【正文】 .......... 18 結(jié) 論 .................................................................. 19 致謝語(yǔ) .................................................................. 20 參考文獻(xiàn) ................................................................ 21 1 引言 穩(wěn)性是確保船舶及各種海上浮體安全航行及作業(yè)的主要性能指標(biāo)之一。船舶穩(wěn)性研究是船舶業(yè)中一個(gè)非常重要、非常復(fù)雜的課題。目前世界各國(guó)都制定了相應(yīng)的規(guī)則，作為船舶設(shè)計(jì)或航行中判斷穩(wěn)性的主要依據(jù)。但是，嚴(yán)格地說(shuō)，鑒于船舶及海上浮體在惡劣的海況下發(fā)生大幅度搖蕩運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致的傾覆現(xiàn)象極為復(fù)雜，人們對(duì)其傾覆機(jī)理的認(rèn)識(shí)有一定的局限性，加上新船型的發(fā)展以及新的海損事故發(fā)生，提出了許多新的課題。因此幾百年來(lái)，關(guān)于船舶穩(wěn) 性的研究一直是船舶力學(xué)研究的熱點(diǎn)。但是船舶穩(wěn)性研究又是相當(dāng)復(fù)雜的，由于實(shí)際船舶航行于兩種流體之間的界面上，由于船舶穩(wěn)性涉及環(huán)境條件、船舶技術(shù)條件和操作要素等許多因素，因此穩(wěn)性的改善可能又會(huì)導(dǎo)致船舶其它性能的惡化。 ITTC（國(guó)際船模試驗(yàn)池會(huì)議）專(zhuān)門(mén)成立了穩(wěn)性專(zhuān)家委員會(huì)，組織各國(guó)研究人員進(jìn)行深入研究。國(guó)際穩(wěn)性會(huì)議每 4年舉行一次，及時(shí)交流各國(guó)關(guān)于穩(wěn)性研究的成果。國(guó)內(nèi)有關(guān)的大專(zhuān)院校及科研機(jī)構(gòu)也在不斷研究，人們對(duì)船舶傾覆機(jī)理的認(rèn)識(shí)不斷加深，不少成果已在穩(wěn)性規(guī)則的修改中應(yīng)用。但是，船舶穩(wěn)性方面的研究至今還沒(méi)有形成一個(gè)理 論上成熟的綜合考慮船型要素、環(huán)境條件和傾覆機(jī)理等因素的穩(wěn)性衡準(zhǔn)。因此，船舶穩(wěn)性研究仍是路漫漫而修遠(yuǎn)，研究人員仍是任重而道遠(yuǎn)。 本文從船舶穩(wěn)性的定義及分析、幾百年來(lái)船舶穩(wěn)性理論研究的發(fā)展歷程及幾個(gè)重要研究、實(shí)際運(yùn)用中對(duì)船舶穩(wěn)性的種種認(rèn)識(shí)誤區(qū)及船舶穩(wěn)性的改善措施進(jìn)行綜述與概括。借以對(duì)船舶穩(wěn)性有較為全面而深入的認(rèn)識(shí)，對(duì)今后的工作、研究提供幫助。 2 第一章 船舶穩(wěn)性的 定義及分析 船舶穩(wěn)性的 定義 船舶在外力（如風(fēng)、浪等）作用下，偏離原平衡位置向一側(cè)傾斜，當(dāng)外力消失后，船舶能平穩(wěn)地恢復(fù)到原平衡 位置的能力，就叫做船舶的穩(wěn)性（ Stability）。 穩(wěn)性是船舶最基本的航行性能之一，它是與船舶安全密切相關(guān)的重要性能之一。 穩(wěn)性過(guò)大或過(guò)小都是會(huì)對(duì)船舶 安全帶來(lái) 不利影響的。 船舶穩(wěn)性過(guò)小時(shí)，首先不能保證船舶具有抵御風(fēng)浪的能力，導(dǎo)致船舶翻船；其次，影響船舶正常操縱。船舶在用舵轉(zhuǎn)向或避讓來(lái)船時(shí)，產(chǎn)生較大橫傾角。而且，此時(shí)船舶橫搖周期增大，維持在傾斜狀態(tài)的時(shí)間增長(zhǎng)，對(duì)主、輔機(jī)工作狀況帶來(lái)不利影響。船舶穩(wěn)性過(guò)大時(shí)，船舶搖擺劇烈，船員工作生活不適，船用儀器使用不便，船舶結(jié)構(gòu)受力過(guò)大，更嚴(yán)重的是貨物因劇烈搖擺而移動(dòng)，從而使 船舶出現(xiàn)較大初始橫傾。船舶穩(wěn)性降低，甲板易于上浪，船舶操縱困難，具有傾覆的危險(xiǎn)性。 船舶穩(wěn)性的 分析 船舶在外力作用下傾斜之后是什么力量又使船舶具有恢復(fù)原平衡位置的能力呢？以下模型將對(duì)此進(jìn)行 簡(jiǎn)化分析。 磚塊模型 用磚塊模型對(duì) 船舶穩(wěn)性的來(lái)源 進(jìn)行 初步分析 。 如圖 11，將一塊磚塊豎放在水平的桌面上，磚塊的重力 P的方向是垂直向下的，其作用點(diǎn)在磚塊的中心 G點(diǎn)上；桌面對(duì)磚塊產(chǎn)生了一個(gè)支持力 B，其作用點(diǎn)在磚塊與桌面的接觸面 C上，方向是垂直向上的。（圖 11a 所示）這時(shí)磚塊處于靜止的平衡狀態(tài)。當(dāng)磚塊在外 力 F作用下而發(fā)生向左傾斜時(shí)（圖 11b 所示），重力 P 的大小、作用點(diǎn)和方向不變；支持力 B 的大小和方向也仍然不變，但作用點(diǎn)卻移至左角的 C1 點(diǎn)上。這時(shí) P和 B 兩個(gè)力雖然大小相等方向相反且平行，但由于它們不在同一條直線上，就與圖 11a 3 情形不同了。此時(shí)， P和 B兩個(gè)力使磚塊向傾斜的反方向移動(dòng)直至恢復(fù)到原來(lái)的平衡狀態(tài)圖 11a。我們稱這對(duì)大小相等方向相反互相平行而不作用在同一條直線上的力為 “ 力偶 ” ， 稱這對(duì)力之間的垂直距離 d 為 “ 力偶矩 ” （ Mq）。力偶中的任意一個(gè)力乘以 d 就等于力偶矩，即 Mq=Pd ，從而使得物體轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)于圖 11b 來(lái)說(shuō)， Mq 的方向與外傾力矩 MF 的方向相反，所以在外力 F 消除后，磚塊便因 Mq 的作用而恢復(fù)到圖 11a 的平衡狀態(tài)。我們稱這一狀態(tài)為穩(wěn)定平衡狀態(tài)。 圖 11 磚塊模型 對(duì)于圖 11c，磚塊在外力 F 的繼續(xù)作用下，向傾斜的一側(cè)繼續(xù)傾斜，重力 P 的作用線便隨著磚塊的傾斜而繼續(xù)向外移動(dòng)，當(dāng) P 的作用線移至超過(guò)支持力 B 的作用線時(shí)， P和 B 也會(huì)構(gòu)成一對(duì)力偶，產(chǎn)生力偶矩 Mq’ ， Mq’=Pd’ 。它的方向與外力 F產(chǎn)生的 傾斜力矩 MF 的方向相同，所以磚塊會(huì)傾倒下來(lái)。這種狀態(tài)我們稱之為不穩(wěn)定狀態(tài)。有此可見(jiàn)，磚塊在外力的作用下，傾 斜角逐漸增大，磚塊便由穩(wěn)定狀態(tài)變?yōu)椴环€(wěn)定狀態(tài)直至傾覆。 【 3】 通過(guò)對(duì)磚塊模型的解讀，我們很清晰地理解了穩(wěn)性及傾覆的狀態(tài)及過(guò)程。顯然船舶的狀態(tài)并非如此簡(jiǎn)單。 簡(jiǎn)單 船舶模型 船舶漂浮在水面上時(shí)，也有類(lèi)似于磚塊的情況。當(dāng)船上的各種重量是均勻分布時(shí)，那么船體的前后左右的吃水也都相同。船舶處于這樣的漂浮狀態(tài)稱為 “ 正浮 ” 。正浮時(shí)船舶重力和浮力必定是大小相等、方向相反并且作用在同一條直線上，（如圖 12a）圖 4 中 P 為船上所有物體的重力的合力，其作用點(diǎn)是船舶的重心 G，重心的位置通常在船體中央的剖面上。因?yàn)榇淖笥?二舷是對(duì)稱的，裝載又都力求兩舷均衡，使船不發(fā)生橫向傾斜。圖 12a 中 B 為浮力，是流體（水）對(duì)船體壓力的合力 ，其大小等于船體排開(kāi)同體積水的重量。 它的方向垂直向上，浮力的作用點(diǎn)在浮心 C上 ，浮心 C 的位置在船舶入水體積的形狀中心上，它隨船體入水體積的形狀不同而不同，又隨船舶吃水的不同而不同。當(dāng)船正浮時(shí)，重力和浮力都在船舶的縱中剖面上，而且它們的大小相等方向相反，作用在同一條直線上，這時(shí)船便處于正浮的平衡狀態(tài)。 圖 12 簡(jiǎn)單船舶模型 當(dāng)船舶在傾斜力矩 MF的作用下傾斜一個(gè)角度 θ 時(shí)，船舶的入水體積發(fā)生了變化，如 圖 12b 所示。 WL 為船舶傾斜前的水線，入水體積左右對(duì)稱，所以浮心 C 在縱中剖面上。 W1L1 是傾斜后的水線，入水體積左右不對(duì)稱，左邊減少了 W1OW 的出水楔形體積，右邊增加了 LOL1 的入水楔形體積，因此右舷的入水體積大于左舷的出水體積，以致使得右舷的浮力也大于左舷的浮力，浮心的位置由 C點(diǎn)移至 C1 點(diǎn)。由于浮心位置的移動(dòng)，浮力作用線和重力作用線不再同一直線上，便構(gòu)成了復(fù)原力矩 Mq，此力矩的方向與傾斜力矩 MF的方向相反，所以在外力消除后，船舶在復(fù)原力矩的作用下恢復(fù)到正浮 狀態(tài)。 凡在外力消除后能回復(fù)到正浮狀態(tài)的船舶，稱 為有穩(wěn)性的船舶。圖 12b 中的 M 點(diǎn)是船舶正浮時(shí)浮力作用線與橫傾后的浮力作用線的交點(diǎn)，這個(gè)交點(diǎn)成為穩(wěn)心；穩(wěn)心 M 至重心 G之間的距離 GM稱為穩(wěn)性高度。穩(wěn)性高度是衡量船舶穩(wěn)性好壞的重要標(biāo)準(zhǔn)。 如果船舶的重心過(guò)高，當(dāng)船舶傾斜一個(gè)角度 θ 時(shí)，穩(wěn)性力矩 Mq的方向和橫傾力矩 5 MF的方向相同，這時(shí)的 Mq不僅不能使船舶恢復(fù)到正浮狀態(tài)，反而加速了船舶的傾覆，如圖 12c 所示。這樣的船我們便稱為沒(méi)有穩(wěn)性的船舶，出現(xiàn)這種情況是由于重心 G 的高度高于穩(wěn)心 M的高度，這樣的船是十分危險(xiǎn)的，不能航行作業(yè)。 [2] 通過(guò)以上分析討論，可以看出船舶的重 心位置與穩(wěn)性有十分重要的關(guān)系。船舶重心在穩(wěn)心之下時(shí)，一般可稱為有穩(wěn)性的船舶；船舶重心在穩(wěn)心之上時(shí)，稱為無(wú)穩(wěn)性的船舶。此外，船舶的穩(wěn)性是船舶傾斜后浮心的移動(dòng)，浮力的作用點(diǎn)在浮心之上，船舶的重力的作用點(diǎn)在重心上，它們的作用不在同一條直線上，產(chǎn)生一個(gè)恢復(fù)力矩的結(jié)果。 6 第二章 船舶穩(wěn)性 的重要研究理論 理論研究是對(duì)實(shí)踐活動(dòng)的高度總結(jié)與深入歸納，又會(huì)為實(shí)踐 的進(jìn)一步發(fā)展提供指導(dǎo)。同樣，船舶穩(wěn)性研究是對(duì)人類(lèi)船舶航行、航海 實(shí)踐活動(dòng) 的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)與深層次的 研究。了解 船舶穩(wěn)性之理論研究的發(fā)展歷程及相關(guān)理論成果，對(duì)我們實(shí)踐活動(dòng)甚 至進(jìn)一步的研究都有指導(dǎo)性的作用。 對(duì)船舶完整穩(wěn)性及破艙穩(wěn)性兩個(gè)方面的研究概況進(jìn)行 綜述。從中我們可以全面了了解船