物體在流體中作非定常運動時，流體作用在物體上的慣性力等效於附加於物體本身質量之上的一個質量所產生的慣性力，這個質量稱為“附加質量”。附加質量與物體的形狀和運動方向有關。在工程上常以物體本身質量乘以附加質量係數表示附加質量。當物體在流體中作非定常轉動時，則相應有附加質量慣性矩，其基本概念與附加質量類同。
基本介紹
- 中文名：附加質量
- 外文名：added mass
- 定義：等效於物體本身質量之上的慣性力
- 學科：船舶工程
- 特點：與物體的形狀和運動方向有關
- 相關概念：附加質量慣性矩
簡介,附加質量效應,產生原理,實際套用及比較,
簡介
船舶在水上運動，必將同時帶動其周圍部分的水一同運動，不論是前後向、左右向運動，還是繞Z軸的轉動均是如此。如果從船舶受力、力矩作用而運動的角度或者從能量轉換角度來看，就好像是船舶質量和慣矩增加了似的。這種相當於增加了的質量部分和慣矩部分，稱為附加質量和附加慣矩。它們與船舶質量、慣矩之和稱為船舶的虛質量和虛慣矩。
附加質量效應
物體在水中運動時，附加質量效應有著不可忽視的影響。所謂附加質量效應，系指物體在水面或水下運動時，會產生宛如增加了物體質量那樣的效應，除加速、減速的進行要比空氣中感到困難外，還會帶來各種附加的影響。當然，物體即使是在空氣中運動，與在其空中運動相比也會有同樣的效應，然而因空氣的密度小，故附加質量與物體的質量相比是微不足道的，但在水中卻同，由於水的密度較大，附加質量與物體的質量屬同一數量級，故不能不補。如果物體在水銀中運動，就會產生更大的附加質量效應。此外，即使在大氣中，若是像飛船一樣須借空氣的浮力而浮動者，則附加質量與物體的質量也將屑同一數量極。
產生原理
實際流體是有黏性的，如果忽略流體中的黏性，就稱為理想流體。船在理想水中作加速運動時必須推動周圍的水作加速運動，水質點反作用於船體形成阻力，稱這種阻力為流體慣性阻力。可見當船作加速運動時不但要克服船自身慣性力，還要克服水的慣性阻力。流體慣性阻力的大小與船體運動的加速度成比例，方向與船體加速度方向相反。流體慣性阻力與加速度的比例係數被稱為附加質量，附加質量恆取正值，通常以符號λ表示。
由於船舶運動將迫使整個液體以不同的微小幅值與船舶的強迫諧振運動同相振盪。可是這個振幅將在液體離開船體後衰減因而可以被忽略。附加質量應是由於船體的強迫諧振運動產生的壓力引起的力和力矩，而這個諧振運動與船體的加速度成正比，而與附加質量力和加速度的相位差是180度。從理論上可以利用流體動能的概念來推導附加質量(賈欣樂、楊鹽生，1998)。任何船舶的運動都將引起靜止的液體運動。為了使得船舶能夠通過這液體，液體必須向兩邊讓開而在船後閉合。這樣一來，這個液體通道就具有了運動能量。
實際套用及比較
假定艦船浸水時，不論是全部或局部、有無與海水自由連通，船重或排水量均因浸入水重量而增加。這種方法可以稱為附加重量法，並假設船體表面不受水中浮力的作用而損失。
損失浮力法是假設自由連通中的浸入水有一部分海水，因此，已浸入水的船體部分不再對艦船產生浮力。換句話說，對於浸水隔艙的垂直壓力是作用在海上，而不是作用於艦船上。從而得名叫作損失浮力。假定有一艘空載箱形駁船，它的重量完全是本身結構的重量，沿縱向將它分成三個隔艙。然後，中間隔艙在自由連通中浸水。根據損失浮力法，這部分浸入水含有海水部分，它的舯部就不具有浮力。但是，駁船的結構重量不因是否浸水而改變，並且必須由與這部分重量相等的浮力來支持。由於失去了舯部浮力，因此，必須靠在有浮力的兩端部增大吃水以使端部排開的水等於駁船結構重量來補償。總而言之，我們可以說，附加重量法是處理重量變化的問題，而損失浮力法是處理形狀變化的問題。
