要同時滿足或GM≥GMc2）基本要求適用于雜貨船、油輪3）經(jīng)自由液面修正4）計及結(jié)冰對穩(wěn)性影響一、《規(guī)定規(guī)則》的要求5）假設(shè)條件：①無航速、水線面水平波浪：波浪中GM減少0.3～1.0m縱傾：尾傾GM↗5）假設(shè)條件②船舶無初始橫傾初始橫傾將損失船舶穩(wěn)性，當(dāng)船舶初始橫傾角較大時，船舶的一項或幾項穩(wěn)性指標將得不到滿足。積載時盡量消除初始橫傾，并采取措施防止貨物航行中移位?！?—2對船舶穩(wěn)性的要求二、IMO對船舶穩(wěn)性的要求

《IMO穩(wěn)性規(guī)則》對船舶完整穩(wěn)性的七項基本衡準：1．GM≥0.15m初穩(wěn)性2.A0~30≥0.055m.rad3.A0~X≥0.090m.Rad

動穩(wěn)性x=min(40°,θf) 4.A30~X≥0.030m.rad二、IMO對船舶穩(wěn)性的要求5.GZ|θ=30°≥0.20m大傾角穩(wěn)性6.Θsmax>30°至少25°二、IMO對船舶穩(wěn)性的要求7．天氣衡準（船長LBP≥24m的船舶）圖中面積b≥a7．天氣衡準lw1——穩(wěn)定風(fēng)壓力臂θ0——lw1對應(yīng)靜傾角lw2——突風(fēng)力臂lw2=1.5lw1θ2=min(θf,50°,θc)θc——lw2為GZ曲線第二個交點7．天氣衡準Mw1=Pw.Aw.Zw(KN.m)lw1=Mw1/9.81.ΔLw1—Aw面積中心到吃水一半處的垂直距離§3保證船舶適度的穩(wěn)性第三節(jié)船舶穩(wěn)性的校核與檢驗一、船舶穩(wěn)性的校核1.船舶《穩(wěn)性報告書》(Stabilityreport)：

船舶設(shè)計或建造部門負責(zé)向船舶提供經(jīng)船檢部門(船級社）核準的船舶《穩(wěn)性報告書》或《船舶裝載手冊》或《穩(wěn)性計算資料》。一、船舶穩(wěn)性的校核《法定規(guī)則》規(guī)定的報告書或手冊的主要內(nèi)容1)船舶主要參數(shù);2)基本裝載情況穩(wěn)性總結(jié)表;3)主要使用說明;4)各類基本裝載情況穩(wěn)性計算;5)液體艙自由液面慣性矩表及對初穩(wěn)性高度修正的說明,6)進水點位置和進水角曲線,7)許用重心高度曲線圖或最小許用初穩(wěn)性高度曲線圖。船舶《穩(wěn)性報告書》另外還包括：

船舶靜水力參數(shù)、各類艙艙容及其中心位置、風(fēng)壓傾側(cè)力臂、穩(wěn)性橫交參數(shù),邦金〈戎)參數(shù)等資料形式的曲線圖或數(shù)據(jù)表。一、船舶穩(wěn)性的校核完整的校核過程通常包括兩方面l)對穩(wěn)性最低要求的校核應(yīng)選擇在每一離到港航段中對穩(wěn)性最不利的裝載狀態(tài),以保證船舶在整個航段的任一時刻,其完整穩(wěn)性的全部要求均能同時滿足。l)對穩(wěn)性最低要求的校核穩(wěn)性的校核通常有三種方法：（1）比對基本裝載狀態(tài)當(dāng)船舶選定的核算裝載狀態(tài)與《穩(wěn)性報告書》中某一基本裝載狀況相同或更好，可免于校核。l)對穩(wěn)性最低要求的校核（2）利用KGc或GMc

當(dāng)船舶提供有“許用重心高度KGc曲線圖或最小許用初穩(wěn)性高度GMc曲線圖"時,經(jīng)自由液面修正后的KG必或GM必須滿足：

GM≥GMc+Ch

或

KG≤KGc-Ch(3)缺少KGc或GMc資料時，按相關(guān)衡準要求逐項校核一、船舶穩(wěn)性的校核2)對船舶橫搖周期的校核

航行中的船舶,在滿足對其完整穩(wěn)性最低要求的前提下,所核算裝載狀態(tài)下未經(jīng)自由液面修正的GM0應(yīng)滿足:

（m）一、船舶穩(wěn)性的校核3.保證船舶穩(wěn)性的經(jīng)驗方法駕駛?cè)藛T應(yīng)總結(jié)特定船舶,在不同排水量條件下,各層艙〈集裝箱船為艙內(nèi)和艙面)之間貨物重量的合理地分配比例。對于具有兩層艙的近海和遠洋的萬噸級貨船的經(jīng)驗數(shù)據(jù),接近滿載時：無甲板貨：二層艙約35%,底艙的裝貨重量占約65%.

3.保證船舶穩(wěn)性的經(jīng)驗方法有甲板貨：甲板貨重量不超過10%,甲板貨的堆高一般不得超過船寬的1/5～1/6。二層艙加甲板上的裝貨重量之和占約35%,底艙仍占約65%。第三節(jié)船舶穩(wěn)性的校核與檢驗二、船舶初穩(wěn)性高度的檢驗

駕駛?cè)藛T應(yīng)當(dāng)利用各種條件,進行實船的初穩(wěn)性高度的檢驗。1.航行中的檢驗方法船舶橫搖周期：是指船舶橫搖一個全擺程（四個擺幅)所需的時間(s)。影響因素：船舶的自搖周期、舷外水的阻尼力矩、波浪等擾動外力矩、船舶液體艙內(nèi)未滿艙的液體自搖周期的影響等有關(guān)。營運船舶通常使用船舶自搖周期的計算公式來粗略地計算其橫搖周期。1.航行中的檢驗方法我國《法定規(guī)則》中提供的橫搖周期(自搖周期〉與GM0的關(guān)系式為：

（s）式中:f——按船寬吃水比B/d值，查表求得的系數(shù);B——船舶型寬〈m),d——所核算裝載下的型吃水(m)KG?！怂阊b載下船舶重心距基線高度(m)GM?！怂阊b載下船舶未經(jīng)自由液面修正的初穩(wěn)性高度(m)。1.航行中的檢驗方法實用中也常用下列公式：

式中:f--橫搖周期系數(shù),其值與船舶大小、形狀及重量分布等因素有關(guān)。對一般貨船,f=0.7~0.8。1.航行中的檢驗方法船舶的《穩(wěn)性報告書》也提供有橫搖周期與GM。的關(guān)系曲線圖（橫搖曲線)數(shù)據(jù)表。二、船舶初穩(wěn)性高度的檢驗2.停泊時的檢驗方法

船舶在停泊時檢驗初穩(wěn)性高度的基本原理與船舶傾斜試驗的原理相同.設(shè)船舶的排水量為Δ,處于無橫傾狀態(tài)時,將船上重物P橫向移動距離Y，由此引起的橫傾角θP˙Y=Δ˙GM˙tanθGM=PY/Δtanθ(m)二、船舶初穩(wěn)性高度的檢驗3.穩(wěn)性不足的征兆船舶受較小的外力矩作用,會發(fā)生明顯的橫傾,傾斜過程相對緩慢。通常作用于船舶的較小橫向外力矩有:船舶吊桿向一側(cè)移動；受較小的橫風(fēng)吹襲；一次較大舵角的操作；拖輪在一側(cè)有橫向分力的拖帶；船舶在一舷油水消耗或打排壓載水稍有左右不均衡