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第五章 船舶吃水差

精品资料
第一节 航行船舶对吃水差及吃水的要求
吃水差的概念： 1．吃水差的定义
船舶吃水差是指首吃水与尾吃水的差值，用符号t表示。当船舶首吃水大于尾吃水时，t为正值，称为首吃水差，相应纵向浮态称作首倾；当船舶首吃水小于尾吃水时，t为负值，称为尾吃水差，该纵向浮态称作尾倾；当船舶首吃水和尾吃水相同时，t为零值，相应纵向浮态称作平吃水。
2．吃水差产生的原因
若装载后重心纵向位置与正浮状态的浮心纵向位置不在同一垂线上，则船舶将产生一纵倾力矩，迫使船舶纵倾。随着船舶纵倾，水线下排水体积的形状发生变化，浮心也随之移动。当船倾斜至某一水线时，重心与纵倾后的浮心重新在与新水线垂直的垂线上，则船舶达到平衡，此时船舶首、尾吃水不相同，从而产生吃水差。

吃水差对船舶性能的影响：船舶吃水差及吃水对操纵性、快速性、适航性与抗风浪性能都会产生一定的影响。尾倾过大，船舶操纵性变差，航速降低，船首部底板易受波浪拍击而导致损坏，驾驶台瞭望盲区增大；首倾时使螺旋桨和舵叶的人水深度减小，航速降低，航向稳定性变差，首部甲板容易上浪，而且船舶在风浪中纵摇和垂荡时，使螺旋桨和舵叶易露出水面，造成飞车。
船舶在某些情况下空载航行，此时吃水过小，更影响螺旋桨和舵叶的入水深度，使船舶操纵性和快速性降低。另外，因受风面积增大，也使船舶稳性变差、航速减小。

营运船舶对吃水差的要求：船舶在航行中为保证其航海性能，应使船舶适度尾倾。船舶开航前，尾吃水差适宜值与船舶大小、装载状况、航速等因素有关。实践经验表明，万吨级货船适度吃水差为：满载时-0.3～-0.5m；半载时-0.6～-0.8m；轻载时-0.9～-1.9m。各船具体情况不同，驾驶人员应根据本船实际状况确定适当尾吃水差值。船舶不同装载状况下若航速一定，存在一纵倾状态使船舶航行阻力最小，因而所耗主机功率也最小，从而节省了燃料，该纵倾状态称为最佳纵倾。

空载航行船舶对吃水差及吃水的要求：船舶在空载时，为了节约能源总力图减少压载重量，但考虑到船舶过小吃水及不适当的吃水差会给船舶安全航行带来不利影响，因此应使压载后的船舶纵向浮态满足一定要求。
船舶空船压载后的吃水，至少应达到夏季满载吃水的50%，冬季航行时因风浪较大，应使其达到夏季满载吃水的55%以上。为了保证营运船舶的安全，IMO提出了压载航行最小吃水的要求，我国建议远洋船舶的纵向浮态应满足以下要求：
对船长Lbp≤150m的船舶

对船长Lbp＞150m的船舶

对于尾吃水，应使螺旋桨具有足够的入水深度。船舶营运实践表明，当螺旋桨沉深（螺旋桨轴中心线至水面的垂距）h＜0.5D（螺旋桨直径）时，将显著影响螺旋桨的推力和转矩；当h ≥0.8～0.9D时，其快速性可达到满意效果。在恶劣气候条件下，由于严重纵摇，则螺旋桨应具有较大的沉深。同时船舶吃水差与船长之比t/LBP应小于2.5%，即纵倾角小于1.5°。

第二节 船舶吃水差及吃水的基本核算
吃水差及首尾吃水的计算：1．吃水差及船舶首尾吃水和算式：

当漂心在船中时，=0，首尾吃水和算式可简化为

其中: ──船舶重心纵坐标，即船舶重心距船中距离（m）；
──船舶浮心纵坐标，即正浮时船舶浮心距船中距离（m）；
MTC──每厘米纵倾力矩（9.81kN.m）；
Lbp──船长（m）；
dM──船舶平均吃水（m）。
2．计算方法
（1）计算船舶排水量和重心纵坐标；

式中：pi──构成排水量的各项载荷重量（t），包括空船重量ΔL、船舶常数C、
各货舱所装货物、各项航次储备等，各货舱货物重量由配载图确定；
xi──pi的重心纵坐标（m），规定：重心在船中前，xi为+，重心在船中后，
xi为-；
∑pixi──全船纵向重量力矩（9.81kN·m）。
xi的求取方法为：
①空船重心的纵坐标xL。空船重心的纵坐标xL值，可查取船舶资料获得。
②油水等重心纵坐标xi。无论是否装满，均按舱容中心对待，舱容中心纵坐标可查液舱柜容积表。
③各舱货物重心纵坐标xi。一般地，各舱货物重心可近似取为货舱容积中心，相应舱容中心纵坐标可由货舱容积表查取。
（2）由装载排水量查静水力资料，获取有关计算参数；
根据装载后的，从静水力图表中查得、、和。应该注意的是，在船中坐标系中，浮心、漂心在船中前时和取+，在船中后则相应取-。
（3）计算船舶吃水差t；
求取船舶在装载状态下的吃水差。
（4）计算船舶首吃水和尾吃水。

第三节 影响吃水差的因素及吃水差调整
载荷纵移对吃水差的影响：载荷纵向移动包括配载图编制时不同货舱货物的调整及压载水、淡水或燃油的调拨等情况。船上载荷纵移后产生了一纵倾力矩，引起吃水差改变，导致船舶纵向浮态发生变化。
设船舶装载排水量△，首、尾吃水dF、dA，吃水差t。船上载荷P沿纵向移动距离为x，从而产生纵倾力矩Px ，于是载荷移动引起的吃水差改变量δt为

若载荷p初始重心坐标为xP1，纵移后重心坐标xp2，则纵移距离为x=|xp2－xp1|。
计算值时，应注意其正负号。载荷前移，尾倾减小或首倾增大，值为+；载荷后移，尾倾增大或首倾减小，为－。
载荷移动后新的首、尾吃水和吃水差则为：

载荷纵移调整吃水差：1．适应范围
（1）船舶配载图编制时纵移货物。货物纵移的同时对船舶纵强度及局部强度、货物相容性、货舱适货性、卸货港顺序等多方面造成影响。
（2）装卸后及航行中液舱内载荷调拨。船舶在装卸后或在航行中，可通过调拨液舱内的压载水、淡水及燃料来达到调整吃水差的目的。在调拨时，也需考虑船舶纵强度及自由液面的影响。
2．调整原则
当尾倾偏大时, 载荷应纵向前移，使尾吃水差减小；反之，当船舶首倾时, 载荷应纵向后移，使首吃水差减小。
3．载荷纵移量及纵移距离计算
设载荷纵移前船舶吃水差为t，现欲使吃水差调至，拟由处纵移至处，求取载荷移量p时可采用如下两种方法。
已知吃水差调整量和载荷纵移距离，则载荷纵移量为：

当前后舱室单独移货因满舱而无法实现时，可采用前后舱室轻重货等体积互换的方法达到调整吃水差的目的。设轻货重量为，积载因数为，重货重量为，积载因数为，应调整的吃水差改变量为，而轻货与重货之间的纵移距离为，则由以下关系式可求出所移轻货和重货数量：

同理，已知吃水差调整量，载荷纵移量p，则载荷纵移距离x为：

载荷增减调整吃水差： 1．适应范围
（1）加（排）压载水
船舶在装卸中，为避免出现过大吃水差，除通过合理安排装（卸）舱顺序外，可用加（排）压载水方法对当前吃水差作适当的调整；船舶在航行中，因油水消耗引起吃水差不恰当改变，加（排）压载水予以调整，也是常用方法之一。
（2）航行中油水消耗
合理安排油水消耗的舱室顺序，可在一定程度上改善船舶当时的吃水差。
（3）装载结束前利用货物所预留机动货载调整吃水差
货物装载结束前，通常在首、尾部货舱留出部分机动货载，视当时吃水差的具体情况确定装舱位置，机动货量大小应根据预计装载最后阶段可能出现的最大吃水差确定。
（4）锚地驳卸
对于大吨位船舶，当港口水深受限时，常常在锚地驳卸部分货物使船舶吃水满足要求后方可进港。
2．调整原则
若为载荷增加，当尾倾偏大时, 载荷应加于船舶漂心之前，使尾吃水差减小；反之，当船舶首倾时, 载荷应加于船舶漂心之后，使首吃水差减小。
若为载荷减小，当尾倾偏大时, 载荷应减于船舶漂心之后，使尾吃水差减小；反之，当船舶首倾时, 载荷应减于船舶漂心之前，使首吃水差减小。
3．重量增减量及其位置的计算
设载荷增减前船舶吃水差为，现欲将吃水差调至，拟在处增大载荷来实现。已知吃水差调整量，载荷增减前漂心纵向坐标和每厘米吃水差力矩，则载荷增减量为

同理，已知吃水差调整量，吨载荷增减前漂心纵向坐标和每厘米吃水差力矩，则载荷增减位置为

第四节 吃水差曲线图表
吃水差计算图标的制作原理：1．吃水差曲线图
吃水差曲线图是根据船舶吃水差及首、尾吃水基本计算原理制成的。船舶装载后的及、均与装载排水量和构成DW的各载荷纵向重量力矩有关，因此，可计算出各排水量时不同载荷纵向重量力矩相对应的、和值，以排水量和载荷纵向重量力矩为坐标，绘出、和等值线，从而构成吃水差曲线图。
吃水差曲线图形的横坐标为，纵坐标为载荷纵向重量力矩，图中包括、和3组等值线。
2．少量加载吃水差图表
少量加载吃水差图表是一种少量载荷变动时核算船舶纵向浮态变化的简易图表，它表示在船上任意纵向位置加载100t后，船舶首、尾吃水改变量的图表。
由少量加载首尾吃水改变量计算公式可知，船舶加载后首尾吃水改变量和与装载前（或）、加载重量p及加载纵向位置有关，现取p为100t，则、仅与（或）和有关，这样可计算出各（或）时沿船长不同处加载100t对应的、值。以为纵标，为横标，可绘制出、等值线，习惯称为吃水差比尺。吃水差比尺的横坐标为加载纵向位置，纵坐标为，图中包括首尾吃水改变量和2组等值线。
将吃水差比尺转换成数值表，使用时变得更方便，亦称“装载100t载荷引起首、尾吃水变化数值表”。

吃水差曲线图的应用： 1．计算船舶吃水差及首、尾吃水
（1）计算实际装载后的和；
（2）在横、纵坐标上分别作垂直线和水平线；
（3）读出两线交点对应的、和。
2．纵向移动载荷调整船舶吃水差

吃水差比尺的应用： 1．计算少量装卸后的船舶吃水差及首、尾吃水改变量
（1）在图中横轴和纵轴上分别作垂直线和水平线；
（2）读出两直线交点所给定的和和值；
（3）若实际装载量是p吨，则其首、尾吃水改变量和为：

当船舶少量卸载时，将p取为负值即可，即利用吃水差比尺查得的数值不变，符号相反。
2．载荷纵移调整船舶吃水差
若载荷由处移至处，则可认为载荷由处卸出，再在处装入。
首先，由吃水差比尺分别查出在处卸100t和在装100t时首、尾吃水改变量和、和，则相应的吃水差改变量为：

考虑在和处装、卸100t后总的吃水差改变量为：

然后，按下式求得载荷移动量：

3．载荷增减调整船舶吃水差
在吃水差调整量已知情况下，根据加〔减〕载位置及初始排水量查取吃水差图表得到加载100t首、尾吃水改变量、，而，由此可得载荷增减量p为：

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