1、船舶原理船舶原理船舶原理静力学主要内容及目录船舶原理静力学主要内容及目录n第一章第一章 船体形状及近似计算船体形状及近似计算n第二章第二章 浮性浮性n第三章第三章 初稳性初稳性n第四章第四章 大倾角稳性大倾角稳性n第五章第五章 船舶抗沉性船舶抗沉性n第六章第六章 船舶下水计算船舶下水计算 船舶原理船舶原理n船舶原理介绍以下六种航海性能船舶原理介绍以下六种航海性能船舶静力学船舶静力学 船舶动力学船舶动力学浮性浮性 快速性快速性(船阻力、桨推力）船阻力、桨推力）稳性稳性耐波性（又名：适航性、摇摆性）耐波性（又名：适航性、摇摆性）抗沉性抗沉性 操纵性操纵性（航向稳定性、回转性（航向稳定性、回转性）三
2、个基准面三个基准面中线面中线面XOZXOZ平面平面它将船体分它将船体分为左右舷两个对称部分的纵向为左右舷两个对称部分的纵向垂直平面，垂直平面，是量度船体横向尺是量度船体横向尺度的基准面度的基准面。基平面基平面XOYXOY平面平面过龙骨线与过龙骨线与中站面的交点中站面的交点O O，并平行于设计并平行于设计水线面的平面水线面的平面,是量度船体垂直是量度船体垂直方向尺度的基准面方向尺度的基准面。中站面中站面YOZYOZ平面平面在船长中点在船长中点处垂直于中线面和基平面的横处垂直于中线面和基平面的横向平面，向平面，是量度船舶首尾方向是量度船舶首尾方向尺度的基准面。尺度的基准面。n船舶主尺度船舶主尺度指
3、型长、型宽、型深指型长、型宽、型深、型吃水型吃水和干舷等和干舷等,它们是船舶大小的直线量度它们是船舶大小的直线量度。n船舶主尺度的用途船舶主尺度的用途：计算：计算船舶各项性能的参数船舶各项性能的参数，衡量衡量船舶大小船舶大小，收取各种费用，检查，收取各种费用，检查船舶能否通船舶能否通过船闸过船闸、运河等限制航道的依据。、运河等限制航道的依据。主尺度主尺度 Ddm水线船甲板dfdA设计水线长LwL垂线间长LPP总长LOA首垂线尾垂线主尺度主尺度主尺度主尺度1 1、型长（型长（L L）总长总长LOALOA：自船首最前端到船尾最后端的水平距离。自船首最前端到船尾最后端的水平距离。垂线间长垂线间长Lp
4、pLpp：首垂线与尾垂线之间的距离。首垂线与尾垂线之间的距离。设计水线长设计水线长LwLLwL：设计水线在首柱前缘和尾柱后缘设计水线在首柱前缘和尾柱后缘之间的水平距离。之间的水平距离。通常所称的通常所称的船长是指垂线间长船长是指垂线间长 2 2、型宽、型宽型宽（型宽（B B）一般指设计水线面一般指设计水线面的最大的最大宽度。或指在宽度。或指在船体最宽处船体最宽处，由一舷肋骨外缘量至另一舷肋骨外缘由一舷肋骨外缘量至另一舷肋骨外缘的的水平距离水平距离。3 3、型深、型深型深（型深（D D）:指在船长中点处指在船长中点处，沿船舷由龙骨上，沿船舷由龙骨上缘量至上层连续甲板横梁上缘的垂直缘量至上层连续甲
5、板横梁上缘的垂直距离距离。主尺度主尺度4 4、型吃水（型吃水（d d）是船舶浸沉深度的一个度量。是船舶浸沉深度的一个度量。为基线至设计水线的垂直为基线至设计水线的垂直距离距离。平均吃水平均吃水dm;dm;首吃水首吃水df;df;尾吃水尾吃水dada；吃水差吃水差t t。平均吃水平均吃水 dm=df+dadm=df+da2 2 吃水差吃水差 t t=df-dadf-da 主尺度主尺度5 5、干舷（干舷（F F）是船体是船体型深中未浸入水中的那部型深中未浸入水中的那部 分高度分高度，即船体，即船体中部中部从设计水线到从设计水线到上甲板上表面上甲板上表面的的垂直垂直距离距离。F=D d+t F=D
6、d+t ；t(t(甲板边板厚甲板边板厚)主尺度主尺度船型系数船型系数是表示水线下船体肥瘦程度的无因次系是表示水线下船体肥瘦程度的无因次系数的总称。它能表征水线下船体的体积和面积沿着各数的总称。它能表征水线下船体的体积和面积沿着各个方面分布的情况。个方面分布的情况。船型系数船型系数 u面积系数面积系数水线面系数水线面系数中横剖面系数中横剖面系数WWACL BMMACBd船型系数船型系数 式中式中：A AW W水线面面积水线面面积；A AM M中横中横 剖面浸水面积剖面浸水面积；V V排水体积排水体积。u 体积系数体积系数方形系数方形系数纵向棱形系数纵向棱形系数垂向棱形系数垂向棱形系数船船型型系数
7、系数船船型型系数系数n物理意义物理意义：1.1.水线面系数水线面系数表征船体水平剖面表征船体水平剖面（水线面形状水线面形状）的肥瘦的肥瘦 程度程度。其大小对快速性、稳性和甲板面积等都有影响。其大小对快速性、稳性和甲板面积等都有影响。2.2.中横剖面系数中横剖面系数表征船舶中横剖面的肥瘦程度表征船舶中横剖面的肥瘦程度。其大小对。其大小对 快速性和耐波性等有影响。快速性和耐波性等有影响。3.3.方形系数方形系数表征水下船体的肥瘦程度表征水下船体的肥瘦程度。是表示船体形状的。是表示船体形状的 重要系数。其大小对排水量、舱室容积、快速性、耐波重要系数。其大小对排水量、舱室容积、快速性、耐波 性等均有影
8、响。性等均有影响。船船型型系数系数4 4、纵向棱形系数纵向棱形系数表征排水体积沿船长（水下船体表征排水体积沿船长（水下船体沿纵向）的分布情况沿纵向）的分布情况。其大小对快速性和耐波性等有影响。其大小对快速性和耐波性等有影响。其数值大即其数值大即中横剖面的浸水面积小中横剖面的浸水面积小，则表示其排水体积沿则表示其排水体积沿船长方向分布均匀。船长方向分布均匀。5 5、垂向棱形系数垂向棱形系数表征排水体积沿船舶垂向的分布表征排水体积沿船舶垂向的分布情况情况。其数值大即水线面。其数值大即水线面面积小面积小，则表示其排水体积沿吃则表示其排水体积沿吃水方向分布均匀。水方向分布均匀。n对于同一船舶的船体系数
9、：对于同一船舶的船体系数：中横剖面系数中横剖面系数数值最数值最大大，棱形系数棱形系数数值较小数值较小，方形系数方形系数数值最小数值最小。n水线面系数水线面系数、中横剖面中横剖面系数、方形系数为独立无系数、方形系数为独立无因次系数因次系数，而，而棱形系数和垂向棱形系数可以从前棱形系数和垂向棱形系数可以从前三者导出三者导出。主尺度比主尺度比n长宽比长宽比L/BL/B：其大小与其大小与快速性快速性的好坏有关。的好坏有关。该比值越该比值越 大则船体形状越瘦长，阻力就越小，其快速性和航向大则船体形状越瘦长，阻力就越小，其快速性和航向 稳性越好；但操纵不灵活。稳性越好；但操纵不灵活。n宽吃水比宽吃水比B/
10、dB/d：与与稳性稳性、耐波性耐波性、快速性和操纵性快速性和操纵性有有 关。关。该比值大该比值大，船体宽度大，稳性好；但横摇周期船体宽度大，稳性好；但横摇周期 小，耐波性变差，航行阻力增大小，耐波性变差，航行阻力增大.n深吃水比深吃水比D/d：与抗沉性、稳性和船体强度：与抗沉性、稳性和船体强度有有关关。该比值大，干舷高，甲板上浪的可能性小，储备该比值大，干舷高，甲板上浪的可能性小，储备浮力大，抗沉性好；且船舱容积增大，重心升高浮力大，抗沉性好；且船舱容积增大，重心升高。n宽深比宽深比B/D：与船体强度船体强度（主要是主要是横向强度横向强度）和和稳性稳性有关有关。该该 比值大，则船舶的中横剖面愈
11、扁，比值大，则船舶的中横剖面愈扁，对船体纵横向强度愈不利。船舶建造规范中规定对船体纵横向强度愈不利。船舶建造规范中规定：一一般干货船的般干货船的B/DB/D 2.52.5。n 长深比长深比L/DL/D：与与船体纵向强度船体纵向强度和稳性有关。和稳性有关。该比值越大，船该比值越大，船舶的形状越扁而长，它的抗挠强度将较弱，对船体纵向强度舶的形状越扁而长，它的抗挠强度将较弱，对船体纵向强度不利不利。规范规定：一般干货船的规范规定：一般干货船的 L/DL/D17。n 长吃水比长吃水比L/dL/d：与操纵与操纵回转性能回转性能有关有关。该比值大，船舶的该比值大，船舶的操纵回转性能变差。操纵回转性能变差。
12、注注：L/B L/B、B/dB/d和和D/dD/d是三个独立的是三个独立的主尺度比。主尺度比。1 1-2-2 船舶船舶型线图型线图n仅有主尺度、主尺度比和船型系数仍不能准确而仅有主尺度、主尺度比和船型系数仍不能准确而完整地表达船体的几何形状完整地表达船体的几何形状，由于船体表面形状由于船体表面形状复杂，目前均采用作图法（复杂，目前均采用作图法（型线图型线图）来表达。）来表达。n作图法作图法：以以中纵剖面，中横剖面和设计水线面中纵剖面，中横剖面和设计水线面作作为基准为基准，分别作出与上述三个剖面平行的一系列分别作出与上述三个剖面平行的一系列彼此等距离的彼此等距离的纵向平面、横向平面和水线面纵向平
13、面、横向平面和水线面，这，这些平面与船体型表面相交的曲线相应称为些平面与船体型表面相交的曲线相应称为纵剖线、纵剖线、横剖线和水线横剖线和水线。这三组曲线分别投影到中纵剖面。这三组曲线分别投影到中纵剖面、中横剖面和设计水线面上中横剖面和设计水线面上，就相应得到就相应得到纵剖线图纵剖线图、横剖线图和半宽水线图横剖线图和半宽水线图。1 1-2-2 船舶船舶型线图型线图n船舶船舶型线图是在三个相互垂直的投影面上型线图是在三个相互垂直的投影面上，以船，以船体型表面的截交线、体型表面的截交线、投影投影线和轮廓线表示船体线和轮廓线表示船体（主船体）外形的图样。（主船体）外形的图样。n船体船体型线图上还绘有上
14、甲板边线型线图上还绘有上甲板边线（上甲板和上甲板和船体船体型表面的交线型表面的交线）。）。n纵剖线、横剖线和水线虽然是分别画在三个纵剖线、横剖线和水线虽然是分别画在三个投影投影面上面上，但它们的位置却都是，但它们的位置却都是相互对应的相互对应的，即在任，即在任何何投影面上的投影面上的任何一点，都应能在另两个任何一点，都应能在另两个投影面投影面上找到它的相对应点上找到它的相对应点。n完整的完整的型线图还包括主尺度及主要参数和型值表型线图还包括主尺度及主要参数和型值表。1 1-2-2 船舶船舶型线图型线图 三个主要剖面：三个主要剖面：中纵剖面，中横剖面，设计水线面中纵剖面，中横剖面，设计水线面中纵
15、剖面中纵剖面是中线面与船体相截所得的船体剖面是中线面与船体相截所得的船体剖面。其形状反映。其形状反映 出甲板、船底、首尾端的侧视轮廓。出甲板、船底、首尾端的侧视轮廓。中横剖面中横剖面是中站面与船体相截所得的船体剖面是中站面与船体相截所得的船体剖面。其形状反映。其形状反映 出中横剖面系数、舭部升高和舭部半径的大小。出中横剖面系数、舭部升高和舭部半径的大小。设计水线面设计水线面是设计夏季载重吃水处的水平面与船体相截所得是设计夏季载重吃水处的水平面与船体相截所得 的船体剖面的船体剖面。三种主要型线：三种主要型线：纵剖线、横剖线、水线纵剖线、横剖线、水线型线图型线图的组成的组成(三个视图和一张表三个视
16、图和一张表)：（1 1）横剖线图横剖线图：图中的横剖线是曲线，表示的是各分站处图中的横剖线是曲线，表示的是各分站处 船体横剖面的真实形状船体横剖面的真实形状；而而纵剖线和水线则是直线纵剖线和水线则是直线。（2 2）纵剖线图纵剖线图：图中的纵剖线是曲线，表示的是各纵剖面图中的纵剖线是曲线，表示的是各纵剖面 处船体真实形状处船体真实形状；而而横剖线和水线则是直线横剖线和水线则是直线。（3 3）半宽水线图半宽水线图：图中的水线是曲线，表示的是各水线剖图中的水线是曲线，表示的是各水线剖 面的船体真实形状面的船体真实形状。而而横剖线和纵剖线则是直线横剖线和纵剖线则是直线。（4 4）型值表型值表：船体型表
17、面的准确尺寸，都是从型线图上量：船体型表面的准确尺寸，都是从型线图上量 取的，取的，由型表面上量取的尺寸称为型值。由型值编成由型表面上量取的尺寸称为型值。由型值编成 的表称的表称“型值表型值表”。1-31-3船体计算的近似积分法船体计算的近似积分法船体计算的船体计算的坐标系坐标系n船中坐标系船中坐标系（一般）（一般）n船尾坐标系船尾坐标系（个别个别）一、近似计算的任务一、近似计算的任务n航海性能要大量计算船舶的重量、重心、面积、航海性能要大量计算船舶的重量、重心、面积、体积、面心、体心、面矩、体矩以及惯性矩等。体积、面心、体心、面矩、体矩以及惯性矩等。n涉及到：积分和累加等运算。涉及到：积分和
18、累加等运算。n船体外形是一个具有双重曲率的复杂表面，难于船体外形是一个具有双重曲率的复杂表面，难于用数学表达式表示，一般要用近似积分法。用数学表达式表示，一般要用近似积分法。n所有船体近似计算，均可归结为求某种连续曲线所有船体近似计算，均可归结为求某种连续曲线下所围的面积。下所围的面积。这就是船体近似计算的任务。这就是船体近似计算的任务。n船舶常用的近似积分法：船舶常用的近似积分法：梯形法、辛氏法、乞氏梯形法、辛氏法、乞氏法法。1-31-3船体计算的近似积分法船体计算的近似积分法1-31-3船体计算的近似积分法船体计算的近似积分法二、梯形法则二、梯形法则n原理原理:将曲线将曲线DBDB分为三等
19、分分为三等分,求折线求折线DEFBDEFB下所围的面积下所围的面积,即即为曲线为曲线DBDB下所围的面积的近似下所围的面积的近似值值。(用用折线代替曲线）折线代替曲线）n公式：n适用范围：间距等分适用范围：间距等分1-31-3船体计算的近似积分法船体计算的近似积分法1-31-3船体计算的近似积分法船体计算的近似积分法三、辛氏法则三、辛氏法则（抛物线法）（抛物线法）1 1、辛氏第一法则、辛氏第一法则n原理原理:二次抛物线代替曲线。二次抛物线代替曲线。n公式y1y2y3xy 辛氏第一法则LL2y axbx c123143AL yyy1-31-3船体计算的近似积分法船体计算的近似积分法通式：通式：A
20、=1/3A=1/3L/n(y1+4y2+2y3+4y4+4ynL/n(y1+4y2+2y3+4y4+4yn+yn+1)+yn+1)n辛氏乘数：，辛氏乘数：，2，4，2，4，1n适用范围：适用范围：n n等分为偶数。等分为偶数。1-31-3船体计算的近似积分法船体计算的近似积分法2 2、辛氏第二法则、辛氏第二法则n原理原理:用三用三次抛物线代替曲线次抛物线代替曲线。n公式公式n辛氏乘数：辛氏乘数：1 1、3 3、3 3、1 1xy1y2y3y4LLL32yaxbxcx d0辛氏第二法则y12343338LAyyyy1-31-3船体计算的近似积分法船体计算的近似积分法通式：通式：A=3/8A=3/
21、8L/n(y1+3y2+3y3+2y4+3yn+L/n(y1+3y2+3y3+2y4+3yn+yn+1)yn+1)n辛氏乘数：，辛氏乘数：，3 3，3，2，3，2，3，3，1n适用范围：适用范围：n n等分为等分为3 3的倍数。的倍数。n若计算曲线是二次或三次抛物线时，则用辛氏第若计算曲线是二次或三次抛物线时，则用辛氏第一法则或辛氏第二法则求出的面积，即为精确值。一法则或辛氏第二法则求出的面积，即为精确值。n辛氏法则在运算时，虽然需要乘以辛氏乘数，但辛氏法则在运算时，虽然需要乘以辛氏乘数，但可采用较少数目的横向坐标来达到较高的精确度。可采用较少数目的横向坐标来达到较高的精确度。1-31-3船体
22、计算的近似积分法船体计算的近似积分法 例题：例题：已知某船吃水为已知某船吃水为4.24.2米的水线分为米的水线分为1010个等分，其横个等分，其横向坐标间距向坐标间距L L3.53.5，自首向尾的横向坐标值分别，自首向尾的横向坐标值分别为为0 0，3.33.3，5.35.3，5.95.9，5.95.9，5.95.9，5.95.9，5.855.85，5.225.22，3.663.66，1.031.03。分别用梯形法和辛氏法求其。分别用梯形法和辛氏法求其水线面积？水线面积？梯形法解答梯形法解答：0 3.3 5.3 5.9 5.9 5.9 5.9 5.85 5.22 3.66 1.03解：L3.5，
23、n10002nniiyyALy即：半即：半A A3.53.5（0 03.33.35.35.35.95.94 45.855.855.225.223.663.66 1.03 1.03）（）（0 01.031.03）/2/2=166.0575166.0575 A=A=166.0575166.05752=332.122=332.12辛氏法解答：辛氏法解答：0 3.3 5.3 5.9 5.9 5.9 5.9 5.85 5.22 3.66 1.034 11 4 11 4 11 4 11 4 1 1234567891011(424242424)3LAyyyyyyyyyyy半半A A3.5/33.5/3(0(04 43.33.32 25.35.312125.95.95.855.854 4 5.22 5.222 23.663.664 41.031.03）168.1283168.1283 A=168.1283168.12832=336.262=336.26
