1、船舶航海性能包括： 浮性船舶在一定装载情况下浮于一定水面位置的能力。,绪论,船舶稳性,船舶在外力作用下，船舶发生倾斜而不致倾覆，当外力作用消失后，仍能回复到原来平衡位置的能力,船舶抗沉性,船舶破损进水情况下的浮性和稳性,船舶快速性,船舶的速航性，其中包括：船舶阻力性能，及船舶推进性能,船舶耐波性（适航性）,船舶在风浪中的运动性能，此时船舶发生摇荡运动（横摇、纵摇和升沉等）。,船舶操纵性,船舶操纵性包括：航向稳定性和回转性。,本课课程的特点、地位和内容一、特点和地位 船舶静力学是一门古老而成熟的，基本原理简明的，实践性强，在船舶设计、船舶建造及船舶营运中非常有用的学科。是船舶工程专业的最重要的专
2、业课，是船舶原理和船舶设计课程的基础，也是船舶诸多性能的基础。,二、研究范畴和内容1、范畴船舶原理是研究船舶航海性能的一门科学，它包括如下两部分：船舶静力学（以流体静力学为基础）（1）浮性（2）稳性船舶动力学（以流体动力学为基础）（3）抗沉性（4）快速性（阻力与推进）（5）适航性（耐波性）（6）操纵性,三、研究与判断船舶稳性的方法1、 理论计算（应用浮性及稳性的基本理论）、实船倾斜试验（测量实船的重量重心）,四、本课程的学习方法1、牢固掌握基本理论，搞清基本概念；2、重视理论联系实际，加强实践性环节；3、积极思维，不放过疑难和不懂的问题 ，认真总结提高。,五、船舶静力学课程内容 （1）船体形状
3、及近似计算（2）浮性（3）初稳性（4）大倾角稳性（5）抗沉性（6）船舶下水,第一章 船体形状及近似计算,1-1 主尺度、船形系数和尺度比,主尺度、船形系数和尺度比是表示船体大小、形状、肥瘦程度最简明的几何参数,表达船体外形的主坐标平面用三个相互垂直的基本平面来表示：（1）中线面（对称面）通过船宽中央的纵向垂直平面；（2）中站面通过船长中点的横向垂直平面；（3）基平面通过船长中点龙骨板上缘的平行于设计水线面的平面。,三个主坐标平面,型线图所表示的船体外形称为船体型表面,基本投影平面,船体型表面在中线面、中站面和设计吃水处的平行于基线面的截面分别称为中纵剖面、中横剖面和设计水线面,三个基本截面,一
4、、主尺度,主尺度表示船舶的大小，由船长、型宽和吃水等来度量。 （1）船长L，有三种：总长LOA平行与设计水线首尾的最大距离（进船坞、码头或过闸门市时采用）垂线间长LPP 首垂线与尾垂线之间的水平距离（习惯上默指的船长，在船舶静水力计算中采用）设计水线长LWL 设计水线在首尾与船型表面之交 点的水平距离（军舰及在阻力分析中常采用）；,（2）型宽B指船体两侧型表面(不包括外板厚度)之间的最大水平距离； （3）型深D在甲板边线最低点处，自龙骨基线至上甲板边线的垂直距离； （4）吃水d龙骨基线至设计水线的垂直距离，一般指平均吃水。,船舶特征尺度,二、船型系数,船型系数是表示船体水下部分面积或体积的肥瘦
5、程度的无因次系数，它包括： 面积系数 （1）水线面积系数CWP , （2）中横剖面系数CM , 体积系数 （3）方形系数CB , （4）棱形系数CP , （5）垂向棱形系数CVP , V,水线面积系数是与基平面相平行的任一水线面的面积AW与由船长L和型宽B所构成的长方形面积之比，即,几何意义：表示水线面积的肥瘦程度,舯横剖面积系数CM舯剖面在水线以下的面积AM与由设计水线宽B和吃水d所构成的长方形面积之比，即,几何意义： 表示水线以下的舯横剖面积的肥瘦程度,舯方形系数CB船体在水线以下的排水体积与由船长L、设计水线宽B和吃水d所构成的长方形体体积之比，即,CB几何意义： 表示船体水线以下排水体
6、积的肥瘦程度。,（纵向）棱形系数CP船体在水线以下的排水体积与由船长L、舯横剖面积AM所构成的棱柱体体积之比，即,CP 的几何意义： 表示船体水线以下排水体积沿船长的分布情况,棱垂向形系数CVP船体在水线以下的排水体积与由相对应的水线面面积AW和吃水d所构成的棱柱体体积之比，即,CVP的几何意义： 表示船体水线以下排水体积沿吃水方向的分布情况,三、尺度比,船舶各主要尺度比是表示船体几何特征的重要参数，它包括：（1）长宽比L/B （2）宽吃水比B/d （3）型深吃水比D/d （4）长深比L/D,1-2 船体型线图与型值表,船体外形一般都是复杂的流线型体，表示其形状最全面，最精确的方式是用型线图。
7、它是船舶设计、理论计算和施工建造的重要依据，因而是关系到船舶全局的一张最重要的图纸。,一、船体型线图,船体型线图所表示的船体表面称为船体型表面。注意！钢船、铝船体的型表面为外板的内表面；水泥船、木质船和玻璃钢船的型表面为船壳的外表面。,（1）横剖线图平行于中站面的一组横剖面； （2）半宽水线图平行于基线面的一组水平剖面； （3）纵剖线图平行于中线面的一组纵剖面。,船体型线图的组成：,二、船体型值表,船体型值表是船舶性能计算和建造的主要依据。为避免图纸的伸缩变形，长期保存船型的重要数据需要给出船体型值表。,1-3 船体近似计算方法,在船舶性能计算中通常要进行船体计算,其内容包括:横剖面、水线面积
8、、排水体积、这些面积与体积的几何形心、面积的惯性矩等等，这些计算常称为船体计算，是船舶设计中的基础工作之一。由于船体型线复杂，不能用解析式表达，因此一般是根据型线图用数值积分法来进行计算。,最常用的近似计算方法有：,一、梯形法,一个单元的梯形面积为：,用若干直线段组成的折线近似地代替曲线，是最简便的数值积分方法。,总面积：,梯形法求面积的近似积分公式：,称为修正值,二、辛浦生法,用二次抛物线段来近似代替实际曲线， 称为辛浦生第一法；用三次抛物线段来近似代替实际曲线称为辛浦生第二法。,该法的实质是用抛物线段来近似代替实际曲线。船体的大部分曲线事实上是与抛物线相近的，因此辛浦生法的计算结果精度较高
9、，得到广泛应用。,1. 辛浦生第一法,二次抛物线的表达式：,一个单元的二次抛物线所围成的面积为：,（a0、a1、a2为常数）,（1-5）,建立面积与纵坐标的表达式:,（1-6）,由二次抛物线表达式，在 x 轴的三个坐标点上确定相应的 y i 值：,由（1-5）与（1-7）式，相同单元的二次抛物线所围成的面积应相等，即：,（1-7）,得方程组：,将、 代入到（1-6）式，可得：,（1-8）,令L为底边长度，L=2l，上式成为,（1-9）,式中，纵坐标前的系数【 1，4，1 】 称为辛氏系数，S.M. 记为辛氏系数之和。 （1-8）式或（1-9）式用于船体计算，称为辛浦生第一法，又简称辛浦生【 1
10、，4，1 】 法。,对于整条曲线所围的总面积：S=s1+s3+s n-1,(1-10),注意: 等分数 n 必须是偶数!,(1-11),式中：l等分间距（或站距）；L所求面积底边总长，L=n l， n为偶数；S.M.括号内各纵坐标前辛氏系数的总合。,五、增加中间坐标 和端点坐标修正,如果在计算中增加坐标数目，可以相应地提高计算精确度，但这将增加计算工作量。将船长分成20等分，设计吃水分成79等分来进行计算，所得计算结果一般在造船工程所允许的误差范围内。船体型线在首尾末端和舭部的曲度变化较大，为了提高计算精度，往往需要用增加中间坐标或端点坐标修正的办法来提高其计算精度。,一般用目测，使梯形oBC
11、D面积=曲线下oACB的面积。,2. 端点坐标修正 （1）船体曲线在端点上,用目测，使三角形DEG面积与曲线下DCG的面积相等，EF平行于DA，DF就是坐标修正值y0。,（2）船体曲线超过了端点,用目测，使三角形ABD面积与曲线下ABC的面积相等，DF平行于BE，EF就是坐标修正值y0。,（3）船体曲线不到端点,面积ABE=Ly1 /2,面积BED=面积AEF =Ly0 /2,根据三角形ABE与三角形EFD相似,可以证明:,则面积ABD=L(y1 - y0 )/2,第二章 浮性,2-1 浮性概述 一、船舶平衡条件,阿基米德原理物体水中所受到的浮力等于该物体所排开的水的重量，即 = 船舶排水量，
12、； 船舶排水体积，； 水的重量密度，t/m3。 淡水 =1.0t/m3 ，海水 =1.025t/m3,(1)重力与浮力的大小相等方向相反，即W= (2)重心G与浮心B在同一铅垂线上。,浮心B也就是排水体积的形心。,船舶平衡条件：,船舶浮性,船舶在一定装载情况下浮于一定水面位置的能力,船舶浮于静水的平衡状态称为浮态。,二、船舶的浮态,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，其平衡方程：,（1）正浮状态,W= x G= x By G = y B = 0,船舶自正浮位置向左舷或右舷方向倾斜的一种浮态，其平衡方程：,（2）横倾状态,船舶自正浮位置向船首或船尾方向倾斜的一种浮态，
13、其平衡方程：,（3）纵倾状态,zB,船舶既有横倾又有纵倾的一种浮态，其平衡方程：,（4）任意状态,zB,z,结论,在研究船舶浮性问题和后面要研究的船舶稳性问题都要研究船舶的重力、重心和浮力（排水量）、浮心之间的关系。船舶静力学是研究上述四个量之间的变化规律及它们的计算方法。,2-2 浮船舶重量和重心位置的计,船舶总重量是船上各项重量的总和。若已知各个项目的重量W i ，则船舶总重量为：W= W1+W2+W3+W n= 式中：n 组成船舶总重量的各个重量项目的数目。,若已知各个项目的重量W i的重心坐标位置（ x i、y i、z i ），则船舶的重心位置（ x G、y G、z G ）可按下式求得
14、：,船舶重量项目的分类,（1）固定重量（空船重量）：包括船体钢料、木作舾装、机电设备以及武备等。它们的重量和重心在船舶使用过程中是固定不变的。,船舶排水量=空船重量船的载重量,（2）变动重量：包括货物、行李、旅客、淡水、粮食、燃料、润滑油以及弹药等。这一类重量的总和就是船的载重量，在船舶使用过程中总是变化的。,排水量定义,排水量随装载情况变化，引起船舶的各种技术性能发生变化。为了反映各种装载状态的船舶的技术性能，军用舰艇和民用船舶都有各自相应的排水量定义：,一、民用船舶排水量定义,（1）空载排水量：指船舶在全部建成后交船时的排水量， 即空船重量。,（2）满载排水量：指船舶装载预先规定的设计载重量的排水量。,军用舰艇排水量定义,（1）空载排水量：指建造全部完工后军舰的排水量， 即空船重量。 （2）标准排水量：指人员配备齐全，必需的供应品备足，作好出海作战准备时的排水量。 （3）正常排水量：指正式试航时的排水量，即相当于标准排水量加上保证50%航程所需的燃料、润滑油和锅炉用水的重量。 （4）满载排水量：指船舶装载预先规定的设计载重量的排水量。 （5）最大排水量：指船舶装载预先规定的设计载重量的排水量。规定为军用舰艇的设计排水量。,
