使船舶產生橫傾的外力矩叫做橫傾力矩（heeling moment）。穩性的良好與否是舟艇的內在因素，它決定於舟艇的質量和重心位置及舟艇形狀，引起舟艇橫傾的橫傾力矩則是外在因素，其大小主要由外力對舟艇的作用來決定。橫傾力矩按其作用性質可分為靜力橫傾力矩和動力橫傾力矩。
基本介紹
- 中文名：橫傾力矩
- 外文名：Heeling moment
- 釋義：使船舶產生橫傾的外力矩
- 時間：船舶轉向時
- 分類：靜力橫傾力矩和動力橫傾力矩
- 學科：船舶科學
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橫傾
橫傾是艦體向一側傾斜斜的狀態。造成橫傾的原因主要是縱中剖面兩側積載不均或一側進水。橫傾後，艦體阻力增大，航速降低，舵面不再垂直於相對流向，轉船力矩減小，橫傾角越大，舵效越低。另外，橫傾後，兩側浸水面積不等，水動力合力作用點偏於一側，產生推艦艇向高舷一側偏轉的力矩；雙螺旋槳艦艇低舷一側的螺旋槳浸水深，效率高，推力略大於高舷螺旋槳，因此形成推力差，也產生向高舷偏轉的力矩。通常除方形艦首的特殊艦船在橫傾時，可能向低舷偏轉外，都有向高舷偏轉的現象。有橫傾的艦艇，在迴轉掉頭時，向舷高一側轉動比較靈活，迴轉直徑也較小。但總的來說，橫傾對艦艇操縱不利。
橫傾力矩
船舶轉向時，水的壓力和船的離心力形成對船的橫傾力矩。在轉向的最初階段，船重心移動軌跡曲率半徑大，橫傾力矩主要取決於水對船體的側向壓力，此時船體向迴轉圈的內側傾斜；隨著迴轉圈曲率半徑逐漸減小，船的離心力將起主要作用，因而船體變為向迴轉圈外側橫傾，會影響船的安全，船應有足夠穩性使其在迴轉時橫傾角不致過大。力矩大小與側向水壓力中心和船重心的垂向位置及航速有關。減小舵角和降低航速是減小橫傾角的有效措施，但因此將加大迴轉半徑，影響迴轉靈敏度。
作用
靜力橫傾力矩
作用在船上的橫傾力矩隨時間的變化過程可為各種各樣，如正弦函式關係、漸增函式關係、漸減函式關係等。如果橫傾力矩關於時間的變化速率遠小於穩性力矩的相應變化速率，則可將這種橫傾力矩作為靜橫傾力矩(statical heeling moment)對待。這時，如果船舶穩性足夠大，則可認為在靜橫傾力矩作用範圍內的任意傾角上，穩性力矩都與橫傾力矩相等。
應該指出，靜橫傾力矩是一種極限情況，生產中船舶受到的橫傾力矩只有一部分可近似歸併到這種情況中。
靜橫傾力矩對船舶的作用過程
在靜橫傾力矩作用範圍內的任意傾角上靜橫傾力矩與穩性力矩始終相等，如圖1所示。圖中，穩性力矩用穩性力臂GZ表示，橫傾力矩用相當力臂Lf表示。
圖1
圖1我們首先考慮靜橫傾力矩由0逐漸加大到恆定值的作用過程。由於橫傾力矩的變化速率不超過穩性力矩的變化速率，所以，如果船舶具有足夠的穩性，則隨著橫傾力矩的增加，船舶便產生相應的傾角，同時產生一個大小與這一橫傾力矩相等而方向相反的穩性力矩；當橫傾力矩達到最大值時，船舶產生的傾角θ稱為最大靜傾角。
有關靜橫傾力矩對船舶的作用，我們有如下幾項結論：
- 如果船舶處於靜止正浮，則在最大值不超過最大靜穩性力矩的橫傾力矩作用下船舶不致於傾覆，在最大值超過最大靜穩性力矩的橫傾力矩作用下船舶一定傾覆；
- 在靜傾過程中，只要傾角在穩距範圍內，則取消外力矩後船舶必會回搖到正浮位置；
- 在靜傾過程中，如果外力矩呈周期性變化，則船舶傾角也一定呈類似的周期性變化；
- 如果有多個靜橫傾力矩同時作用於船上，則對船舶的作用結果相當於這些力矩的合成力矩對船舶的作用結果；
- 如果船舶處於自搖狀態，則靜橫傾力矩與穩性力矩方向一致時對船舶的橫傾有加劇作用，靜橫傾力矩與穩性力矩方向不一致時對船舶的橫傾有削弱作用。
動力橫傾力矩
如果橫傾力矩關於時間的變化速率大於穩性力矩的變化速率，則可將這種橫傾力矩作為動橫傾力矩(dynamical heeling moment)對待。這時，可以認為動橫傾力矩的每一數值都在極短時間內達到下一數值，而船舶的穩性尚未作出相應的改變。動橫傾力矩隨時間的變化過程可為各種各樣，如瞬時數值、瞬間即達到恆定值、正弦函式關係、漸增函式關係、漸減函式關係等。
不難看出，動橫傾力矩對船舶的作用過程極為複雜，一般情況下，只有一些簡單動橫傾力矩或對一般動橫傾力矩作出一些極端假設，才有可能對其進行定量研究。
動橫傾力矩對船舶的作用過程
由於動橫傾力矩對船舶的作用過程極為複雜，這裡只分析航海生產中的一種比較不利的情況。設船舶橫搖至某一橫傾角θi；而剛剛開始回搖時，突然有一橫傾力矩Mi從船舶回搖方向作用到船上，相當力臂為li，如圖2所示。這種情況比較危險，其間船舶的搖擺過程分成如下幾個階段：
圖2
圖2（1）自θi回搖
橫傾力矩是突然作用到船上的，並且瞬間即達到恆定值。這時，船舶產生的穩性力矩與橫傾力矩的作用方向一致，都使船舶向正浮位置回搖，而且，由於穩性力矩和橫傾力矩的共同作用，回搖的速度在逐漸增加。但是，由於穩性力矩在逐漸減小，所以總的作用力矩在逐漸減小，回搖的加速度在逐漸減小。回搖到正浮位置時，穩性力矩已減至0，但橫傾力矩仍然存在，船舶會繼續橫傾。過O點後，船舶所產生的穩性力矩不但不使船舶繼續橫傾而且還有使船舶向著O點方向回搖的趨勢，因而部分地抵消了橫傾力矩，所以總的作用力矩仍然在減小。也就是說，這一段過程中，回搖的速度仍然在增加，回搖的加速度仍然在減小。
（2）自θs繼續回搖
船舶橫搖至θs時，穩性力矩與橫傾力矩大小相等，方向相反，所以作用在船舶上的總的力矩為0，橫搖的速度不再增加，即加速度為0。但是，這時船舶的橫搖速度達到最大值，在慣性力的作用下會繼續橫傾。傾角超過θs後，與橫傾力矩方向相反的穩性力矩已在數值上將其超過，所以作用在船舶上的總的力矩阻礙其橫傾。這一段過程中，穩性力矩在數值與橫傾力矩的差值逐漸增大，所以船舶橫傾的速度在逐漸減小，橫傾速度的加速度為負值，並且負加速度的絕對值在逐漸增大。
（3）自θd橫傾
當船舶回搖到θd時，繼續回搖的速度已減至0。但是，這時船舶的穩性力矩遠大於橫傾力矩，所以船舶並不會停留在θd上，而會在扣除橫傾力矩的剩餘穩性力矩作用下以加速度向相反方向橫傾。橫傾的過程中速度不斷增加，但由於剩餘穩性力矩在減小，所以加速度在減小。
（4）自θs繼續橫傾
到了θs，穩性力矩與橫傾力矩相等，橫傾的加速度為0。但是，這時的橫傾速度達到了最大值，所以船舶不會停留在這一位置上而會繼續橫傾。過了θs船舶的穩性力矩進一步減小，橫傾力矩已開始大於穩性力矩，並且差值在增加，所以船舶的橫傾速度在減小，橫傾的加速度為負值，並且負加速度的絕對值在逐漸增大。到了O點，穩性力矩減至0，但橫傾力矩對船舶的橫傾仍然具有阻礙作用。過了O點，船舶所產生的穩性力矩與橫傾力矩的方向一致，均對船舶的進一步橫傾起阻礙作用，所以船舶的橫傾速度仍在減小，橫傾的加速度仍為負值，並且負加速度的絕對值仍在逐漸增大。
（5）自θi再回搖
船舶橫傾至θi時，橫傾的速度減為0。但這時穩性力矩與橫傾力矩方向一致，總的力矩達到最大值。所以，船舶會開始再回搖。
分類
（數學計算）
穩性的良好與否是舟艇的內在因素，它決定於舟艇的質量和重心位置及舟艇形狀，引起舟艇橫傾的橫傾力矩則是外在因素，其大小主要由外力對舟艇的作用來決定。橫傾力矩按其作用性質可分為靜力橫傾力矩和動力橫傾力矩。
靜力橫傾力矩
靜力橫傾力矩是指作用過程緩慢的橫傾力矩，如穩定風力作用，可用靜平衡條件來確定其橫傾角。
如圖3所示，舟艇受橫向穩定風力的作用作等速橫移。這時風力Pf與水對舟體的橫向阻力R相平衡，則風力橫傾力矩Mf為：
圖3
圖3
zR——水阻力作用點距基線高，一般zR取為：
，T為滿載吃水。
橫向風力可按式(2)求得：
A——承受風壓面積(m)；
P——風壓強(Pa)，可按式(3)算出：
Cp——風壓係數，取1.25；
v——橫向穩定相對風速(m/s)，可按有關風力等級表確定。
動力橫傾力矩
動力橫傾力矩主要指突然作用在舟艇上的橫傾力矩，如橫向突風作用、拖索急牽產生的橫傾力矩，其橫傾角需用動平衡條件確定。
圖4
圖4如舟艇在拖索橫向急牽的拖力Pt作用下(圖4)，開始時，舟艇尚無橫移速度，這時橫向水阻力R=0，而在舟艇重心G處存在慣性力F，故拖索急牽橫傾力矩Mt為：
zG——舟艇重心距基線高，可取zG≈T。
確定拖索急牽拖力尚無確切數據，可用式（5）估算，即：
Pe——牽引舟艇主機功率（kW）；
160——拖力係數。
