船舶设计原理2-2重量与重心

112.8重力与浮力的平衡方法第二章船舶重量重心2.8 重力与浮力的平衡方法LW()DW()()+=∆x x x 一、问题的提出船舶在静水中的平衡条件要求然而，根据初选主尺度要素估算出来的船舶排水量和船舶重量，一般是不会相等的，即浮力和重力不平衡。

因此，需要通过调整来实现平衡。

[]TB WP L B D dC C C =x 式中，船舶表征向量2.8 重力与浮力的平衡方法一、问题的提出一般而言，假设重量的估算是正确的。

因为，即使重量的估算存在误差，但至少目前没有依据随意地修改重量估算的结果。

因此，我们可以通过调整主尺度来调整浮力，逐步实现重力和浮力的平衡。

那么，应该调整多少浮力是合适的，这是需要考虑的一个问题。

例如（1）DW=17,500吨=23,500∆吨任务书要求的载重量依据主尺度初估的排水量LW=6,500吨初估的空船重量＋>（2）DW=17,500吨=24,000∆吨＋>＋500吨＋X 吨总重量多500吨但是，仍然不平衡由此可见：排水量的增量应大于500吨。

但是大多少合理呢？为了回答上述问题，人们引入了诺曼系数(Normand)的概念。

2.8 重力与浮力的平衡方法一、问题的提出排水量：增加500吨空船重量：增加X 吨LW=6,500+X 吨吨诺曼系数定义为排水量变化与载重量变化的比值，即=DWN δδ∆二、诺曼系数2.8 重力与浮力的平衡方法式中，为诺曼系数为排水量的变化为载重量的变化N δ∆DW δ诺曼系数可以理解为排水量随载重量变化曲线的斜率。

LW+DW=DWH O M W W W ∆=+++船舶在静水中的平衡条件要求DW O H MW W W δδδδδ∂∂∂∆=∆+∆+∆+∂∆∂∆∂∆则排水量（Δ）的变化为2.8 重力与浮力的平衡方法二、诺曼系数H H W C α=∆OO W C β=∆MM W C γ=∆假设1()H H H H W C W C ααααα−∂∆=∆==∂∆∆∆1()O OO O W C W C βββββ−∂∆=∆==∂∆∆∆1()M MM M W C W C γγγγγ−∂∆=∆==∂∆∆∆则有2.8 重力与浮力的平衡方法二、诺曼系数DWO H MW W W δαδβδγδδ∆=∆+∆+∆+∆∆∆可得1DW1O H M W W W δδαβγ∆=−++ ∆∆∆1DW1OHM NW W W δδαβγ∆==−++ ∆∆∆诺曼系数N 具有下列性质二、诺曼系数●诺曼系数N >1；●诺曼系数N 的大小与空船重量占排水量的比例大小有关；●诺曼系数N 的数值依赖于空船重量的各项分量与排水量的关系；●当α=β=γ=1 时，诺曼系数与载重量系数互为倒数。

船舶货运符号1、船舶形状2、船型系数3、常用位置点3．其它4．稳性参数基本公式：第二章：近似算法梯形法 )2(00nni i y y y l A +-=∑= 辛一法 )4(31321y y y l A ++=辛二法 )33(834321y y y y l A +++=第三章：浮性1．重量、重心计算：i P D D ∑+=1 11)(1D M D X P X D X xp i g g i =⋅∑+⋅= 1)(1D Y P Y D Y i p i g g ⋅∑+⋅=11)(1D M D Z P Z D Z Zp i g g i =⋅∑+⋅=注意：利用合力矩定理，∑==n1i (力矩）分力对该轴或支点取的的力矩合力对某一支点或轴取其中：11g g 1g 1Z ,Y ,X ,∆为装卸后重量、重心。

g g g Z ,Y ,X ,∆为装卸前重量、重心，Pi Pi i P iZ ,Y ,X ,P ，为装卸货物重量、重心，装货为+，卸货为—x M ：全船重量纵向力矩； Z M ：全船重量的垂向力矩；2．少量装卸对吃水影响TPC100Pd P =δ W A TPC ρ01.0=其中：TPC -当前水域密度下的每厘米吃水吨数。

P -装卸货物重量，装货为+，卸货为—3．舷外水密度变化对船舶吃水的影响⎰=b aydxA⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯=1100211ρρδρTPC Dd 其中： 1ρ-先前的水域密度；2ρ-后来的水域密度第四章 稳性1．初稳性高度定义式：g M Z Z GM -= M Z 根据型吃水查静水力资料，g Z 利用公式计算 2．船内垂移货物（初始正浮）： Dpl GM M G z-=1 3．船内横移货物（初始正浮）：GMD P tg y ⋅=θ4．自由液面的影响 Di GM M G xii ∑-=ρ1其中：自由液面修正量为 DiGMix i f∑=ρδx i -水线面的自由液面惯矩，对于矩形液面 3x lb 121i =对于等腰梯形液面)b b )(b b (481i 222121x ++=注意：GM 是指船舶装载与液体同重的固体时的初稳性高度，即没有考虑液体的流动性。

船舶设计总复习题1船舶设计的基本要求是——DA适用，经济B安全，可靠 C 美观D 三种都是2船舶设计要使整个系统的——好 AA经济性B 适用性C 安全性D先进性3船东对设计的要求是通过-------的形式给出的 CA 口头通知B谈判 C 设计技术任务书 D 合同4船舶在规定的航速或主机功率下，船上所带的燃料储备量可供连续航行的距离是-----AA续航力 B 支持力 C 服务航速D 船级5船上所带的淡水和食品可供使用的天数是-------BA续航力 B 支持力 C 服务航速D 船级6在一定的功率储备下新船满载能达到的航速是------CA续航力 B 支持力 C 服务航速D 船级7船舶满足船级社制定的入级与建造规范，就能------DA续航力 B 支持力 C 服务航速D 船级8母型改造法中，母型可以是-------DA与新船在主要方面相近的实船 B 新船在主要方面相近的已设计好的船C所需可以不同的母型 D 三者都可以9在深入分析任务书和调查研究的基础上，确定与船舶技术经济性能关系最大的一些项目是-------AA初步设计 B 详细设计C 生产设计 D 完工设计10在初步设计的总体设计的基础上，解决新船的主要技术性问题是-----BA初步设计 B 详细设计C 生产设计 D 完工设计11在详细设计的基础上，根据建造厂的具体生产技术条件和船舶各项标准文件，应制定建造该船所需的船体，轮机，电气等方面的全部施工图纸和技术文件是-----CA初步设计 B 详细设计C 生产设计 D 完工设计12在船舶竣工之后，应按实际情况修改图纸及进行必要地修改计算，为用船部门提供竣工图纸和技术资料是------DA初步设计 B 详细设计C 生产设计D完工设计13新船的设计各阶段之间有--------联系。

DA前阶段是后阶段的基础 B 后阶段是前阶段的深入C逐步近似，螺旋式前进 D 三者都是14船舶具有---------特点。

112.2船舶重量分类与估算第二章船舶重量重心2.2 船舶重量分类与估算一、船舶重量的分类船舶重量分类是进行船舶重量重心估算的基础。

根据各类重量的作用，可分为三大部分。

空船重量船舶重量载重量压载重量一、船舶重量的分类H-HullO-Outfitting M-Machine空船重量是反映船舶特征的一项重要指标。

2.2 船舶重量分类与估算2.2 船舶重量分类与估算一、船舶重量的分类空船重量的两个特点●不同类型的船舶，其空船重量占满载排水量之比差别较大。

●虽然占比差别较大，但空船重量都占排水量相当大的一部分。

如果船舶建成后，空船重量与原先估计的相差较大，则对船的技术性能和经济指标都会产生很大的影响；尤其是超重较多时，后果更为严重。

2.2 船舶重量分类与估算一、船舶重量的分类载重量反映船舶的装载能力。

一、船舶重量的分类（1）在船舶设计技术任务书中，有的给出载重量作为设计要求，有的给出载货量作为设计要求。

DW=C jW W +∑（2）载重量反映了船舶的装载能力，是后续考虑船舶容量和计算重心位置的重要依据，应当予以足够重视。

关于载重量的两点说明2.2 船舶重量分类与估算2.2 船舶重量分类与估算一、船舶重量的分类压载重量用来调整船舶的漂浮状态。

一、船舶重量的分类固定压载可变压载重量增加法压载水排放以恒定重量施加在船上的压载方式以可调重量施加在船上的压载方式生铁块水泥块矿渣块固定量压载水……浮力损失法/重量增加法浮力增加法/重量减少法压载水注入2.2 船舶重量分类与估算船舶重量空船重量压载重量载重量不变，也可称为固定重量变化，也可称为可变重量一、船舶重量的分类对船舶重量进行分类，具有一定的主观性。

因此，●在船舶设计实践中，有些重量项目的归类会有所不同；●在船舶设计实践中，重量的分类一定要注意结合实际情况。

调节，既有固定重量，也有可变重量2.2 船舶重量分类与估算2.2 船舶重量分类与估算二、船舶重量的估算在船舶设计的各个阶段，船舶重量的确定都是一项必不可少的重要工作。

112.3船体钢料重量估算第二章船舶重量重心2.3 船体钢料重量估算民用船舶的船体钢料重量与空船重量之比在空船重量中，船体钢料重量所占比重较大。

同时，影响船体钢料重量的因素又较多。

因此，正确地分析各种影响因素，对准确估算船体钢料重量具有重要意义。

首尾柱及轴承包首柱尾柱轴承包舵踵……外板平板龙骨船底板舷侧板舭龙骨外板上的覆板……底板及舷侧构架底部纵（横）向构件舷侧纵（横）向构件首尾尖舱结构……甲板结构上甲板结构主甲板结构平台甲板结构……2.3 船体钢料重量估算一、船体钢料重量的分类细目舱壁及围壁纵（横）向水密舱壁部分舱壁及舱室圈壁舱口围壁围板……2.3 船体钢料重量估算一、船体钢料重量的分类细目支柱各层甲板下支柱舱面机械及梯口加强支柱……船体钢料杂项轴隧及推力轴承室钢质护舷材舱柜内制荡板及顶盖扶梯平台污水阱……焊接材料底座上层建筑钢料主机底座辅机底座锅炉底座轴承底座舱面机械底座……首楼桥楼尾楼各层甲板室舷墙……焊料、垫料……2.3 船体钢料重量估算二、船体钢料重量的影响因素（1）主尺度对船体钢料重量的影响对船体钢料重量的影响最大。

与船体钢料重量有密切关系，但其综合影响程度小于船长。

对舷侧和舱壁等结构构件有影响。

对局部强度有一定的影响，但其影响程度甚微。

对船体钢料重量的影响很小。

船长（L ）船宽（B ）型深（D ）吃水（d ）方形系数（C B ）//(/)H W L t m /L m2.3 船体钢料重量估算二、船体钢料重量的影响因素（2）布置特征对船体钢料重量的影响甲板层数舱壁数上层建筑和甲板室布置决定的结构形式主要取决于使用要求和布置特点。

除了规范和法规中关于舱壁最小数目规定外，实际的舱壁数目还要考虑使用要求、分舱与破舱稳性以及结构强度。

它们的长度、宽度、高度、层数等主要根据所需布置地位和驾驶室高度而定。

对船体钢料重量的影响，小船比大船要大些，且不同的船舶类型（如客船与货船）有很大差别。

如货舱区是单壳体结构还是双壳体结构，双层底的范围和双层底高度等等。

2.4舾装重量估算2.4舾装重量估算民用船舶的舾装重量与空船重量之比舾装,包括甲板设备(也称为外舾装)和舱室内装(也称内舾装)。

从舾装重量占整个空船重量的比例来看，大型货船、大型油船相对较小；但小船，特别是渔船，所占比重较大。

舾装重量初估时不易准确。

因此，对舾装重量所占比例较大的船舶，舾装重量的估算要格外重视，否则影响很大。

一、舾装重量的分类细目舱底铺板舱边护条护舷木栏杆上木扶手木质上层建筑……船体木作船舶属具（金属）桅及龙门架柱栏杆扶梯旗杆外烟囱钢质舱口盖天窗门窗及人孔特种属具……船舶设备及装置舵装置锚装置系缆装置起货设备救生设备航行设备消防设备推进装置特种装置和设备……舾装木作非金属围壁衬板天花板室内地板门窗家具舷梯非金属舱口盖舾装木作杂项……2.4 舾装重量估算生活设备及工作用具厨房及餐室设备卫生及洗涤设备各种装饰、娱乐设备小卖部杂项设备医疗用具水手工具及备品木工工具及备品……敷料油漆舱底敷料舱柜敷料甲板敷料厨房瓷砖和地砖卫生间瓷砖和地砖……船体部分的油漆……一、舾装重量的分类细目2.4 舾装重量估算船舶管系冷藏及通风通风设备空调改备伙食冷藏库设备制冷机及其与冷藏舱或空调器连接管系冷藏货舱设备制冰设备……舱底水系统压载水系统消防系统卫生及日用水系统暖气设备测深管及注入管系统舱面机械系统航行设备系统特种机械系统货油装卸系统……二、舾装重量的分类特点舾装重量具有著显的两“繁”特点2.4 舾装重量估算这些特点，增加了舾装重量估算的难度。

一是，项目“繁多”二是，变化“频繁”且各自独立，规律性差；有些舾装件的型号、规格、技术参数等更新很快。

通常,将舾装重量归纳成四大类二、舾装重量的分类特点设备侧推2.4 舾装重量估算减摇舱口盖舱室设备锚舵系泊油漆2.4 舾装重量估算三、舾装重量的粗略估算同船体钢料重量的粗略估算一样，舾装重量的粗略估算既可利用母型船资料进行等比换算，也可利用统计公式进行估算。

平方模数法假设舾装重量（W O ）比例于主船体的甲板面积。

第三章 船舶重量与重心3.1 概述排水量是船舶技术性能的重要参数之一，是船舶设计中各项性能计算的重要依据。

船舶的排水量即为组成船舶的各项重量之和。

船舶的重心位置关系到浮态和稳性。

因此，船舶设计和建造中必须尽量准确地计算并控制船舶的重量与重心位置，这是保证船舶各项性能的基本条件。

船舶的重量可分为空船重量和载重量两大部分。

空船重量是船舶的一项重要指标，载重量反映了船舶的装载能力。

在船舶的各个设计阶段，重量和重心的估算或计算都是一项必不可少的重要工作。

它是随着设计阶段的不断深入，逐步近似，由粗略到精确。

本章主要介绍在船舶设计初期，如何对船的重量重心进行分析，寻求它们与船的主尺度和主要要素之间的联系规律，以便能较准确地进行估算，同时也介绍一些具体的估算方法。

3.1.1 平衡条件根据浮性原理，船舶于静水中平衡的条件是：重力等于浮力；重力与浮力的作用线在同一垂直线上。

如图3.1.1所示。

图3.1.1 船舶浮于水面的平衡条件船在某一装载情况下的总重量为i W ∑（单位为：吨，用t 表示），此时船体排开水的重量（即排水量）为BkLBdCk ρρ=∇=∆ （3.1.1）式中：ρ──水的质量密度（3m t ），海水一般为1.025；淡水为1.0； ∇──该装载情况下的型排水体积（3m ）；k──附体体积系数。

因为∇为型排水体积，它不包括外板厚度及附体（如舵、螺旋桨、轴支架、舭龙骨等）在内，k 值是考虑这些因素后的系数，通常 为1.002~1.010,大船取小值，小船取大值，一般可取1.006。

B C d B L 、、、──分别为船长（通常为PP L ）、型宽、吃水及方形系数。

根据平衡条件可得浮性方程式：Bi kLBdCW ρ==∆∑ （3.1.2）3.1.2 民船重量分类及典型载况 1. 重量分类船在某一装载情况下的总重量就是此时的排水量∆，它由各部分重量组成。

通常在设计中将排水量分成空船重量和载重量两部分，即DWLW +=∆ （3.1.3）式中：LW ──空船重量（t ）；民船设计中通常将其分为船体钢料重量H W 、舾装重量 O W 和机电设备重量M W 三大部分，即M O H W W W LW ++=；DW──载重量（t ）；包括货物、旅客、船员、行李、油水（燃油、滑油、淡水等）、食品、备品、供应品以及压载水等。

112.1船舶在静水中的平衡条件第二章船舶重量重心2.1 船舶在静水中的平衡条件因此，我们必须首先讨论船舶在静水中的平衡条件。

船舶设计的首要要求是安全可靠。

安全可靠的基础就是：所设计的船舶必须能够按照预定的状态，稳定地漂浮在水面上。

即船舶具备在静水中保持平衡的能力。

如果一艘船舶连在静水中都不能保持平衡的话，那么也就根本无法对这艘船舶提出任何其它要求。

2.1 船舶在静水中的平衡条件,x i船舶在静水中的平衡条件（浮性方程）()W −+∆=k k 0()()G B G B x x y y −+−=i j 0（重心与浮心：在同一铅垂线上）（重力和浮力：大小相等、方向相反）这是客观存在的自然规律，是必须严格满足的等式要求。

2.1 船舶在静水中的平衡条件船舶所受的浮力，由作用于船体湿表面的静水压力合成所得。

根据阿基米德原理，船舶所受的浮力等于船体所排开水的重量，即排水量。

浮心和船体所排开水的体积（排水体积）的形心重合。

式中，i W W LW()+DW()i W W ==∑x x DWLW 船舶所受的重力，由船舶的各部分重量所提供。

船舶是一个复杂的系统，各部分的重量林林总总，十分繁杂。

为此，把船舶重量分为空船重量和载重量两大部分。

重心表征船舶上各部分重量的分布情况。

重量方程式为船舶的重量为船舶的各部分重量为空船重量（Light Weight ）为载重量（Dead Weight ）为船舶表征向量2.1 船舶在静水中的平衡条件x2.1 船舶在静水中的平衡条件()g ρ∆=∇x 浮力方程式LW()+DW()W =x x 重量方程式W =∆LW()DW()()g ρ+=∇x x x ()W −∆=k 0()W −+∆=k k 0浮性方程因此，为了使得船舶在静水中保持平衡，空船重量（LW ）、载重量（DW ）和排水体积（∇）三者之间必须保持上述等式约束关系。

这个等式关系看似简单，实则蕴含着丰富的信息。

LW()DW()()g ρ+=∇x x x 2.1 船舶在静水中的平衡条件第一，船舶是一个复杂的系统，其表征向量x 中的变量个数肯定大于1。