穩性

穩性，是指船舶所具有的抵抗外力不使其傾覆，當外力消失後能回復到原平衡位置的能力。按船舶傾斜方向，可分為橫穩性和縱穩性；按外力性質和計及船舶傾斜角速度與否，可分為初穩性和大傾角穩性；按船舶破艙進水與否，可分為完整穩性和破艙進水穩性。如無特別說明，一般系指橫穩性。橫穩性不足會導致船舶發生傾覆沉船事故。中國《船舶與海上設施法定檢驗技術規則》對國際和非國際航行海船規定了必須滿足的具體穩性指標要求。

基本介紹

• 中文名：穩性
• 外文名：stability
• 定義：受外力擾動恢復平衡位置的能力
• 分類：初穩性和大傾角穩性等
• 一級學科：船舶工程
• 二級學科：船舶術語

穩性概述

船舶具有穩性的原因

（1）造成船舶離開原來平衡位置的是傾斜力矩，它產生的原因有：風和浪的作用、船上貨物的移動、旅客集中於一舷、拖船的急牽、火炮的發射以及船舶迴轉等，其大小取決於這些外界條件。

（2）使船舶回復到原來平衡位置的是復原力矩，其大小取決於排水量、重心和浮心的相對位置等因素。

（3）船舶是否具有穩性，取決於傾斜後重力和浮力的位置關係，而排水量一定時，船舶浮心的變化規律是固定的(靜水力資料)，因此重心的位置是主觀因素。

橫穩心（Metacenter）M

船舶微傾前後浮力作用線的交點，其距基線的高度KM可從船舶資料中查取。

船舶的平衡狀態

（1）穩定平衡：G（重心）在M之下，傾斜後重力和浮力形成穩性力矩。

（2）不穩定平衡：G在M之上，傾斜後重力和浮力形成傾覆力矩。

（3）隨遇平衡：G與M重合，傾斜後重力和浮力作用在同一垂線上，不產生力矩。

船舶具有穩性的條件

初始狀態為穩定平衡，這只是穩性的第一層含義；僅僅具有穩性是不夠的，還應有足夠大的回覆能力，使船舶不致傾覆，這是穩性的另一層含義。

穩性對航行的影響

（1）穩性過大，船舶搖擺劇烈，造成人員不適、航海儀器使用不便、船體結構容易受損、艙內貨物容易移位以致危及船舶安全。

（2）穩性過小，船舶抗傾覆能力較差，容易出現較大的傾角，回復緩慢，船舶長時間斜置於水面，航行不力。

穩性的分類

（1）按船舶傾斜方向分為：橫穩性、縱穩性

（2）按傾角大小分為：初穩性、大傾角穩性

（3）按作用力矩的性質分為：靜穩性、動穩性

（4）按船艙是否進水分為：完整穩性、破艙穩性

靜穩性與動穩性

從作用在船舶上的外力矩的性質出發，可將穩性分成靜穩性和動穩性。

靜穩性(static stability)

如果作用在船上的橫傾力矩隨時間的變化速率不超過穩性力矩隨時間的變化速率，則將這種橫傾力矩作為靜橫傾力矩對待。或者說，橫傾力矩由一個數值變為另一數值時，船舶會有足夠時間發生相應傾斜，並產生與橫傾力矩大小相等、方向相反的穩性力矩與之平衡。

船舶在靜穩性力矩作用下所產生的穩性稱為靜穩性。如果外力矩不大於船舶的最大靜穩性力矩，則船舶產生的穩性力矩與橫傾力矩始終保持相等。

動穩性(dynamic stability)

與靜穩性的情況完全相反，如果作用在船上的橫傾力矩隨時間的變化速率超過穩性力矩的變化速率，則將這種橫傾力矩作為動橫傾力矩對待。或者說，橫傾力矩由一個數值變為另一數值時，船舶無足夠時間發生相應傾斜以產生了過量的穩性力矩；又在穩心力矩的作用下向相反的方向加速橫傾；如此往復，即發生了橫搖。這一過程中，船舶產生的穩性力矩與橫傾力矩一般不相等，但穩性力矩與橫傾力矩所作功相等。

船舶在動穩性力矩作用下所產生的穩性稱為動穩性。

如果一個動橫傾力矩在瞬間即刻達到某一固定數值，由於船舶產生的穩性力矩與橫傾力矩不相等，船舶則會永遠搖擺下去。但是由於水阻力作用的存在，船舶會經很長時間才穩定在一個固定傾角上。

小傾角穩性和大傾角穩性

小傾角穩性(initial stability)

小傾角穩性是指傾角在10°以內或15°以內時船舶的穩性，其特點是穩心M基本上不動。嚴格說來，小傾角的範圍與船舶的吃水和結構有關，吃水較大或較小時小傾角的範圍均較小，吃水在半載水線附近時小傾角的範圍較大；船體形狀在垂向上變化較大時小傾角的範圍較小，船體形狀在垂向上變化較小時小傾角的範圍較大。

大傾角穩性(large angle stability)

大傾角穩性是指傾角超過10°或15°時船舶的穩性，其特點是穩心M隨船舶傾角的變化而移動。

實際船舶的傾角在10°或15°附近時常難以確定應按大傾角問題處理還是應按小傾角問題處理。為了保證安全，在可能的情況下應按大傾角問題處理。

橫穩性和縱穩性

橫穩性(transverse stability)

船舶橫傾時的穩性稱為橫穩性。

縱穩性(longitudinal stability)

船舶縱傾時的穩性稱為縱穩性。一般，船舶縱向上沒有傾覆的危險，縱穩性主要研究船舶吃水差的變化規律。

生產中的船舶經常在縱傾的情況下發生橫傾。

完整穩性和破損穩性

船舶未受損即完整狀態下所具有的穩性稱為完整穩性(intact stability)；相應地，船舶在受損狀態下所具有的穩性稱為破損穩性(damaged stability)或抗沉性(insubmersibility)。

波浪中的穩性

在波浪中，任意時刻作用在船體上的重力和浮力一般並不相等，而且還可能有浪、風、流、車、舵、錨、纜等其它外力作用，因此船舶將處在不斷的運動狀態。這種運動一般可分解為6個分量，即縱向、橫向和垂向線性運動及繞這3個方向的旋轉運動。研究這種運動中的穩性自然十分複雜，事實上，這種問題屬於船舶動力學問題。

穩性特殊要求

所有船舶在各種裝載狀態下都應滿足關於穩性的基本要求。單考慮到船舶在使用過程中實際可能的裝載狀態是眾多的、千變萬化的，為了簡化計算工作，法規對各種類型的船規定了穩性計算、校核的不同典型載況，只要這些典型載況下船舶的穩性滿足規範的要求，則可認為船舶穩性符合要求。法規同時指出，船舶如有某種裝載情況，比規定計算的典型載況差(偏於危險)，則應加算這種情況的穩性。

在計算各種載況的穩性時，對燃料、淡水及備品的攜帶量一般是這樣規定的：出港為100%，航行中途為50%，到港為10%。關於各種典型船初穩性高度h值的選取問題以及核算的載況大致如下。

乾貨船

應核算以下四種基本裝載情況的穩性：滿載出港、滿載到港、壓載出港、壓載到港。這類船在滿載到港時穩性最差，對船寬B>12m的船舶，如果取滿載出港時的h/B為0.04～0.05，一般可保證滿載到港時的h值(h在0.25m以上)，且毋需在中途加壓載水；但對油水所占重量較大，而又考慮不在中途加壓載水的船，可能需較大的h/B值。對中小型船，h/B取0.05~0.07才能滿足；如果考慮在中途加壓載水，滿載出港時的h/B相對可取得低些。但應注意，乾舷低的船，若h過小，常不能滿足穩性規範對穩性曲線消失角的要求。

對於裝運散裝穀物的船舶，由於散裝穀物具有孔隙性和散落性，即使是滿載穀物的貨艙，船舶在航行巾的搖擺、顛簸和振動，會使穀物下沉從而產生間隙。此外，艙口端等貨艙形狀突變處也存在裝貨的空檔。這些間隙和空檔的存在使船橫搖時穀物發生橫移而產生傾側力矩，從而影響船舶的穩性。

液貨船

(1)應核算穩性的基本裝載情況有滿載出港、滿載到港、部分裝載出港、部分裝載到港、壓載出港、壓載到港。

(2)船舶在各種裝載情況下，初穩性高度和復原力臂曲線應計及自由液面的影響。

(3)對於部分裝載出港、部分裝載到港這兩種裝載情況的每一品種液貨，至少應考慮一個中心艙或一對邊艙為部分裝載艙，且所取的艙或艙組的自由液面應為最大者。

(4)對未在所有貨油艙內設定縱艙壁的雙殼油船，應在設計階段考慮使裝卸貨油過程中計及自由液面修正後的初穩性高度不小於0.15m。如需藉助操作措施達到此要求時，則應按法規相關要求編制油船裝卸操作手冊。

(5)對未在所有貨油艙內設定縱艙壁的雙殼油船，設計時和建造完成投入營運後，應採取措施儘可能減小雙層底壓載水艙排空後剩餘液體自由液面的影響，如該影響使船舶在裝卸貨油過程中或航行狀態下的初穩性高度小於0.15m，則可要求採取相應的補救措施。

對小型油船，經自由液面修正後的h值大於即可；中型油船初穩性易於保證，大型油船從橫搖角度看h值經常偏大。