船舶的重心、浮心与漂心,你分清了吗?

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浮力与浮心

船舶的浮力等于其排开水的重量。浮心是船浮力的作用中心,也是船舶排水体积的几何中心,浮心的位置可通过静力曲线求得。

重力与重心

船重力即船舶的重量,包括空船重量和载重量,重心即船舶重力作用中心,包括空船的重心和各种载荷的重心。空船重心通过船舶的倾斜试验求得载荷重心通过计算求得。重力与浮力总是同时存在的,当船舶的重力和浮力大小相等方向相反并作用于同一垂直线上时,船舶处于平衡状态。浮力大于重力船体上浮,吃水减小,反之船体下沉,吃水增加。当重心与浮心的相对位置发生变化时,船体将产生横倾或纵倾(吃水差)

船舶的漂心是船舶水线面的几何中心,位于船中附近,船舶发生纵倾时是通过漂心轴线转动的。当少量装卸货物时,船体平行沉浮的条件是所装卸货物的重心应通过原水线面漂心点的垂线。

静水力曲线

静水力曲线是由船舶设计部门绘制供船员使用的一组曲线,是船舶吃水与船的浮性要素、初稳性要素、船型系数等之间的关系曲线的总称。

静水力曲线图包括:排水量曲线每厘米吨数吃水曲线(TPC曲线),漂心、浮心距船中距离曲线;纵、横稳心距基线高度曲线;每厘米倾力矩曲线(MTC曲线等)船员可在该图上根据船舶在某装载状态下的平均吃水在相关的曲线上求得该状态下的船舶参数。

如排水量增减1cm吃水所需的重量、改变1cm纵倾所需力矩,横稳心距基线的高度等等。

船吃水差

当船产生纵倾时,即出现了吃水差。船舶吃水差是其首、尾吃水的差值。根据不同的首、尾吃水,船可能处于尾倾、首倾(拱头)状,当首尾吃水相同,吃水差为零时,则船舶处于平吃水状态。吃水差对船舶的操纵性、快速性、抗风能力都有影响。船舶营运过程中,应根据不同的装载状态和海况,适当调整吃水差,航行中的船舶一般宜有一定的尾倾,而进出港口或受航道水深限制时应使船舶处于平吃水状态。

1.产生吃水差的原因

船舶产生吃水差是因倾力矩所致。当船舶的重力作用线与浮力作用线不在同一垂线上时,就出现了纵倾力矩。纵倾力矩的大小取于重力作用线与浮力作用线之间的水平间距(力臂),间距越大,倾力矩越大,使船舶产生的吃水差也越大。船舶重心位于浮心之前,船舶产生首倾。而浮心位于重心之前,则产生尾倾。

2.水差的调整

根据经验,万吨级船舶满载时吃水差以尾倾0.-0.5m为宜。压载航行时吃水差与船长之比应小于2.5%。为了使船舶吃水差符合营运的要求。应进行适当地调整。调整吃水差的基本原理就是调整船舶重心的位置,即调整纵倾力矩的大小,具体方法有:

1)纵向调整船上载荷法:

此法适用于已处于满载状态下的船舶。可调整的船上载荷包括货物、油和水。欲减小尾倾时,应将载荷由尾部向首部方向调整,反之欲减小首倾时,则应将负荷由首部向尾部方向调整。

2)注人压载水法

此法适用于尚未满载或空载的船舶。同样道理欲减小尾倾,应将船中前部的舱室注人压载水。反之应向船中后部的舱室注人压载水。无论采用上述哪种方法调整吃水差,除吃水差本身的变化以外,还应考虑船舶纵向强度的影响,避免船体产生过度的中拱和中垂。

3.吃水差图表

为便于调整整吃水差,简化船舶吃水、吃水差的计算,在船舶稳性资料中提供加载100吨首尾吃水变化曲线图或表,简称吃水差图表。其制作的理论基础是少量增减载荷,通过改变载荷重心距中的前后距离,系列求出其首尾吃水改变总量而绘制成的。

船舶纵向强度

船舶强度是指船体结构抵抗外力作用不发生损坏或变形的能力,抵抗沿船长方向产生剪切变形及弯曲变形的能力即为纵向强度。

因船舶重力和浮力沿船长方向分布不均匀产生了剪力和弯矩,船体在剪力和弯矩作用下产生剪切变形和弯矩变形(中拱和中垂)剪力最大值位于距船首尾约1/4船长处,弯矩最大值处于船中附近。

船舶纵向强度是否符合要求,是以其所受的静水弯矩的大小来进行校核的,在校核时如果船舶允许承受的最大静水弯矩Ms,不小于该船实际装状态下静水弯矩M‘s的绝对值,即Ms≥M‘s的绝对值。则表明在该装载状态下该船的纵向强度满足要求。反之,若Ms≤M‘s的绝对值,则表明该船纵向强度不符合要求。应重新调整船舶的载荷。另外,当M‘s为正值时,表明船舶处于中拱状态。M‘s为负值时则处于中垂状态。对于船长小于90m或者船帕装载均匀不需校核静水剪力时,可使用强度曲线来校核纵向强度,既方便、快捷,又直观。在图中,不同的区域表明船舶不同的变形状态或纵向受力的范围。

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图中:

1.处于点划线与虚线之间的区域,表示船在该装载状态下纵向强度满足要求,处于有利的中拱或中垂范围。

2.处于虚线与实线之间的区域,表示船舶在该装载状态下纵向强度尚能满足要求,处于允许的范围。

3处于实线之外的区域,表明船舶在该装载状态下的纵向强度不符合要求,应调整装载。

4.二实线之间的区域,表示船舶处于中拱或中垂状态,点划线左面为中拱,右面为中垂状。

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