船舶的初稳性(正常航行和静态时的稳定度)是由船舶的重心、浮心(船体排开的水的重心),漂心(水线面积中心)、水面上面积、船体形状以及减摇装置(比如舭龙骨)决定的.对于一个确定的船型(就是我们要做的模型),那么唯一可做就是就是降低重心了.虽然在实船上重心不是越低越好,但对于模型来讲,重心低造成的船舶横摇周期小的问题是不被考虑的,所以可以放心大胆的将有重量的设备(电池、电机)尽量低置,就可以增加稳性了
船舶的稳定性
船舶的稳定性是指船舶在有限的作用下不会倾覆,倾侧力消失后能恢复到正常状态的能力.
船舶在航行中受到侧面风浪作用倾侧.假设船体向右倾斜,如果船上的货物不移动,重心位置就不会有变化.但由于左面一部分体积露出水面,右边同样大小的体积浸入水中,因此浮心向右移动.如果重心比较低,或者船身比较宽,浮心向右移动相对比较大,浮力作用线就会移到重力作用线的右侧.这时候,浮力的力矩会使船体回复到正常状态.如果重心比较高,或者船体比较窄,浮力向右移动相对较小,浮力作用线在重力作用线的左侧.这时候,浮力的力矩会继续使船体倾侧.这两种情况,前一种是稳定的,后一种是不稳定的.
如果重心在浮力的下面,船体倾侧后,浮力的力矩一定会使船体回复到正常状态.因此,重心低于浮力的船舶一定是稳定的.为了使船舶具有良好的稳定性,要设法增加船体的宽度,并且尽可能降低船舶的重心位置.
浮力的作用线同船体的中心线相交于M点,M点叫稳心.当稳心高于重心的时候,船舶是稳定的;当稳心低于重心的时候,船舶是不稳定的.稳心到重心的距离叫做稳心高度.稳心高低越大,船体的稳定性越好.一半船舶在倾侧10°~15°的情况下,稳心高度大约从零点几米到几米.舰船模型的稳心高度可以按比例缩短.
力学分析
稳心:将支撑力延长与不倒翁轴线交于M点,则M点称为稳心
稳心高度:重心G到稳心M的距离称为稳心高度
稳心半径:B′到稳心M的距离称为稳心半径
重心G
重力W
桌面支点B
桌面支撑力W`
无外力作用:W=W`;
平衡有外力作用:支点B变为B`W=W`,但不在一条直线上,形成一扶正力矩M扶
M扶=W·力偶距
M扶=W··sinα外力撤离:M扶使不倒翁回到平衡位置
由以上分析可见:不倒翁倾斜时受到两个力矩的作用,我们称外力的作用为干扰,外力形成干扰力矩;另一个叫扶正力矩(M扶),由自身的重力形成。本来不倒翁是直立的,由于外力的作用,外力对不倒翁与制成面的接触点产生力矩,使不倒翁倾斜,打破原来的平衡。此外,本来重力是不产生力矩的,因为本来不倒翁是直立的,重力的作用线和支点位于同一直线上,力矩为零。由于外力的作用,不倒翁倾斜,半球体向一侧滚动,接触点随之移动,形成了新的接触点,即形成了新的支点,此时重力的作用线和原支点不在同一直线上,因而形成力矩,这就是扶正力矩。正是由于扶正力矩的形成和发展,抵抗和制止了外力的干扰作用。
当外力撤去后,由于扶正力矩的作用,会使不倒翁重新回到平衡。但由于M扶=W··sinα,同时随着不倒翁倾斜的角度不断增大,重心作用线的偏移量也不断增大,扶正力矩的量值也不断增大。如图所示:(当α<15°时,M扶随倾角呈线性变化)
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