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船舶的理論 ─ 橫向穩度、縱向強度、阻力. 長榮大學 科技工程管理學系 吳俊概 博士. 1. 橫向穩度. 穩度 用以衡量船舶傾斜後恢復平正之能力 穩度直接影響船舶的航行安全,設計時需慎重評估。 船能保持平衡需具備的三要件 1. 總重量等於總浮力 2. 重心 與 浮心 落在 同一條垂直線上 3. 重心需低於 定傾中心. 三個必須知道的中心 重心 (center of gravity) G :重量的中心 浮心 (center of buoyancy) B :浮力的中心 - PowerPoint PPT Presentation
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長榮大學 科技工程管理學系 吳俊概 博士
船舶的理論船舶的理論 ─ 橫向穩度、縱向強度、阻力 ─ 橫向穩度、縱向強度、阻力
< 船舶概要 >
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穩度 用以衡量船舶傾斜後恢復平正之能力 穩度直接影響船舶的航行安全,設計時需慎重評估。
船能保持平衡需具備的三要件1. 總重量等於總浮力2. 重心與浮心落在 同一條垂直線上3. 重心需低於定傾中心
1. 橫向穩度
< 船舶概要 >
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三個必須知道的中心 重心 (center of gravity) G :重量的中心 浮心 (center of buoyancy) B :浮力的中心 定傾中心 (metacenter) M :船舶傾斜後,浮力作用的方向與正
浮時 GB 直線的交叉點
< 船舶概要 >
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依定傾中心與重心的對應位置,船舶有三種平衡狀態1. 穩定平衡 (stable equilibrium) :定傾中心在上2. 不穩定平衡 (unstable equlibrium) :定傾中心在下3. 隨遇平衡 (neutral equilibrium) :兩中心重疊
穩定平衡
< 船舶概要 >
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一般水面船不至有隨遇平衡情況,但均質的圓球形浮體即為隨遇平衡。
潛水艇之穩度變化 潛艇下潛時,重心因船艙注入海水而逐漸下移,浮心則因排水體
積增加而逐漸上移。 在浮心與重心重合的的瞬間,即成隨遇平衡。 好在該瞬間為時很短,且有其他設備輔助,故不致發生危險。
< 船舶概要 >
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靜力穩度 (statical stability) 船體傾斜後,其所獲扶正力矩的大小,稱之為靜力穩度或靜穩度。 扶正力臂 (righting arm) : GZ 長度的大小 扶正力矩 (righting moment) : 浮力 × GZ 長度 穩度的提高,經常是設計較寬的船身。
< 船舶概要 >
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傾斜試驗 (inclining experiment) 新船造好後,為驗證重心及定傾中心位置之計算結果,需施行傾
斜試驗。 係利用船上重量之左右移動,使船體發生傾斜,以測定其定傾高
度 , 即 GM 長度。
關係式: 重物重量 × d × cosθ = 浮力 × GM × sinθ
< 船舶概要 >
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穩度大小的選擇 穩度大的船,橫搖的週期小,船體的搖動較劇烈,有如喝醉酒的船,搭乘起來較不舒服。故一般均在安全許可的範圍內,盡可能地降低穩度。
穩度小的船,橫搖的週期大,搭乘起來雖較舒服,但翻船的風險也較大。
< 船舶概要 >
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一般設計的橫搖週期客船 16 至 24 秒貨船 15 至 30 秒船體越大,設計的橫搖週期也越大。
橫搖之防止,可加裝 1) 舟必龍骨 (bilge keel) 、 2) 鰭狀穩定翼 (fin stabilizer) 、 3) 減搖水艙 (anti-rolling tank) 。
bilge keel
舟必 龍 骨
減搖水艙鰭片穩定翼
< 船舶概要 >
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船舶浮在水上時,因為局部的重量與浮力無法剛好抵銷,且因為長度大的關係,會有較為嚴重之縱向強度問題。
船體的縱向受力 重量分佈不均的影響波浪之影響
2. 縱向強度
重量分佈不均的影響 ─>
波浪的影響 ─>
< 船舶概要 >
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舯垂浪中的郵輪
< 船舶概要 >
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船越深,縱向強度越佳,抗彎能力也越佳,但穩度越差。 縱向強度的提高,經常是設計較深的船身。 縱向強度常依靠龍骨、雙層船殼、抗扭箱來提供。
< 船舶概要 >
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阻力的種類
3. 船舶阻力
< 船舶概要 >
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摩擦阻力 (frictional drag) :因水的黏性所產生的牽制力。
低阻力泳衣
< 船舶概要 >
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形狀阻力 (form drag) :船體設計不夠流線型,而於後方發生渦流所產生的阻力。
大小比例約 20 : 10 : 1
< 船舶概要 >
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興波阻力 (wave-making drag) :船舶前進時,於艏艉產生規則的波浪所形成的阻力。
( 艏波 )
( 艉波 )
( 波峰 )( 波谷 )
( 包絡線 )
< 船舶概要 >
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Q&A 討論時間