1、2 Buoyancy,Statics of the Ship,2.1 General Consideration of Buoyancy 2.2 Weight of Ship and Co-ordinates of Center of Gravity 2.3 Calculation of Displacement Center of Buoyancy 2.4 Calculation of Displacement Center of Buoyancy for a Ship Floating with Trim 2.5 Determination of Buoyancy of a Ship Im
2、mersed to any Waterline 2.6 Variation in Position of the Ship with Saltness of Water 2.7 Displacement scale, Reserve of Buoyancy and Load Mark,2.1 General Consideration of Buoyancy,1/1,Co-ordinate System The conditions of equilibrium The floating conditions of a ship,Co-ordinate System,1/1,O点在船舯。XOY
3、平面为基面；XOZ平面为中纵剖面；YOZ平面为中横剖面。X轴指向船首；Y轴指向右舷；Z轴向上。左手坐标系。,浮性是指船舶在一定装载下具有漂浮在水面并保持平衡位置的能力。它是船舶最基本的性能。船在水面受到重力和浮力；根据阿基米德定律：浮力等于船体排开水的重量。 1）重力W 等于浮力： W = = ：船舶排水量，吨；：水的密度，淡水=1 吨/米3；海水=1.025 吨/米3: 排水体积 2）重心与浮心在同一条铅垂线上。,The conditions of equilibrium,1/1,The floating conditions of a ship(1),1/7,Four floating c
4、onditions upright；transverse inclination（heel）；longitudinal trim； heel and trim。,The floating conditions of a ship(2),2/7,1. 正浮状态（Upright）:船浮于静水面，船体中纵剖面垂直于水面(无横倾)； 中横剖面也垂直于水面(无纵倾)。W = = xG = xByG = yB = 0 正浮状态可由一个参数决定：吃水d,The floating conditions of a ship(3),3/7,2. 横倾状态（heel）:船浮于静水面，船体中横剖面垂直于水面(无纵倾)
5、； 中纵剖面与铅垂面成角(横倾角)。W = = xG = xByB -yG =(zG-zB) tan横倾状态由两个参数决定：吃水d， 横倾角。,The floating conditions of a ship(4),4/7,3. 纵倾状态（trim）:船浮于静水面，船体中纵剖面垂直于水面(无横倾)； 中横剖面与铅垂面成角(纵倾角)。W = = xB -xG =(zG-zB) tanyG = yB = 0纵倾状态由两个参数决定：平均吃水d，纵倾角。,The floating conditions of a ship(5),5/7,首吃水dF：首垂线处的吃水；尾吃水dA：尾垂线处的吃水；平均吃水
6、d：d = (dF + dA )/2。纵倾值t：t = dF - dA (首倾为正 )；纵倾角： tan= t / L (L垂线间长)。设计纵倾：指船体龙骨设计成倾斜形式，设计水线面仍与静水面重合；与上述装载纵倾不同。,The floating conditions of a ship(6),6/7,4. 任意状态（Arbitrary）:船浮于静水面，船体中纵剖面与铅垂面成(横倾角)； 中横剖面与铅垂面成(纵倾角)。W = = xB -xG =(zG-zB) tanyB -yG =(zG-zB) tan状态由三参数决定：平均吃水d, 横倾角, 纵倾角。,The floating conditi
7、ons of a ship(7),7/7,一般船舶在各种装载状态，都要进行浮态调整，使船体处于正浮或稍有尾倾状态。横倾、纵倾及任意状态往往都是由于外力 ( 拖牵, 系泊)作用，或船上重量及重心位置改变，或船舶破损进水等原因引起的。这些状态对于船舶航行及其它使用性能均有不利的影响，应当避免。,2.2 Weight of Ship and Co-ordinates of Center of Gravity,1/7,在船舶建造的不同阶段确定船舶的重量、重心 1. 初步设计：用母型船或经验公式分析、估算。其中(zG=D; xG=0 1.5%L; yg=0) 2. 技术设计：对船舶各项重量及其重心分组计
8、算；然后汇总求全船的重量及重心。 3. 建成、改装后：进行倾斜试验，最终确定船舶的重量及重心。,zg and xg,The vertical position of the center of gravity z g may be expressed as fractions of the depth of the side D by the formula: z g = D where is a non-dimensional factor. it ranges 0.5 - 1.0. x g may be expressed as fractions of the length of the
9、 ship L. The abscissa x g may be positive, negative or zero; its absolute value rarely exceeds 1.5 per cent of L.,2/7,Formula,3/7,计算船舶重量W及其重心(XG,YG,ZG)位置:,arrangement of weight into classes,4/7,根据研究问题的要求采用不同的船舶重量分类方法。 固定重量：包括船体钢料、木作舾装、机电设备、武器等。它们的重量和重心位置在船舶使用过程中不变。 变动重量：包括货物、人员及其行李、燃油、滑油、淡水、粮食、供应品和备
10、品以及弹药等。这类重量的总和称为载重量。通常货船、油船的吨位等级是指载重量(非载货量)。,the conditions for civil ship,5/7,1. Lightship displacement (空载排水量)指空船的重量，包括动力装置系统内供启动用存留的油和水。 2. Displacement moulded (满载排水量、设计排水量) 指装载了设计规定的载重量(见变动重量)。又细分为出港(燃油、滑油、淡水、粮食、供应品按100%计算)、到港(上述载量按10%计算)。设计时是指出港排水量。 3. Structure displacement (结构排水量)与计算结构强度时选用的
11、结构吃水对应的排水量，通常超过满载排水量，即在一定的条件下，容许超载时的排水量。,the conditions for army ship(1),6/7,1. Lightship displacement (空载排水量)指空船的重量，包括武器装备。 2. Standard displacement (标准排水量) 指人员、装备、弹药备齐。包括动力装置系统内供启动用存留的油和水；但无任何油水储备。做好出海作战准备的排水量。 3. Design displacement (设计排水量)标准排水量加上保证50%航程所需的油、水储备时的排水量。这时军舰处于最佳的战斗技术状态。通常是军舰设计与试航时的状
12、态。,the conditions for army ship(2),7/7,4. Full load displacement (满载排水量)指标准排水量加上保证全航程所需的油、水储备时的排水量。是一般情况下，军船出港时的装载状态。 5. Displacement extreme (最大、超载排水量) 指满载排水量加上超载的弹药、供应品、油、水储备时的排水量。是军船执行远航任务时的装载状态。,2.3 Calculation of Displacement Center of Buoyancy,1/1,Calculation According to Water-plane Calculati
13、on According to section,理论上，两种方法积分的结果应当相同；实际上由于近似计算的误差，结果有差异。一般认为对横剖面的积分结果偏小。此外，两种方法都推导出一些有用的曲线。,水线面面积Aw水线面漂心坐标(xf ，yf ),Formula（1）,1/7,（1） 型排水体积（2）浮心的坐标(xB，yB，zB),Formula（2）,2/7,The Curve of Water-plane Areas.,3/7,（3）水线面面积曲线曲线表示水线面面积随吃水的变化。 给定吃水的曲线与OZ轴所围面积等于该吃水的排水体积。 上述面积中心的高度等于浮心的垂向坐标Zb。 上述面积与矩形OF
14、DC的面积比等于垂向菱形系数Cvp。,Tons per cm Immersion,4/7,（4）每厘米吃水吨数当船舶吃水平行于水线面增、减1cm时，引起排水量的变化，称为每厘米吃水吨数曲线Tpc，其值随d 变化。Tpc=Aw / 100 (吨/厘米) 如果排水量有一小量变化p ( 10%)，则相应吃水的变化为：d = p / Tpc (厘米),Curve of Displacement (1),5/7,（5）排水体积曲线型排水体积 = f ( z ) 考虑壳板厚度及附体k = k (k=1.0061.02) 排水量= k,Curve of Displacement (2),6/7,排水体积曲线
15、与OV轴所围的面积OEF，等于该吃水船体体积对基线的静矩。,排水体积曲线与OZ轴所围的面积OEA(互补面积) 。,(计算ZB时的推荐公式),longitudinal position of the center of buoyancy,7/7,（6）浮心坐标曲线,对z 微分：,特别当 xf = xB 时，曲线的导数= 0，取极值。,浮心的纵向坐标：,Formula（1）,1/5,任意站横剖面面积：,横剖面面积中心坐标( ZA，YA),(正浮),中横剖面系数：Cm=Am / (Bd),（1）型排水体积（2） 浮心的坐标(xB，yB，zB),Formula（2）,2/5,(吃水改变后要用新的As及
16、ZA重新计算),Curves of Sectional Areas,3/5,（3）横剖面面积曲线 表示横剖面面积随站线位置的变化。横剖面面积曲线下的面积等于该吃水下排水体积上述面积中心的纵坐标等于浮心的纵坐标Xb。上述面积与矩形面积比等于纵向菱形系数Cp，反映了排水体积沿船长的分布情况。,=L Asdx,Discuss（1）,4/5,计算排水体积和浮心位置可有两种途径：对水线面沿吃水积分：用于计算正浮时船舶的排水体积和浮心位置。对横剖面沿船长积分：(实际结果可能偏小12%)计算有纵倾时的排水体积和浮心位置(纵向下水、破舱浮态)；,Discuss（2）,5/5,船体强度校核时计算浮力曲线；,舱容
17、计算。,2.4 Calculation of Displacement Center of Buoyancy for a Ship Floating with Trim,1/1,Bonjean Curves Diagram for Determining Displacement and Abscissa of Center of Buoyancy,Bonjean Curves(1),1/7,Bonjean Curves(2),一、计算横剖面全面积 1. 最高等分水线以下部分(用各种近似计算方法) (增加中点坐标、端点修正) 2. 最高等分水线至上甲板边点(可按梯形处理),2/7,Bonjea
18、n Curves(3),3/7,3. 甲板梁拱部分 甲板梁拱 fo 在船体最大横剖面处设计，取船宽的1/50 1/100。其它各站梁拱值 f 可根据甲板宽在最大横剖面量取，或按下式计算：,Bonjean Curves(4),4/7,二、绘制邦戎曲线 1. 选择船形比例：选择不同的长度、高度比例。 2. 适当选择As、Moy的比例，使得读数方便，各站曲线不致过多重叠。,Bonjean Curves(5),5/7,3. 绘出基线、船舯、首尾吃水线标尺。 4. 绘出各站线及As、Moy曲线，用不同的线型和图例。 5. 绘出船体两端中纵轮廓线、上甲板中心线,Bonjean Curves(6),6/7,
19、三、利用邦戎曲线计算有纵倾船舶的排水体积和浮心。 1. 在邦戎曲线上绘倾斜水线W1-L1。 2. 读出各站吃水处的Asi、Moyi 的值。 3. 绘出各站Asi、Moyi 曲线，并进行端点修正。,Bonjean Curves(7),7/7,4. 用近似计算方法，求排水体积和浮心。,Diagram for Displacement and xB（1）,1/5,一、费尔索夫曲线,Diagram for Displacement and xB（2）,2/5,二、绘制费尔索夫曲线的步骤 1. 在邦戎曲线上选取若干尾吃水dAi ，和若干首吃水dFi 。构成一族倾斜水线面。,Diagram for Dis
20、placement and xB（3）,3/5,2. 计算每根倾斜水线下的排水体积i 及浮心的坐标xBi。 并以首吃水为横坐标，以尾吃水为参数，绘制不同尾吃水下的 及xB 随首吃水变化的的辅助曲线图。,Diagram for Displacement and xB（4）,4/5,3. 读出排水体积(20)和浮心纵坐标 XB (0)等值线与各首吃水交点对应的尾吃水。,Df da() da(xb) 0.4 1.14 0.56 0.6 0.96 0.64 0.8 0.78 0.72 1.0 0.59 0.79 1.2 0.41 0.90,Diagram for Displacement and xB
21、（5）,5/5,4. 在费尔索夫曲线上绘制上述各等值线。,Df da() da(xb) 0.4 1.14 0.56 0.6 0.96 0.64 0.8 0.78 0.72 1.0 0.59 0.79 1.2 0.41 0.90,2.5 Determination of Buoyancy of a Ship Immersed to any Waterline,1/4,求任意倾斜水线下排水体积和浮心坐标的步骤： 1. 在型线图上确定或根据纵倾角和横倾角计算各站处的平均吃水、左舷吃水、右舷吃水。,Characteristic curve of half section,2/4,2. 计算半横剖面特征
22、曲线：对每站计算半横剖面面积a、面积对横剖面中心线的静矩b、对基线的静矩c。,Characteristic value of section,3/4,3. 对每个横剖面分块计算面积、面积静矩，然后分别求和。(最终算式见P 32),Buoyancy of a Ship Immersed to any Waterline,4. 对横剖面沿船长积分计算任意水线下的排水体积 、浮心坐标(XB ，YB，ZB)。,4/4,2.6 Variation in Position of the Ship with Saltness of Water,1/4,海水的重度随着海水的盐度、温度、海域、水深不 同而变化。
23、其取值范围在0.9961.028 吨/米3。海水的平均盐度为3.5%。一般水深1000米，其重度的变化较大；反之变化小。挑战者号在太平洋海沟测得的最大海水重度为1.0757。死海的海水重度为1.1721.227；盐度为25%。(1900年 狄杜),the change in draught,2/4,将浮力计算式 = /对水的重度微分，得到：d = - d/2 将船型的有关参数代入，整理得到(见P33-2.45)：d d / d = -CB/CWP d/ 可见： 船从淡水进入海水d0，吃水d 减少；船从海水进入淡水d0，吃水d 增加。一般吃水变化 12% 。,The change in posi
24、tion of the center of buoyancy （1）,3/4,由前面推导的浮心纵坐标XB 随吃水变化的公式：,大多数船水线面漂心位于其浮心后，即(Xf -XB) 0,d XB 0 浮心前移，产生尾倾； 船从海水进入淡水d0,d XB 0 浮心后移，产生首倾。,The change in position of the center of buoyancy （2）,4/4,由前面推导的浮心垂坐标ZB 随吃水变化的公式：,所有船的浮心总是低于吃水，即(d -ZB) 0。 船从淡水进入海水d0, 吃水减少, dZB 0 浮心上移。,2.7 Displacement scale, Re
25、serve of Buoyancy and Load Mark,1/6,储备浮力是满载水线以上主船体水密部分的体积。对船舶的稳性、抗沉性、淹湿性均有很大的影响。是保证船舶航行安全的重要技术指标。储备浮力通常用满载排水量的百分数表示。与船舶类型、航区有关。一般：内河驳船 1015%；海船20 50%；军舰100%以上。,the rules of ships loadline,2/6,为保证船舶安全航行，1930年制定了“国际载重线公约”，1966年做了修订。我国1959年颁布了“海船载重线规范”，1992年颁布了“海船法定技术检验规则”。我国1965年颁布了“长江钢船载重线规范”，1995年颁布
26、了“内河船舶法定技术检验规则”。,the rules of ships loadline,the rules of ships loadline of China （1）,the rules of ships loadline of China （2）,3/6,1992年“海船法定技术检验规则” 第六篇：载重线(简介) 1. 一般规定：规则使用范围，名词定义(船长、船宽、计算型深、方型系数)，船舶分类(A类为散装液货船及露天甲板完整、低渗透率货舱船；B类为其它船舶) 2. 区带、区域和季节期划分北半球冬节季节区带( 4个区域，分冬季、夏季)南半球冬节季节区带( 1个区域，分冬季、夏季)热带区带
27、( 3个区域，不分季节)夏季热带区带( 7个区域，分热带、夏季，含中国)夏季区带( 1个区域，分冬季、夏季)冬季北大西洋载重线,the rules of ships loadline of China （3）,4/6,China Classification Society,the rules of ships loadline of China （4）,6/6,4. 规定对所有开口的防护要求门栏(380mm)、出入舱口围板(600,450mm)、通风口(900,760mm)、通气口(760,450mm)、排水孔(自动止回)等。 标准舷弧表。 最小船首高度计算规则。 7. 计算最小干舷的规则(
28、基本干舷 ,船长, 方型系数, 型深, 上层建筑, 舷弧修正 )。 8. 规范的执行和监督检查。,the rules of ships loadline of China （4）,5/6,3.甲板线和载重线标志,航区 根据内河水域的水文和气象条件划分的船舶航行区域 航区划分为A B C三级。由高至低顺序排列。 急流航段 系指在峡谷河流中 滩上流速超过 3.5m /s 的航段 急流航段按滩上流速大小划分为J1 、J2两级。 急流航段从属于所在水域的航区,1.Plimsoll mark 2.Plimsoll line 3.Draught marks 4.Deckline,世界主要船级社,Watertight Flooding of compartments The region of navigation The type of ship Load mark Seaworthiness classification society Reserve of buoyancy Displacement scale,小练习,如何利用Bonjean曲线求某一纵倾下的船舶排水量和浮心位置（xb，zb） 满载航行的船舶，从淡水进入海水，如果浮心位置在漂心前面，试判断船舶状态的变化，并说明原因。,Thanks！,Exercise,Exercise 23. 5. 7.,
