1、第三章船舶稳性,主要内容, 第一节船舶稳性基本概念 第二节初稳性 第三节大倾角稳性 第四节动稳性的概念 第五节IMO及中国对稳性的要求 第六节船舶稳性检验校核及适度判断 第七节船舶稳性的调整,教学目标及基本要求： 弄清稳性与船舶安全的关系，确保在整个航次中船舶具有适 度稳性；理解船舶稳性若干概念，熟练计算不同装载情况下 的船舶稳性；掌握不同条件的稳性调整方法及计算；弄懂船 舶静稳性曲线和动稳性曲线绘制方法；熟知IMO 及中国完 整稳性的基本要求。 重点： 船舶稳性的概念和分类，初稳性高度的计算及其影响因素， 我国和IMO 稳性规范对船舶稳性的要求和船舶稳性的校 核、检验与调整方法。难点： 动稳
2、性概念，在动稳性曲线上求取最小倾覆力矩（臂）， IMO 横风横浪联合作用的倾侧模型。, 船舶在海上航行时，因受到风压力、波浪冲击力等外力作用，使船体产生运动。其中最主要的一种运动形式，就是船舶的横摇，如果横摇幅度超过一定限度，就可能导致船舶倾覆。因此，所有船舶必须具有一种能抵抗风、浪等外力作用，保证不致倾覆的能力，这就是本章所要讨论的船舶稳性。,船舶稳性（Stability），是指船舶受外力作用发生倾斜，当外力消失后能够回到原来平衡位置的能力。（The ability of Return to the Upright when Slightly Inclined) 。 船舶稳性与航行安全有密切
3、的关系，为防止倾覆，首先要求船舶具有足够的稳性。同时，稳性过大又会引起船舶剧烈横摇，使人晕船，影响航海仪器的使用等。因此，营运中应保证船舶具有适度的稳性。稳性的大小与船体几何形状有关，这是船舶设计建造问题。但是，船舶稳性的大小也与载荷垂向分布状况有关，这是在配积载工作中所要解决的问题。,第一节船舶稳性基本概念, 一、稳性力矩 见P39,二、船舶平衡状态 船舶的平衡状态取决于微倾前后两条浮力作用线的交点M（Metacenter）（横稳心）的位置与船舶重心点G的位置之间的相互关系。1稳定平衡 横稳心M的位置位于船舶重心点G的上方。船舶受倾侧力矩作用离开平衡位置后，浮力作用线在外侧，重力作用线在内侧
4、，重力和浮力构成的力偶矩WR为正值，即复原力矩，该复原力矩使船舶恢复到原平衡位置。此时，船舶所处的平衡状态称为稳定平衡状态（Stable）。,2不稳定平衡状态 横稳心M的位置位于船舶重心点G的下方。船舶受倾侧力矩作用离开平衡位置后，浮力作用线在内侧，重力作用线在外侧，重力和浮力构成的力偶矩WR为负值，即倾覆力矩，该倾覆力矩使船舶继续倾斜。此时，船舶所处的平衡状态称为不稳定平衡状态（Un-stable）。 3随遇平衡状态 横稳心M的位置与船舶重心点G的位置重合。船舶受倾侧力矩作用离开平衡位置后，重力作用线与浮力作用线在同一条垂直线上，重力和浮力不构成力偶矩，复原力矩MR为零。此时，船舶所处的平衡
5、状态为随遇平衡状态。,由此可见，处于不稳定平衡状态的船舶，在倾覆力矩作用下使船舶继续倾斜，最终导致船舶发生倾覆；处于随遇平衡状态的船舶受外力矩作用发生倾斜，当外力矩消失后，船舶因复原力矩为零，不可能回至原平衡位置，且当较长时间受到外力矩作用时，船舶的横倾角将在一定范围内不断增大，最终仍有可能导致船舶倾覆；只有处于稳定平衡状态的船舶，才具有一定的抵抗外力矩能力，且当外力矩消失后，在正的复原力矩作用下，使其自动回到原来的平衡位置。因此，要保证船舶的安全，使船舶具有一定的抵御风浪的能力，必须使船舶处于稳定平衡状态，即保证船舶具有一定的稳性。,三、稳性的分类 (1)按倾斜方向的不同可分为： 横稳性（
6、Transverse Stability) 和纵稳性 （Longitudinal Stability）。(2)按倾斜角度的大小可分为： 初稳性（ Initial Stability) 和大倾角稳(Stability at Large of In-clination）：） (3)按作用力性质的不同可分为： 静稳性（ Statical Stability) 和动稳（Dynamical Stability）。 (4)按船舱破损与否可分为： 完整稳性（Intact Stability)和破舱稳性 （Damaged Stability）。,第二节初稳性,指船舶受静态外力矩作用，不计及倾斜角速度的稳性。静
7、态外力矩是指逐渐作用在船上,引起船舶倾斜的过程缓慢而忽略船舶倾斜角速度的倾侧外力矩。如在船上一舷装卸或横向移动少量载荷时作用于船舶的倾侧力矩。 静稳性研究的假定条件是：船舶处于静水中，受静力作用，忽略船舶横倾时船体首尾不对称引起的纵倾影响。,一、初稳性方程式,系指船舶倾角小于10一15)。或上甲板边缘开始人水前的稳性。 1.船舶小角度倾斜的特征： (1) 等体积倾斜。倾斜前后排水量不变，即V1V2。 (2)倾斜轴通过初始水线面面积中心，即漂心f。 (3)某一排水量时船舶的横稳心M(Meta centre )点的位置可视作固定不变，浮心B沿着以M为圆心，以稳心半径B0M为半径的圆弧轨迹移动。,2
8、.初稳性方程式： MR9. 81GZ=9.81GMsine 式中： MR 一复原力矩（ Righting Moment），kNm; 排水量，t； 船舶横倾角度数， ； GZ 静稳性力臂（ Stability Lever）， 也称复原力臂，m; GM初稳性高度（ Metacentric Height），m。,由此可知，当船舶在一定排水量下发生小角度横倾时，复原力矩MR的大小与初稳性高度GM成正比。所以，初稳性高度是衡量初稳性大小的基本标志。要使船舶产生正的复原力矩，必须使GM为正值，即重心G点在稳心M点之下。 由图3-3可知： GM=KM-KG KM船舶横稳心距基线高度（Transverse M
9、etacentre above the Base Line），m，可以根据平均吃水或排水量在静水力曲线图或静水力参数表上查得. KG 船舶重心距基线高度（ VerticalCenter of Gravity above Base Line），m。其值与空船重心高度及载荷配置方案有关。,二、初稳性高度的计算方法,1.初稳性高度的计算公式,2.载荷中心距基线高度的求法 1)估算法 将装在同一舱内且积载因数相近、位置相邻的货物合并起来视为一类货物，然后分别估算各大类货物的重心距基线高度。它与货物体积、舱内货堆高度、货舱结构形式有关，可近似地加以确定。船舶中部的舱室，货堆的重心可取为0.5的货堆高度；
10、在船首、船尾等部位的舱室，货堆的重心高度可取货堆高度的0.54一0.58。,2）利用舱容曲线图确定载荷重心高度 这种方法比较准确，但需要船舶具有舱容曲线资料；。舱容曲线是一种船舶资料，每一货舱有一张曲线图。其下面横坐标为货舱容积，纵坐标为货堆表面距基线高度，上面横坐标为容积中心距基线高度。图上有两条曲线，分别是舱容曲线和容积中心距基线高度曲线。,根据装载货物所占的舱容，在下面横坐标上找到相应的位置点，过该点作一垂直于下面横轴的直线，交舱容曲线于一点A，过A点作横轴的平行线，交纵坐标轴，即可读得该货物表面距基线高度。该平行线交容积中心距基线高度曲线于B点，过B点向上作横轴的垂直线，即可在上面的横
11、坐标轴上读得该货物的容积中心距基线高度。当所装货物为均质货（即同一种货）时该中心等于货物的重心。,当舱内装载多票货物时，先用上述方法求出最底层货物的重心高度，再求置于第一层货物上面的货物与第一层货物的合计体积中心，然后求出第二层货物的体积中心（即其重心），接着按相同方法可以求出第三层、第四层货物的重心，最后根据各票货物的重心，即可求得舱内所有货物的合重心。,3)以合体积中心作为该舱货物的合重心高度 在实际工作中，上述两种方法均嫌麻烦，因此在杂货船上很少被采用。目前绝大多数杂货船，均以舱内所装货物的合体积中心作为该舱货物的合重心（如果货物已满舱，则取舱容中心为货物合重心）。使用这种方法所得的货物
12、重心显然与实际的重心高度有出入，但因方法简便，而且所求得的GM值比实际值为小，偏于安全，所以这种方法为广大驾驶员所乐于采用。,三、货物垂向移动对稳性的影响及计算,当计算所得船舶初稳性高度GM值过大，可采取由下层舱往上层舱移动货物的方法。 当计算所得船舶初稳性高度GM值过小，可采取由上层舱往下层舱移动货物的方法。,四、载荷改变对初稳性高度的影响,重量大量增减 重量少量增减,五、货物悬挂对稳性影响及计算,悬挂货物在船舶倾斜时使初稳性高度降低，且始终为负值。 悬挂货物的重量越大，悬挂点越高，船舶的稳性降低越多。 悬挂情况相同时，船舶的排水量越小，稳性高度降低越多。, 六、自由液面对初稳性高度的影响及
13、计算, 船上各液体舱柜出现不满舱时，船舶产生横倾，液体就会向船舶倾斜一侧移动，此时液体表面称为自由液面（Free Surface）：舱内液体的流动，将使液体 的体积形状发生变化，液体的重心向倾斜一侧移动，降低初稳性高度，影响船舶安全。通常自由液面对初稳性高度的影响减少值可从船舶“稳性报告书”中查得。,第三节大倾角稳性,一、大倾角稳性基本概念 船舶在海上航行时，由于受风、浪作用而发生大角 度横倾比小角度横倾常见。大倾角稳性是指船舶横 倾角超过10的大角度横倾时的稳性。研究初稳性时，由于其倾角很小，我们运用MR 9.81GMsin公式使初稳性计算大大简化。当倾角增大 到超过10时，其水下部分形状发
14、生明显变化，倾斜轴不再 通过初始水线的漂心f，横稳心M也不再是定点，而是随横倾 角变化而变化。所以，在大倾角状态下不能用初稳性高度 GM来表征船舶大倾角稳性的大小，大倾角稳性的大小仍然 取决于复原力矩的大小。,1.稳性力矩的计算公式利用稳性交叉曲线求取KN值 所谓稳性交叉曲线(Cross Curves ofStability)是船舶设计部门绘制的在一定倾角下KN随排水体积变化的关系曲线。利用公式计算KH值KH=KG.sin,2大倾角稳性与初稳性的主要区别 从大倾角稳性基本概念可知与初稳性的区别为： (1) 大倾角横倾时， 不再是等容斜倾，倾斜轴不再通过初始水线面面积中心，即漂心f ； (2)在
15、同一排水量时，横稳心M是在随横倾角变化而变化的曲线上； (3)用静稳性力臂GZ作为衡量大倾角稳性的基本标志。,二、大倾角稳性的计算,利用稳性交叉曲线求取形状稳性力臂KN的值 利用公式计算重量稳性力臂KH的值,三、静稳性曲线,静稳性曲线（Curve of StaticalStability） 是表示某一船舶在一定的排水量和一定的重 心高度时的复原力臂（或复原力矩）与横倾 角关系的曲线。对一艘船舶，当排水量及重 心高度不同时静稳性图也就不同。 1静稳性曲线图主要特征,2.影响静稳性曲线的主要因素 静稳性曲线形状影响船舶稳性的主要参数，而静稳 性曲线的形状又受到有关因素的影响，这些因素有：(1)船宽
16、：其他条件相同的船舶，其船宽不同，则静稳性曲线的形状也不同。因为船宽增加，船舶的形状稳性力臂也增大，复原力臂随之增大，但同时甲板浸水角将减小。所以，船宽越大，其静稳性曲线最高点的位置将在较小的横倾角时出现。,(2)干舷：在其他条件相同的情况下，船舶干舷的大小对初稳性不产生影响，而对大倾角稳性有影响。(3）排水量：对于同一艘船舶，排水量不同，其静稳性曲线也不同。因为排水量不同时其形状稳性力臂值不同，所以复原力臂也不同。 (4)船舶重心高度：同一艘船舶，在同一排水量时，其装载方案不同，即船舶的重心高度不同，则其重量稳性力臂不同，所以复原力臂值也不同。,(5)自由液面：自由液面对船舶稳性的影响相 当
17、于增大了船舶重心高度，因而，自由液面 的存在使静稳性曲线下降，最大复原力臂和 稳性消失角减小。 (6)初始横倾：当船舶重心偏离中纵剖面时， 船舶会出现初始横倾角。初始横倾角的存在 同样会使静稳性曲线下降，最大稳性力臂和 稳性消失角减小。,第四节动稳性,一、动稳性的表示及其计算1动稳性概念及动平衡 系指船舶受动态外力作用，计及倾斜角速度和角加速度的稳性。船舶在航行中经常受到外力矩的突然作用，如受强阵风突然吹袭，受海浪猛烈冲击等等。船舶在动态外力矩作用下，当外力矩等于复原力矩时，因船舶的横倾角速度已不能被忽略，由于惯性作用船舶还将继续倾斜。根据“动能定律”，当外力矩所作的功完全由复原力矩所作的功抵
18、消时，船舶的角速度才变为零而停止倾斜，但此时并未达到力的平衡状态，船舶将开始复原。如此往复摆动，受水和空气的阻力作用，船舶的摆动角速度逐渐减小，船舶最终将平衡于其静横倾角处s处（如图3-15所示）。,2动稳性的表示方法 船舶在动力横倾力矩作用下达到动平衡的条 件是：动力矩所作的功等于复原力矩所作的 功。 3最小倾覆力矩 当船舶实际受到的外力矩大于横倾力矩的极 限值时，船舶动平衡遭到破坏，船舶就会倾 覆。这个横倾力矩的极限值又称为最小倾覆 力矩(Minimum Capsizing Moment）。 它是衡量船舶动稳性的重要指标。,4.动稳性曲线图 船舶动稳性的有关参数可用动稳性曲线表示。动稳 性
19、曲线是表示动稳性力矩（即复原力矩作的功）或 动稳性力臂与横倾角的关系曲线。它是静稳性曲线 的积分曲线。 动稳性曲线的用途：已知外力矩,求动倾角,求最小 倾覆力矩及极限动倾角。实际工作中，船舶所受的 力（如碰撞力、拖索急牵、转舵初期等）都是动 力，使船舶发生横倾的外力矩也是动力矩，在动力 矩作用下的稳性就是动稳性。动稳性以最小倾覆力 矩作为衡量指标。从动稳性要求考虑，只有外力矩 不大于最小倾覆力矩才能保证船舶不致倾覆。,第五节 IMO及中国对稳性的要求,为保证船舶营运安全，国际海事组织（International Maritime Organization，简称IMO）和各航运国家都对船舶的稳性
20、提出了基本衡准要求。一、IMO关于适合各种类型船舶的完整稳性规则 1993年IMO第一十八届大会通过的IMO关于适 合各种类型船舶的完整稳性规则A .74918)决议） （简称IMO稳性规则）对各种类型船的完整稳 性的建议包括两部分，第一部分为对静稳性曲线特 征所作的要求，第二部分为天气衡准，即对动稳性 所作的要求。,二、中国船级社（船舶与海上设施法定检验规则）要求 对货运船舶稳性衡准包括三个方面： 第一是关于稳性衡准数；第二是关于静稳性曲线特性；第三是对特种船的稳性规定。 三、最小许用初稳性高度和许用重心高度 1、最小许用初稳性高度曲线 2、许用重心高度曲线 四、船舶稳性资料应用简介,第六节
21、船舶稳性检验校核 及适度判断,在船舶稳性校核中，由于各种误差的影响，使稳性校核结果与船舶实际稳性状况往往难以完全吻合。因此，驾驶人员应采取一定方法，进行实船的稳性检验及判断，以便能及时发现问题，正确评价本船稳性状态，并采取必要措施，确保船舶安全营运。,一、船舶稳性检验 1根据实测横摇周期检验初稳性高度 船舶横摇周期T是在指船舶横摇一个全摆程所需的时间（s）。船舶的横摇周期与初稳性有密切的关系，船舶启航后，驾驶员可以用秒表测定船舶的横摇周期来检验初稳性高度GM的计算是否适宜，建议连续测10次以减少测量误差。横摇周期T与初稳性高度GM的关系,(1)我国法定规则中的公式 (2）对于船长不超过70m的
22、船舶有下面2横向移动载荷检验稳性 检验船舶停泊时的稳性，可以用左右舷移动载荷或一舷吊杆同时起吊货物等方法使船舶产生一个横倾角，以此检验船舶GM值。 当横向移动载荷P或在一舷同时起吊货物时，其总重量为P，此时船舶的重心将发生横移，船舶产生一个横倾角，此值可以在船舶倾斜仪上读得。根据平行力移动原理得：,3、观察船舶特征 二、船舶适度稳性判断 1、稳性过大过小对船舶安全的影响 2、船舶适度稳性的经验数据 3、保证船舶适度稳性的措施 1）了解船舶状况及航线情况 2）合理配载,第七节船舶稳性的调整,船舶在每一核算状态下均应保持具有合格的稳性。若不符合要求，则必须采取相应的措施进行稳性调整，直至满足要求。
23、 合格稳性的含义是： 1.船舶在港内靠泊或锚泊时，应满足 1)初始横倾角不宜过大（通常限制在3以内）： 2)尽管允许酌情降低对完整稳性的最低要求，但至少应满足对初稳性高度的 单项最低要求：,2船舶在离、到港时或航行途中，应同时满足 1）无初始横倾角； 2）满足对完整稳性的最低要求；3）避免横摇周期过小（通常应大于9S）。,一、船舶初稳性高度的调整 1.载荷垂向移动调整GM 当计算所得GM值过大时，就可以采取由下层舱往上层舱移货的方法，以提高船舶的重心高度，降低GM值；反之，GM过小，可以采用由上层舱往下层舱移货的方法来降低船舶重心高度，以提高GM值。在上、下层舱间移动货物时，船舶的排水量不变,
24、KM数值也不变。因此，GM调整量应等于船舶重心高度的改变量。根据平行力移动原理，当重量P的货物其重心自位置g1移至位置g2时，货物上、下移动距离为Z。,在编制配载图时，若上、下层的货舱没有安排满货物，按照上述计算方法是可行的。但是如果上、下层货舱均已安排满货物，则单向移动货物措施不便实现，需同时将轻、重货物进行等体积对调，才能实现移货的要求。对调货物需要满足下列联立方程：,2. 载荷增减调整GM 加减载荷引起船舶排水量随之发生变化。,二、船舶横倾角的调整 1.横向移动载荷 由于是移动载荷，船舶排水量保持不变，因此，当已知原排水量和GM时，为消除初始横倾角，需将重物P横向移动距离Y。 2.在船舶一侧加减少量载荷,
