仓容计算和稳性与浮态计算内河货船分解.docx

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仓容计算和稳性与浮态计算内河货船分解

仓容计算和稳性与浮态计算

仓容的计算我采用的是类似于横剖面面积曲线的方法，即利用面积曲线计算舱室容积，与横剖面面积去线的不同之处是在于量取横剖面面积时是取自主甲板，以#1为例，如下图所示

依次量取各站横剖面面积如下表

站号

船尾

0

1

2

3

4

5

6

面积（m2）

2.5800

2.5800

3.5141

4.9203

5.8495

6.2829

6.5368

6.7482

站号

7

8

9

10

11

12

13

14

面积（m2）

6.8666

6.9141

6.9323

6.9452

6.9452

6.9452

6.9077

6.8242

站号

15

16

17

18

18.5

19

19.5

20

面积（m2）

6.5894

6.0702

5.1625

4.0439

3.2694

2.2847

1.2210

0.3790

依据表内数据绘制出仓容面积曲线如下图，则需要求那个舱的仓容只需要在仓容面积曲线上对应的肋位上量取即可。

各舱仓容与形心

舱室面积

肋位

甲板下体积

甲板上体积

总体积

形心Xg

形心Zg

尾尖舱

~#3

7.3770

0.0000

7.3770

-10.8260

1.1008

机舱

#3~#11

23.1739

0.0000

23.1739

-7.6295

0.8144

燃油舱

#9~#11

6.4329

0.0000

1.3929

-6.7500

0.9310

第一货仓

#11~#26

51.5086

12.2400

63.7486

-1.9714

0.7076

第二货仓

#26~#41

46.7607

13.2600

60.0207

5.2341

0.7606

清水仓

#41~#43

3.2700

0.0000

3.2700

9.7100

0.7700

艏尖舱

#41~

5.0483

0.0000

5.0483

10.0797

1.1473

7.3计算空船重心高度

空船重心高度估算参考母型船进行分项估算，见下表（排水量裕度对重心影响不计）：

表7.3空船重心数据表

空船重心数据表

重量估算

重量（t）

Zg（m）

Xg（m）

钢料重量

16.55

0.8375

-1.078125

舾装重量

12.66

1.8125

-2.879791667

机电重量

5.75

0.73125

-9.195208333

总

34.96

1.173099614

-3.065605811

7.4重量与重心计算

本船共计算满载出港与压载到港两种载况下的重心。

（1）满载出港

满载出港载况下，不加压载水，燃油、淡水按设计值计算，重量与重心计算见下表：

表7.4满载出港重量与重心估算

满载出港重量与重心估算

项目

重量（t）

重心距船中（m）

重心距中线（m）

重心距基线（m）

空船

36

-3.06

0

1.17

人员行李

0.4

-9.5

0

2.5

淡水

0.464

-10

0

0.767

燃油

1.069

-6.75

0

0.931

滑油

0.032

-7.5

0

0.2

备品及供应品

0.35

-10.5

0

2

货物

50

1.75

0

0.734

总计

88.33

-0.478102004

0

0.9266

（2）压载到港

压载到港载况下，为减小船舶尾倾，同时增加螺旋桨沉深，在尾压载舱、内底压载水舱和首压载水舱均加压载水，燃油、淡水按设计值的10%计算，重量与重心计算见下表：

0

压载到港重量与重心估算

项目

重量（t）

重心距船中（m）

重心距中线（m）

重心距基线（m）

空船

36

-3.06

0

1.17

人员行李

0.4

-9.5

0

2.5

淡水

0.0464

-10

0

0.47

燃油

0.1069

-6.75

0

0.32

滑油

0.0032

-7.5

0

0.1

备品

0.35

-10.5

0

2

货物

0

0

0

0

压载水

3.27

9.71

0

0.77

总计

40.1765

-2.167756649

0

1.1548

表7.5压载到港重量与重心估算

7.5自由液面修正

根据规范要求，除满载液货舱，装满98%以上舱容的液体舱及存有通常剩余液体的空舱，可不计自由液面影响。

对于本船，初稳性考虑燃油舱与淡水舱的自由液面修正，修正值如下表：

表7.6自由液面对初稳性修正

自由液面对初稳性修正

单位

满载出港

压载到港

排水量

（1）

t

88.33

40.18

淡水舱

IX

（2）

m4

4.1065

4.1065

密度（3）

t/m3

1

1

单侧燃油舱

IX（4）

m4

3.228

3.228

密度（5）

t/m3

0.85

0.85

修正值（

（2）*（3）+（4）*（5）*2）/

（1）

m

0.108616552

0.238777999

7.6浮态与初稳性

根据参考资料[4]P71处表格的方法进行本船浮态与初稳性计算，如下：

表7.7浮态与初稳性计算表

浮态与初稳性计算表

项目

符号与公式

单位

满载出港

压载到港

排水量

D

t

88.33

40.18

平均吃水

d

m

1

0.5

重心纵向坐标

Xg

m

-0.4781

-2.1678

浮心纵向坐标

Xb

m

-0.118

0.081

重心竖向坐标

Zg

m

0.9266

1.1548

纵稳心距基线高

Zml

m

59.75

79.25

纵向初稳心高

GML=Zml-Zg

m

58.8234

78.0952

每厘米纵倾力矩

MTC=D*GML/100L

N.m

2.259074314

1.36428919

漂心纵向坐标

Xf

m

-0.99

-0.02

纵倾力臂

Xg-Xb

m

-0.3601

-2.2488

纵倾力矩

Mt=D（Xg-Xb）

N.m

-31.807633

-90.356784

纵倾值

dd=MT/（100MTC）

m

-0.14079941

-0.662299347

首吃水增量

ddF=（L/2-XF）（dd/L）

m

-0.076460201

-0.331725586

尾吃水增量

dda=-（L/2+XF）（dd/L）

m

0.064339209

0.330573761

首吃水

df=d+ddf

m

0.923539799

0.168274414

尾吃水

da=d+ddA

m

1.064339209

0.830573761

横稳心距基线高

Zm

m

2.78

4.16

未修正初稳心高

GM0=Zm-Zg

m

1.8534

3.0052

自由液面修正至

dGM

m

0.108616552

0.238777999

实际初稳心高

GM=GM0-dGM

m

1.744783448

2.766422001

通过上述计算，可以发现满载出/到港时，船舶尾倾角度较小，这种状态是允许的。

在这种情况下，船舶压载到港情况为尾倾状态，这样保证了压载情况下的尾吃水，使螺旋桨3/4能够浸没水中，有利于船舶的经济性和主机与螺旋桨的安全性。

同时，首部吃水也满足的条件，可有效减小首部抨击现象。

7.7大倾角稳性计算

依据参考文献【2】235页，船舶液体舱柜的自由液面横倾力矩Mθ值可按下式计算：

式中：

Mθ——任一横倾角θ的自由液面横倾力矩，kN·m；

V——舱柜总容积，m3；

b——舱柜最大宽度，m；

ρ——舱柜中液体密度，t/m3；

K——系数，按舱柜b/h值和横倾角θ，由参考文献【2】235页表1确定；

Cb——舱柜方形系数，Cb=V/blh；

其中：

l——舱柜最大长度，m；h——舱柜最大高度，m。

表7.8自由液面修正计算表

自由液面修正计算表

单舱

V

r

b

l

h

b/h

Cb

Cb^0.5

燃油

1.393

0.85

1.4

1

1.4

1

0.710714286

0.843038721

淡水

3.27

1

5

1

1.4

3.571428571

0.467142857

0.683478498

k

10°

20°

30°

40°

50°

60°

70°

80°

燃油

0.01

0.03

0.05

0.07

0.1

0.12

0.15

0.16

淡水

0.049

0.096

0.11

0.11

0.1

0.093

0.083

0.063

Mθ

10°

20°

30°

40°

50°

60°

70°

80°

燃油

0.1371

0.4113

0.6854

0.9596

1.3709

1.6450

2.0563

2.1934

淡水

5.3718

10.5244

12.0592

12.0592

10.9629

10.1955

9.0992

6.9066

dl

满载出港

双舱情况

燃油

0.0016

0.0047

0.0078

0.0109

0.0155

0.0186

0.0233

0.0248

淡水

0.0608

0.1191

0.1365

0.1365

0.1241

0.1154

0.1030

0.0782

∑

0.0624

0.1238

0.1443

0.1474

0.1396

0.1340

0.1263

0.1030

dl

空载到港

双舱情况

燃油

0.0034

0.0102

0.0171

0.0239

0.0341

0.0409

0.0512

0.0546

淡水

0.1337

0.2619

0.3001

0.3001

0.2728

0.2537

0.2265

0.1719

∑

0.1371

0.2722

0.3172

0.3240

0.3070

0.2947

0.2776

0.2265

根据静水力计算所得的稳性横截曲线，可以求得各载况下的静稳性力臂：

通过静稳性臂，可按式10.2进行积分，得到动稳性臂：

采用梯形法进行积分，可得到两种载况状态下的静/动稳性臂。

见下表：

表7.9满载出港大倾角稳性计算表

满载出港大倾角稳性计算表

排水量88.33t

Zg

0.927

Zs

0

a=Zg-Zs

0.927

单位：

米

角度

形状稳性臂（m）

a.sinθ

未修正静稳性臂

自由液面修正值

修正后静稳性臂

积分和

动稳性臂（m）

查稳性横截曲线

m

∑

0.5*10o∑/57.3

0

0

0

0

0

0

0

0

10

0.47

0.1610

0.3090

0.0620

0.2470

0.2470

0.0216

20

0.8

0.3170

0.4830

0.1238

0.3592

0.8531

0.0744

30

0.98

0.4635

0.5165

0.1443

0.3722

1.5845

0.1383

40

1.06

0.5961

0.4639

0.1474

0.3165

2.2732

0.1984

50

1.09

0.7101

0.3799

0.1396

0.2403

2.8301

0.2470

60

1.07

0.8028

0.2672

0.1340

0.1332

3.2036

0.2795

70

1.01

0.8714

0.1386

0.1263

0.0123

3.3492

0.2922

80

0.91

0.9131

-0.0031

0.1030

-0.1061

3.2554

0.2841

表7.10压载到港大倾角稳性计算表

压载进港大倾角稳性计算表

排水量40.18t

Zg

1.155

Zs

0

a=Zg-Zs

1.155

单位：

米

角度

形状稳性臂（m）

a.sinθ

未修正静稳性臂

自由液面修正值

修正后静稳性臂

积分和

动稳性臂（m）

-1

查稳性横截曲线

m

∑

0.5*10o∑/57.3

0

0

0

0

0

0

0

0

10

0.71

0.2006

0.5094

0.1371

0.3723

0.3723

0.0325

20

1.27

0.3950

0.8750

0.2722

0.6028

1.3473

0.1176

30

1.52

0.5775

0.9425

0.3172

0.6253

2.5754

0.2247

40

1.58

0.7427

0.8373

0.3240

0.5133

3.7141

0.3241

50

1.54

0.8847

0.6553

0.3070

0.3483

4.5757

0.3993

60

1.42

1.0002

0.4198

0.2947

0.1251

5.0490

0.4406

70

1.26

1.0857

0.1743

0.2776

-0.1033

5.0708

0.4425

80

1.04

1.1377

-0.0977

0.2265

-0.3242

4.6433

0.4052

表7.11大倾角稳性汇总表

大倾角稳性计算汇总表

角度

满载出港

满载到港

静稳性臂

动稳性臂

静稳性臂

动稳性臂

0

0

0

0

0

10

0.2469801

0.021551492

0.3722765

0.03248486

20

0.359166

0.074443822

0.60279

0.117569197

30

0.3722

0.138262845

0.6253

0.224732373

40

0.316539

0.198362234

0.513335

0.324089703

50

0.240318

0.246953595

0.34827

0.399273386

60

0.133218

0.27954836

0.12507

0.440577051

70

0.01232

0.29224801

-0.1033

0.442476702

80

-0.106095

0.284065201

-0.324175

0.405175218

7.8进水角计算

由总布置图可知，本船的进水点为机舱门槛顶端。

参考文献【2】表4.2.5.1规定本船干舷甲板上舱口围板和舱室及舱棚门槛等的标准高度取值200mm。

（1）首先按下图方法在在横剖面曲线图上，以机舱门槛顶端为进水点，找到各吃水下船舶的进水角。

图7.2进水角测量示意图

表7.12各吃水进水角度测量

各吃水进水角度测量

吃水m

0.4

0.8

1

1.2

进水角（度）

54

45

39

32

（1）根据各吃水不同倾角时的排水量值（表7.13），可做出排水量关于横倾角的曲线共

五条，见图7.3。

在曲线上，找到不同吃水时进水角分别对应的点，并连成曲线，此即为进水角曲线，见图7.3。

表7.13横倾排水量

横倾排水量

吃水（m）

10°

20°

30°

40°

50°

60°

0.4

31.9

36.26

42.71

46.01

47.45

47.78

0.8

69.32

70.89

70.43

70.22

70.13

70.08

1

90.44

90.06

87.89

87.02

87.39

88.57

1.2

109.13

104.64

99.93

96.86

95.65

95.8

图7.3进水角测量示意图

（2）查图可得不同载况下的进水角，压载到港读值为43.538度，按法规8.3.3.3要求，

取值20度，偏于安全。

见表7.13：

表7.14各载况下进水角

满载出港

压载到港

排水量（t）

88.33

40.18

进水角（度）

38.5

57

7.9受风面积计算

根据规范相关规定，受风面积的计算见下表。

表7.15满载出港受风面积计算表

满载出港受风面积计算表

满载出港

平均吃水

1

受风面积

型心Z

型心距水线

面积矩（对基线）

单位

mm2

mm

mm

m3

船体舷墙

12074100

1280.1267

280.1267

15.45637779

尾部上层建筑

18605224.86

3809.2643

2809.2643

70.87221884

尾桅（0.6）

113017.182

7284.1031

6284.1031

0.823228806

救生浮具（0.6）

280791.6

1769

769

0.49672034

舱口围板

7499001.61

1700.0395

700.0395

12.74859895

满实面积（m2）

38572135.25

2602.84125

1602.84125

100.3971447

非满实面积

3483366.847

1850.2879

850.2879

6.445231529

总计

42055502.09

2540.508873

1540.508873

106.8423763

表7.16压载到港受风面积计算表

压载到港受风面积计算表

压载到港

平均吃水

0.5

面积

型心Z

型心距水线

面积矩（对基线）

单位

mm2

mm

mm

m3

船体舷墙

23129405.09

1028.6186

528.6186

23.79133628

尾部上层建筑

18605224.86

3809.2643

3309.2643

70.87221884

尾桅（0.6）

113017.182

7284.1031

6784.1031

0.823228806

救生浮具

280791.6

1769

1269

0.49672034

舱口围板

7499001.61

1700.0395

1200.0395

12.74859895

满实面积

49627440.34

2190.967386

1690.967386

108.7321032

非满实面积

3483366.847

1850.2879

1350.2879

6.445231529

总计

53110807.18

2168.623315

1668.623315

115.1773347

7.10风压力臂的计算

根据参考文献[2]法规8.2.5.1中风压侧倾力臂的计算方法计算：

式中:

P—单位计算风压，Pa，查参考文献[2]法规表8.2.5.2可得；

Af—船舶受风面积，m2,由本文10.7节求得；

Z—计算风力作用力臂，m，由本文10.7节求得；

△—所核算装载情况下船舶排水量，t，（本章下同）。

表7.17风压力臂计算表

风压力臂计算表

风压力臂

符号与单位

满载出港

压载到港

风力作用力臂

Z（m）

1.5405

1.6686

计算风压

P（Pa）

205

209

受风面积

Af（m2）

42.06

53.11

排水量

△（t）

88.33

40.18

风压侧倾力臂

Lf=P*Af*Z/（9810△）（m）

0.01532878

0.046988966

7.11横摇角计算

根据参考文献[2]法规8.2.4.1,计算横摇周期与横摇角度，见下表：

表7.18横摇角计算表

横摇角计算

横摇角计算

符号与公式

满载出港

压载到港

最大船宽

Bs（m）

5

5

重心至基线

KG（m）

0.9266

1.1548

未计修正初稳性高

GM0（m）

1.8534

3.0052

核算状态吃水

d（m）

1

0.5

B/d

B/d

5

10

T（s）

T=（0.55+0.07Bs/d）Bs/（GMo）^0.5

3.3054

3.6053

f

查法规8.2.4.4表

0.0086

0.0086

C1

由T查表法规8.2.4.2得C1

0.2030

0.1990

C2

C2=0.21+0.26KG/d且不大于1

0.4509

0.8105

C3

C3=f+0.0025Bs/d且不大于10

0.0211

0.0336

C4

由舭龙骨面积查表得C4

1

1

横摇角（度）

θ=11.75C1×C4（C2/C3）^0.5

11.0266

11.4892

7.12稳性衡准

根据静稳性曲线和动稳性曲线数据，可以画出两种载况下的大倾角稳性曲线图，从图中可以量取两种载况下的最小倾覆力臂，静动稳性图见附录1.1。

根据规范，内河货船稳性要求如下（参考文献[2]）：

（1）稳性横准数K不小于1；

（2）初稳性高不小于0.2m；

（3）当最大复原力臂所对应的横倾角θm或进水角θj中之小者小于20°时，至该角度的复原力臂曲线下的面积应不小于按下式计算所得之值A：

A=CK[0.052CL+0.0015（20−θ）]m．rad

其中，CK,CL为系数，取值分别为0.9，1。

（参考文献[