初穩性

初穩性（initial stability），是指船舶傾角小於10度~15度或上甲板邊緣開始進水前的穩性。也稱小傾角穩性。初穩性是通過某些簡化假定，可簡明獲得初穩性的因素及其變化規律。

基本介紹

• 中文名：初穩性
• 外文名：initial stability
• 別稱：小傾角穩性
• 定義：船舶傾角小於10度~15度的穩性
• 一級學科：船舶工程
• 二級學科：船舶原理

平衡及初穩性

如圖1所示，當船舶受外力作用，發生傾斜時，水線由W₀L₀變為W₁L₁，浮心由B₀移至B₁，而此時排水量△和重心G位置不變，重力與浮力不再作用在同一鉛垂線上，因而產生了一個力矩，稱為復原力矩。當外力消失時，復原力矩會使船舶回復到原來的平衡位置，船舶的這種性能稱為穩性。這是關於穩性的傳統定義。考慮到船舶在風浪中的運動及動力效應，近代穩性定義為船舶在風浪的作用下保持其不翻（或防止翻船）的機率。

圖1

當船舶橫向微傾時，復原力矩的大小可用下式表示：

當M點高於G點時，初穩性高GM>0，復原力矩為正值，它抵抗船舶的橫傾。

當M點低於G點時，初穩性高GM<0，復原力矩為負值，它使船舶繼續橫傾。

M點稱為船舶的橫穩心。

同樣，在船舶縱傾時也存在縱向的復原力矩和縱穩心。船舶縱傾時的穩性稱為縱穩性。

造成船舶離開原來平衡位置的傾側力矩可以由風、浪的作用、船上貨物的移動、旅客集中一舷、拖船的急牽以及船舶的迴轉等因素產生。

若傾側力矩的作用是從零開始逐漸增加的，船舶傾斜時的角速度很小，可以忽略，這種傾斜時的穩性稱為靜穩性；若傾側力矩突然加於船上，船舶傾斜時有明顯的角速度變化，則這種傾斜時的穩性稱為動穩性。

傾斜角在0°到10°～15°範圍內或0°到上甲板邊緣入水角範圍內（取其小者）的穩性稱為初穩性或稱為小傾角穩性；傾斜角超出上述範圍的穩性稱為大傾角穩性。

各因素影響

移動小量載荷對初穩性及浮態的影響

若船上的某一載荷P（假定P小於5%～10%的排水量）沿縱向、橫向和垂向分別移動δ_x，δ_y，δ_z（向首、向右、向上為正），則船的初穩性和浮態變化如下：

初穩性高的變化：

橫傾角的變化：

首吃水的變化：

尾吃水的變化：

式中：

P——載荷(t)；

δ_x，δ_y，δ_z——載荷P的三向位移(m)。

增加或卸掉小量載荷對初穩性及浮態的影響

在船上某一位置(x，y，z)增加或卸掉某一載荷 P 時，船舶的初穩性和浮態變化如下：

平均吃水的變化：

初穩性高的變化：

橫傾角的變化：

首吃水的變化：

尾吃水的變化：

或 分別為增加或卸掉載荷的情況。

懸掛載荷對初穩性的影響

船上懸掛載荷對船舶的穩性會產生不利的影響。懸掛載荷引起的初穩性高損失為

式中:P——懸掛載荷(t)；

——懸掛載荷重心到懸掛點的距離(m)。

船舶進塢及擱淺時的穩性

1)船舶進塢時的穩性

船舶進塢時的穩性和船舶承受的反作用力，如圖2所示。船舶未擱塢墩時的水線為W₀L₀，此時的縱傾值假定為t₀；當船舶即將完全座落在墩上時，此時吃水線為W₁L₁，縱傾為0，船舶所承受的墩的反作用力R達到最大值R_max。

圖2

式中：x_R——R力作用點的x坐標(m)；

船舶的初穩性高的變化可近似地按下式計算：

式中d_m，△，GM及T_PC 4個數據均是即將擱塢墩時的參數。

船舶出塢時的情況與進塢時相類似。

2)船舶擱淺時的穩性

船舶擱淺時的穩性、所承受的反作用力和接觸點位置見圖3。

圖3

船舶擱淺時假若所承受的反作用力不很大，船舶也未破損，擱淺前後船舶浮態的變化可以用實測得到。

在這種情況下：

船舶所承受的反作用力：

船舶初穩性高的變化：

接觸點的橫坐標：

接觸點的縱坐標：

式中δd_A，δd_F——擱淺前後首、尾吃水的變化(m)。

式中所有參數除 為擱淺後船舶橫傾角的變化外，其他均為擱淺前的數值。

需注意，上述公式求出的R為負值（如圖所示的情況，首吃水的減少量大於尾吃水的增加量），其物理意義可看作為船上卸掉一個載荷，從而船舶的初穩性也減小了。