船舶概论 第三章 船舶航行性能

3-5 抗沉性 抗沉性: 指船舶在一舱或数舱破损进水后仍能保持一定的浮性和稳性的能力。

这是一艘排水量为4.6万吨级，长269米，宽28米，有11层楼高，为双层钢壳，18间防水密封隔舱式设计；拥有762个舱室，7公里长的公共走廊，可载员2500多人的特大型高速超级豪华大客轮。    

由著名的英国白星轮船公司耗巨资750万美元制造，创当时世界航海船舶史七大之最纪录:即最科学、最先进、最安全、最大、最快、最豪华、最昂贵；时有“不沉之城”、 “海上浮动宫殿” 、“永不沉没的泰坦尼克”的美誉。 美国一市民按1:2比例完整复原泰坦尼克号

1．船体破损进水情况 1)      第一类舱 舱室顶部是水密的且位于水线以下，船体破损后海水灌满整个舱室，但因舱顶未破损，浸水量为一个定值，且没有自由液面的影响，进水量的计算可作为装载 固体重量来处理。此类浸水对船舶的 浮态和稳性影响较小。如双层底和舱 顶在水线以下的舱柜等属于这类情况。

2) 第二类舱 舱室的顶部在水线以上，舱内未被水灌满，舱内水与舷外水不相通，有自由液面的影响，浸水的计算可作为装载液体重量计算。此类舱室对船舶稳性影响较大。 例如为调整船舶浮态而灌压载水的舱，甲板上浪后因甲板开口漏水而引起舱内进水，以及船 体破损虽已被堵住，但舱内进水未 被抽干等都属于这一类情况。

3)第三类舱 舱室的顶部在水线以上，舱内水与舷外水相通，因此舱内水面与舷外水面一致，且存在自由液面影响，这种浸水计算较麻烦，需要进行逐次近似计算。水线以下的舷侧破损进水属于这类情况。它是船体破损最 常见的情况，对船的危害也最大。船舶 抗沉性主要是研究这一类破舱进水情况。

2．船舶分舱和破舱稳牲 船舶抗沉性是通过船舶分舱来达到的，但同时还要保持船体破舱后具有一定的稳性。因此船舶抗沉性包括船舶分舱和破舱稳性的两部分内容。 1) 船舶分舱 船舶破舱进水后应具有—定的剩余储备浮力。 所谓船舶分舱，是指沿船长方向设置一定当数量的水密横舱壁，对船舶进行水密分隔，以满足破舱后对纵向浮态的要求。 2）破舱稳性 船体破舱进水达到新的平衡状态后的稳性称为破舱稳性。为了保证船舶破舱进水后不致倾覆，要求破舱进水后的剩余稳性及横倾角满足SOLAS公约和我国“法规”规定的破舱进水后稳性的要求。

我国船级社规定：船舶破损后的水线不得超过水密甲板边线下76mm，这条与水密甲板线相距76mm的平行线叫安全限界线。

３.可浸长度l F，和可浸长度曲线 (1)可浸长度l F 为保证破舱进水后的水线不超过限界线，对于船舱的长度必须加以限制。船舱两水密横舱壁间的极限长度称为可浸长度。其含义是：沿着船长方向任何一点C1为中心的舱，在规定的分舱载重线和渗透率的情况下破舱进水后，船舶下沉和纵倾后的最终平衡状态下的新水线刚好与限界线相切，则该舱的长度称为以C1点为中心的可浸长度。

(2)可浸长度曲线 以船底纵向基线为横坐标，船长方向各点C的可浸长度l F为纵坐标，绘出的可浸长度沿船长各点的分布曲线称为可浸长度曲线。

规范对破舱淹水后船舶的初稳性有具体要求： 如果船舶在一舱破损进水后的破舱水线不超过限界线，但在两舱破损进水后的破舱水线超过限界线，则该船的抗沉性只能满足一舱不沉的要求，称为一舱制船。任意相邻两舱破损进水后能满足抗沉性要求的船称为两舱制船；任意相邻三舱破损进水后仍能满足抗沉性要求的船则称为三舱制船。 对于不同业务性质、航行条件和不同大小的船舶，抗沉性的要求是不同的。一般大船的要求比小船高，军舰抗沉性要求比民用船高。

改善抗沉性，增加船舶的储备浮力，通常采取的办法有： 增加干舷 减小吃水 增加舷弧以及使横剖线外倾 使水下体积瘦削，以相对的增加储备浮力 合理分舱，即合理的确定各水密舱壁的位置

2)堵漏器材: (1)堵漏毯 堵漏毯又称为堵漏席，是一种大型的堵漏器材，主要用于堵住船体水线以下部位的破洞进水，其规格有2．0 m×2．0 m、2．5 m× 2．5m、3．0 m × 3．0 m等几种。堵漏毯有重型和轻型两种。 (2)堵漏板 堵漏板由方形或圆形铁板或木板、橡皮垫及固定装置(拉索或螺杆)构成，用于堵舷窗大小的中型破洞。

3-6 快速性 研究内容: 减小船舶阻力，选择优良船型； 增大推力，选择效率较高的螺旋桨； 选择合适的主机； 推进器，与船体和主机之间的配合 船舶在静水中消耗主机一定功率而能达到较高航速的特性，由船舶的阻力和推进两方面综合确定的。 研究内容: 减小船舶阻力，选择优良船型； 增大推力，选择效率较高的螺旋桨； 选择合适的主机； 推进器，与船体和主机之间的配合

一、船在水中航行时的阻力 船在水中航行的情况

船在水中航行阻力主要由三部分组成： 摩擦阻力、兴波阻力和漩涡阻力 （1）摩擦阻力 水为具有黏性的液体。船体与水接触，就会有一部分水黏附在船体上。当船舶航行时，船体表面与水摩擦形成摩擦阻力。 摩擦阻力的大小除与水的黏性有关外，还与船体水下湿表面积的大小、表面的光滑程度以及航速有关。 对于低速船，摩擦阻力占总阻力的比例较大。 减小摩擦阻力的办法

一、船在水中航行时的阻力 （2）兴波阻力 水波阻力的形成可以理解为，由于船舶的运动产生波浪，使周围水对船体的压力发生了变化，这些压力在船长方面的分力的合力就是兴波阻力。兴波阻力与速度的平方成正比。 首散波 尾散波

大型海船采用球鼻首来降低兴波阻力，目的是为了制造有利干扰。减少首部兴波高度，降低兴波阻力。 减小兴波阻力的办法 大型海船采用球鼻首来降低兴波阻力，目的是为了制造有利干扰。减少首部兴波高度，降低兴波阻力。 船首波 合成兴波 球首兴波

水滴型、撞角型球鼻 圆筒型、S—V型

（3）漩涡阻力 漩涡阻力是由于水的黏性引起的。黏性流体流经船体表面时，由于船体曲面的变化而使得流体速度降低，至尾部时边界层出现分离现象，形成漩涡，漩涡产生后使尾部压力下降，形成首尾压力差，称为漩涡阻力。 一般瘦长的船体水流能较为顺利地流至船尾，产生的漩涡较小，漩涡阻力较小。对于丰满船型，船体曲度骤变处，过早发生分离现象，产生漩涡，漩涡阻力较大。 减小漩涡阻力的办法

一、船在水中航行时的阻力 （4）船舶总水阻力 船舶在静水中航行的总水阻力为摩擦阻力、兴波阻力和漩涡阻力之和。 水下船体阻力——裸船体阻力——基本阻力 空气阻力 附体阻力

阻力近似估算方法 阻力研究方法 理论分析 试验方法 船模试验 实船实验 数值模拟

对于低速船： 兴波阻力小， 摩擦阻力占70%-80% 粘压阻力占10% 对于高速船：兴波阻力40-50%， 摩擦阻力占50% 粘压阻力占5%

二、船舶推进 螺旋桨推进 螺旋桨俗称“车叶”，它的结构可分为两部分： 一是位于四周几片形状和大小都一样的桨叶； 二是位于当中的圆锥形壳体，称为桨毂。

螺旋桨收到功率PD 主机发出功率Ps 船体有效马力PE

推进效率 所谓推进效率就是推进器发出的有用功率与吸收功率之比。 ηD＝PE/PD PE－－ 船体有效功率。 PD－－ 螺旋桨收到功率。 推进系数 PC ＝ PＥ／ＰS =Rv/ PC PS －－ 主机功率 低速船 Fr<0.2 中速船 0.2<Fr<0.3 高速船 Fr>0.3

特点：导管产生附加推力，减小效率损失，转动导管能兼舵的作用，增加回转力矩。 特种推进器 1）导管螺旋桨 特点：导管产生附加推力，减小效率损失，转动导管能兼舵的作用，增加回转力矩。 转动导流管螺旋桨

2） 可调螺距螺旋桨 特点：在不同区域主机都可以发挥其功率，但机械复杂，造价和修理费较高。 3）对转螺旋桨 特点： 减小尾流旋转的损失，提高推进器本身的效率，但机构复杂。 4） 串列螺旋桨 特点： 解决了主机功率大但吃水小的矛盾，可提高螺旋桨的推进效率。

5）360º回转式螺旋桨 这种推进器因其能在水平360º 内任意位置上发出推力，故使船舶能获得良好的操纵性，尤其突出的是它能使船舶后推的推力基本上和使船前进的推力相同。 特点 ：推进器可绕垂直轴作360º的旋转。

6）直翼推进器 直翼推进器也称竖轴推进器或平旋推进器，由若干垂直的叶片（4～8片）组成。叶片在圆盘上等距布置，圆盘与船体底部齐平。 特点： 能发出向前，后，左，右任何方向的推力。具有良好的操纵性，推进效率也较高。但结构复杂，造价昂贵，叶片的保护性较差。

7） 喷水推进器 它也是一种依靠水的反作用力推船前进的推进器。由布置在船体内的水泵装置和吸水、喷射管组成。 特点：较好的操纵性， 结构简单，工作可靠，震动 小，但船舶有效载荷小，推 进效率低。

8） 现代风帆 它是利用机翼原理配以计算机自动调整风帆迎风的最佳角度，以获取最大的推力。现代风帆在海洋船舶上作为一种辅助推进装置使用，据报道可节省主机功率 10％～20％。 这种船称作风帆 助航节能船。

3-7 耐波性 耐波性是指船舶在波浪上克服摇摆等运动的性能。摇摆的运动方式： 横摇，纵摇，升沉。

耐波性主要参数 横摇周期： 从正浮位置向左右舷摆到最大，再回到正浮位置所需要的时间 沿海船舶应在9秒以上 横摇周期与初稳性高度的矛盾

剧烈摇摆产生的后果： ①剧烈横摇可能引起货物横移，从而使船舶重心移动，导致船舶过分倾斜而倾覆。 ②船舶纵摇和升沉运动产生的附加应力，会导致船体折断或局部损坏。 ③纵摇和升沉运动还会使船舶阻力增加，螺旋桨的效率降低，船速下降。严重的纵摇会使螺旋桨露出水面，造成主机飞车，可能损坏主机。 ④摇荡运动会影响机器设备及航海仪器、仪表的正常运转和使用。 ⑤使船上人员工作和生活条件恶化，并造成甲板上浪等。

为改善船舶的横摇性能，通常在船上装设减摇设备： （1）舭龙骨 舭龙骨能增大横摇阻尼，以达到减小摆幅的目的，尤其是当船舶的周期性摇摆与波浪的周期性作用发生共振摇摆时效果最显著。舭龙骨有整体型的，也有间断型的，后者多用在快速船上。

2）减摇鳍 亦称侧舵。船舶在摇摆过程中，通过控制机构自动调整减摇鳍机翼相对于水流的角度，使左右两个减摇鳍产生最大的与摇摆方向相反的力矩，达到减摇的效果。这种减摇装置效果较好，对航速较高的客船尤为显著。

3）减摇水舱： 减摇水舱是在船体内部设有一左右连通的水舱，当船舶发生横摇时，该水舱里的水也随之从一舷移到另一舷来回振荡运动；通过连通管道截面尺寸的设计和配以调节装置控制两侧的水位差，使左右水舱中水的重量差产生与摇摆方向相反的力矩达到减摇的目的。 减摇鳍、主动式减摇水舱和陀螺减摇装置造价较高，多用于军用舰船和远洋客船。

4）陀螺减摇装置： 利用高速回转的陀螺具有稳定于其旋转轴旋转而反抗改变其转动轴在空间的方向的原理装于船上来进行减摇。分为主动式和被动式。 减摇鳍、主动式减摇水舱和陀螺减摇装置造价较高，多用于军用舰船和远洋客船。 陀螺减摇装置目前很少使用。

3-8 操纵性 船舶的操纵性包括：航向稳定性，回转性和转首性。 航向稳定性：表示船舶在水平面内的运动受扰动而偏离平衡状态，当外界扰动消除后保持其原有平衡的性能。 回转性：表示船舶在一定舵角下，能迅速改变航向并作回转运动的性能。 转首性： 表示船舶应舵转首的性能。 图示为舵的转船力矩 和对船的回转作用。 船舶回转时的受力分析

操纵性主要参数 回转直径 D/L 操纵指数 K T

　　回转性与稳定性之间相互矛盾 　　提出在不改变粘性阻尼条件的情况下，增加舵效，提高单位舵角的回转力矩，有效的改善其回转性能，且又不损害航向稳定性，为此提出了不少有较高舵效的舵。