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第一章船舶总论
船舶航行性能包括浮性、稳性、抗沉性、快速性、操纵性、耐波性。本章将系统概述六个航行性能所研究内容及特点。
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●1.1船舶总论
船舶航行性能包括浮性、稳性、抗沉性、快速性、操纵性、耐波性。本章将系统概述六个航行性能所研究内容及特点。
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第二章船体形状及近似计算
船体的主尺度和形状对于船舶的性能(包括浮性、稳性以及航行性能)有很大影响,也是船舶性能计算的依据。因此在研究船舶性能之前,首先要了解船舶主尺度和船体形状(船体外形曲面)的定义及表达方法,即船体主要要素的定义及船体外形的表达方法。
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●2.1主尺度、船型系数和尺度比
船体主要要素,即主尺度、船形系数和尺度比,是表示船体大小、形状、肥瘦程度的几何参数,这些参数对于船舶设计、建造、使用和分析性能十分有用。
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●2.2船体型线图
船体外形一般都是双向曲面,其形状的基本图形表示方法是型线图。型线图是船舶设计、 计算和建造的重要依据,因而是关系到船舶全局的一张图纸。
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●2.3船体计算的数值积分法
在船舶性能计算中,经常需要计算各种封闭曲线的面积和几何要素,如横剖面及水线面的面积及形心、水线面面积曲线的面积及形心(即排水体积及浮心)和水线面面积的惯性矩等。这些计算统称为船体计算,是船舶设计中的基础工作之一。
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第三章浮性
浮性是船舶在一定装载情况下具有漂浮在水面(或浸没水中)保持平衡位置的能力,是船舶的基本性能之一。
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●3.1浮性概述
船舶在任一装载情况下,漂浮于水面(或浸没于水中)一定位置时,是一个处于平衡状态的浮态。本节内容主要包括船舶平衡条件、船舶坐标系、船舶浮态。
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●3.2船舶重量和重心位置的计算
船舶总重量是船上各项重量的总和,可以分为固定重量和可变重量两大类。
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●3.3排水量和浮心位置的计算
船舶排水量和浮心位置的计算,是根据型线图及型值表来进行的,通常有垂向沿吃水方向计算和纵向沿船长方向计算两种。
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●3.4船舶在纵倾状态下排水体积和浮心位置的计算
船舶设计、建造和使用过程中,经常需要知道船舶在纵倾状态下的排水量和浮心位置,这可以利用邦戎曲线图或费尔索夫图谱求出。
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●3.5船舶在纵倾和横倾状态下排水体积和浮心位置的计算
本节介绍一种计算方法,可计算船舶在具有纵倾和横倾状态下的排水体积和浮心位置。
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●3.6水的密度改变时船舶浮态的变化
当船舶从一个密度的水城(例如海水)驶人另一个密度的水域(例如淡水)时,船的重量及重心位置没有变化,但由于水密度变化引起排水体积的变化,将使船舶的浮态(吃水和浮心位置等)也发生变化。
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●3.7储备浮力及载重线标志
船舶在水面的漂浮能力是由储备浮力来保证的。为了实际使用方便和便于观察,干舷在船舷用载重线标志来明确。
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第四章初稳性
船舶在外力作用下偏离其平衡位置而倾斜,当外力消失后,能自行回复到原来平衡位置的能力,成为稳性。
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●4.1概述
船舶稳性的问题就是力矩平衡原理及力矩平衡方程,研究对象是重力重心和浮力浮心以及它们之间的关系,涉及的主要矛盾是倾斜力矩和复原力矩。
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●4.2浮心的移动和稳心及稳心半径
船舶在外力作用下产生倾斜以后,其水下部分体积的形状发生了变化,因此体积形心(即浮心必然向倾斜的一侧移动,而新的浮心位置的计算确定,则是求出复原力矩的关键。
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●4.3初稳性公式和初稳性高
初稳性公式及初稳性高是衡量船舶初稳性的主要指标。
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●4.4重量移动对船舶浮态及初稳性的影响
船舶在使用过程中,其装载情况是经常变化的,例如容货装载情况的不同,航行中燃料、粮食、淡水等消耗物品的变化,以区重量移动等,所有这些都会引起船的浮态和稳性的变化。
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●4.5装卸载荷对船舶浮态及初稳性的影响
由于装卸载荷,会引起船舶排水量及重心发生变化,从而使船舶的浮态及初稳性也产生变化。
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●4.6自由液面对船舶初稳性的影响
船上通常设有淡水舱、燃油舱、压载水舱等液体舱柜,如果舱内液体没有装满,则船舶在倾斜时,舱内的液体也将流向倾斜一侧,且液面保持与水面平行,这种可以自由流动的液面称为自由液面。
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●4.7悬挂重量及其他因素对船舶初稳性的影响
船舶的悬挂重量有悬挂肉类、未固定的救生艇、用吊杆起货,以及未加固定的悬挂重量等。在船舶发生倾斜时,它们对稳性均会产生不利影响。
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第五章大倾角稳性
船舶在遇到恶劣风浪时,此时不能用初稳性来判断船舶是否就有足够的稳性,需要静稳性曲线来校核船舶的安全性。
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●5.1概述
在讨论大倾角稳性问题时,仍然是研究船舶倾斜后产生复原力矩以阻止其倾覆的能力,而且着重研究复原力矩随横倾角变化的规律。
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●5.2船舶静稳性曲线的变排水量计算法
在计算静稳性曲线过程中,为了避免直接确定等体积倾斜水线的困难和减少计算工作量,可以采用间接计算的方法思路。
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●5.3上层建筑及自由液面对静稳性曲线的影响
水密的上层建筑在入水后产生相应的浮力和复原力矩,船上存在自由液面的液体舱在船舶倾斜时液体重心也会随之移动,因此通常在船舶主体的静稳性曲线计算完成后,还需计算上层建筑和自由液面对稳性的影响,并进行必要的修正。
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●5.4静稳性曲线的特征
静稳性曲线的特征主要从原点处的斜率、曲线最高点、稳定平衡和不稳定平衡、稳性消失角和曲线下的面积等。
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●5.5动稳性
船舶在海上航行时受到阵风的突然吹袭、海浪的猛烈冲击等的稳性问题属于动稳性。
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●5.6船体几何要素等对稳性的影响
船舶在倾斜以后浮力作用线的位置完全由水线以下的船体形状所决定。因此,船的主尺度和橫剖面形状对稳性都有影响,了解这些影响对指导船舶设计具有一定的意义。
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第六章抗沉性
船舶在使用过程中有可能发生海损事故,造成船体破损,使海水进入船体这种海损事故虽是偶然性事件,但会造成严重后果,甚至会使生命财产遭到重大损失。因此,在船舶设计阶段,就需要考虑抗沉性问题。
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●6.1进水舱的分类及渗透率
在抗沉性计算中,根据船舱进水情况,可以分为三类,并有两种计算方法。
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●6.2舱室少量进水后船舶浮态及稳性的计算
三类进水舱室可采取增加重量法和损失浮力法两种方法计算少量进水后浮态及稳性问题。
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第七章船舶下水计算
船舶在船台上或船坞内建造到一定阶段后便可下水,即将原在船台上或在船坞内呈支撑状态的船进人水中呈漂浮状态。
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●7.1纵向下水布置概述
纵向下水的设备由固定部分和运动部分组成。
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●7.2纵向下水阶段的划分
根据船舶下水过程运动的特点、作用力的变化以及可能发生的危险情况,通常把纵向下水分为四个阶段进行分析研究。
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第八章船舶快速性、船舶操纵性、船舶耐波性
船舶动力学是以流体动力学为基础,研究船舶的阻力、推进、摇摆及操纵等。
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●8.1船舶阻力
船舶在航行过程中会受到流体(水和空气)阻止它前进的力,这种与船体运动相反的作用力称为船的阻力。
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●8.2船舶推进
一般船舶航行过程中由主机供给能量,通过推进器(常用的是螺旋桨)转换成推动船舶前进的推力。
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●8.3船舶操纵性
船舶在航行中按照驾驶者的意图保持既定航向的能力(即航向稳定性)或改变航行方向的能力(即回转性)。
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●8.4船舶耐波性
船舶在风浪海况下航行时的运动性能。主要研究船舶的横摇、纵摇及升沉(垂荡)等习惯上统称为摇摆的运动。