基本介紹
- 中文名：浮心
- 外文名：center of buoyancy
- 定義：浮體水下部分體積的形心
- 位置：浮力的等效作用點
- 一級學科：船舶工程
- 二級學科：船舶術語
浮心概述,船舶設計影響,浮心的位置,
浮心概述
浮心，顧名思義，浮力的等效作用點。當物體放入流體中時，由於與流體的上下接觸面受到流體的壓強不等，上小下大，故產生壓強差，進而物體會受到流體豎直向上的壓力，即受到流體的浮力。依據阿基米德定律，可得出物體受浮力大小為物體排開那部分流體所受到的重力。而浮心的位置，就是那部分被排開流體的重心的位置，如果被排開流體的幾何形狀是規則的，那么浮心就在被排開的流體原先的幾何中心。
在造船工業中，工程師常常在船底大規模地安放密度大的鐵質材料，以保證船體的重心降低，使重心低於穩心，從而保證船舶在受到外載荷的情況下有足夠的穩性。
浮心和重心是兩碼事，浮心可以與物體的重心相重合，也可以高於或低於物體重心的位置。重心可以看作重力的作用點。浮心也可以看作是浮力作用點，正如物體各個部分都受到重力，但我們可以認為總的重力之作用在重心這個點上一樣。
船舶設計影響
浮心縱向位置對阻力的影響
有較多的理由浮心縱向位置是船舶設計中的重要參數。就阻力來說，LCB的最佳位置在很大程度上取決於船舶航行時的速長比。在高
值時，主要是保持較瘦的艏部以延遲興波阻力的發生，同時艉部也不能太肥，以免形狀阻力增加。因此結果是所有低方形係數船舶其LCB都在舯後。在低值時，艉部仍應保持適當的瘦削，以免阻力的急劇增加，但艏部可以較胖，因為在該速長比下興波阻力占總阻力的百分比較小。因此結果是艉部較瘦而艏部較肥，LCB在舯前。這些趨勢充分反應在系列60的母型中。當方形係數在0.60～0.80範圍時，其後體棱形係數為0.646~0.750，但相應的前體棱形係數達0.581~0.861。假如以每噸排水量的阻力來表示其影響，則在低速長比時豐滿船有較大好處，如增大，則瘦削船較為有利。
浮心縱向位置對推進效率的影響
LCB位置對推進效率也有影響，通常在其他係數已定的情況下，若把LCB前移，伴流及推力減額都將降低，但對伴流的影響較大。因此LCB前移將使阻力及推進效率同時降低，而最後導致軸馬力的增加。所以就流體力學上說，LCB的位置最終歸結於所要求的收到馬力，而不單是阻力，雖然後者是前者的主要組成部分。
浮心縱向位置對縱傾的影響
船舶的其他一些性能也是與LCB位置有關的，如船在波浪中航行時的運動及失速。在船舶設計中，LCB位置除了從節省功率及較好的適航性之外也還取決於其他的考慮。主要是在各種裝載情況下能調整縱傾，特別是油輪和其他散裝貨輪。乾貨船及客船的艉機型傾向常引起縱傾問題，同時因艉部形狀為機器尺度所要求的容積所制約，亦影響到LCB位置。
浮心的位置
根據阻力觀點選取浮心縱向位置
根據設計船FN的大小可知其阻力成分的大致範圍。從阻力觀點出發，低速船的LCB宜取船中前，隨速度的增加，LCB宜後移，理論上最佳的LCB（下文以XB表示）值應為FN的函式。圖1為最佳XB的範圍，供設計時參考。
圖1
圖1長江船最佳XB與FN的關係如圖2所示。當FN>0.2528，其最佳XB和雙槳沿海船的愛爾曲線接近；當FN<0.25，長江船最佳XB較愛爾曲線偏後。圖示曲線代表與高速船配合的小CB長江船最佳XB，對速度較低的大CB船，其最佳XB較圖示虛線偏前。
內河船XB選取也可套用下式：
沿海船的最低阻力時XB與的關係為
或
根據縱傾調整及其它要求選取
縱傾調整的目的是保證船舶在各種載況下有適宜的浮態。因為浮心縱向位置在小範圍內移動對阻力影響甚微，所以在設計實踐中，常根據縱傾調整或型線等其他方面的要求來移動XB。
圖2
圖2例如，我國的內河拖輪上層建築發達，集於船中前，為調整縱傾常將浮心取於前部。同時，拖輪要求有良好的拖曳效率及操縱性，為保證螺旋槳及舵獲得穩定和充足的水流，後體型線必須纖瘦及尾部縱剖線平順，可將XB前移。但是，根據阻力觀點，當拖輪的速長比在1.1~1.4範圍時，XB在船中後2.0~2.5%L為佳，與前者要求有矛盾，所以，當在1.1~1.4時，XB取在船中後1.0%L。
我國港作拖輪的XB均在船中後1.0%~2.0%L之間；內河小拖輪為滿足布置及縱傾要求，浮心縱向位置一般控制在船中部或稍後即可。
內河淺水船舶採用隧道線型較多，故後體排水體積損失嚴重，XB不得取太后，否則難以設計型線，螺旋槳和舵也得不到足夠穩定的水流，倒車性能較差。
