舰船静力学性能考核评价指标及考核能力需求初探

焦安龙，刘文思



舰船静力学性能考核评价指标及考核能力需求初探

焦安龙，刘文思

（中国人民解放军91439部队，辽宁大连116041）

从舰船静力学性能的原理出发，总结现有水面舰船浮性、稳性、不沉性考核标准，开展舰艇平台浮性、稳性、不沉性考核方法研究，对现有考核方法进行归纳梳理，分析考核典型舰船平台静水力学性能的基本能力要求，提出靶场考核装备建设需求，对拓展靶场职能使命，提升新形势下靶场试验考核能力具有实际的意义。

静力学性能 考核评价 能力建设

0 引言

舰船浮性、稳性、不沉性是舰艇静水力学性能的基本构成要素，随着我国维护海洋权益的意识日益提高，海军作战任务逐步向远海拓展，舰船面临的作战环境势必日趋复杂，碰撞、搁浅的概率大大增加；同时海军大中型舰船的陆续服役，基于平台的型号试验任务越来越多，靶场的使命任务将由单一作战模块的考核，向舰艇作战平台接近实战条件下的总体性能考核拓展。而现代舰船广泛采用薄壁结构，在水中兵器的作用下其被动防御能力一般较弱。因此，对现有舰艇总体性能中浮性、稳性、不沉性的考核，直接关系到舰艇交付使用的产品质量，最终决定舰船在实战条件下的总体作战能力和生命力。对舰艇平台浮性、稳性、不沉性等舰艇静水力学性能指标开展针对性的研究，掌握舰艇平台总体性能考核方法对靶场使命任务拓展具有重要意义。

1 浮性的考核评价

1.1浮态的表示及计算方法

舰船在一定载重情况下具有浮于水面（或浸没水中）保持平衡位置的能力叫做浮性。浮性本身不仅是舰船最基本的航海性能，也是其他各种航海性能得以存在和发挥的基础。船舶浮于静水的平衡状态称为浮态，可分为正浮状态、横倾状态、纵倾状态、任意浮态[1]。

船舶的浮态可用吃水、横倾角和纵倾角等参数表示。由于船舶的正浮、横倾、纵倾三种浮态是任意浮态的特例，因此考虑最一般的任意浮态下船舶的吃水、横倾角和纵倾角等参数计算方法。

1.2浮态的考核要求[3]

以静水力曲线为基准，通过测量舰船的吃水、纵倾、横倾值对舰船的排水量、重心纵向和横向位置作预检查。

通常对首制舰船进行测量，由承造船厂组织实施。水面舰船可以和倾斜试验同时进行，潜艇一般在下水后随即进行。与倾斜试验同时进行可用初稳性高实测值推算，单独测量只能用初稳性高理论值推算。

1）重量和浮态预计计算书

应分别按称重重量和理论重量详尽计算测量状态时舰船的重量和重心，并按静水力曲线推算出浮态。

2）试验条件

水面舰艇状态按GJB350.2水面战斗舰艇系泊和航行试验规程倾斜试验执行，潜艇状态按GJB38.73执行[3-5]。

3）测量设施

测量设施应包括：a)吃水标记；b)密度计；c)基准平台；d)光学测倾仪器。

4）浮态测量报告

格式同试验报告，内容要求如下：

a)概况部分应明确时间、地点、气象条件、测试水区水的密度、舰船系泊状态；b)舰船载浮状态应列出测试时舰船排水量、重心纵、横向位置计算值及排水量占标准排水量（水面舰船）或正常排水量（潜艇）的百分比；c)测量记录应包括艏、舯、艉吃水实测值和计算值，纵倾、横倾值和计算值，并注明测量仪器型号；d)分析与措施应推算水面舰船标准排水量、潜艇正常排水量状态下的排水量、重心纵横向位置，求出与理论值差值，并对差值进行分析，查找原因，与订购方协商后由总体设计单位采取相应措施，必要时需调整固体压载。

72 稳性的考核评价

2.1稳性的表示及计算方法

受外力作用偏离其正浮平衡位置而倾斜的船舶，当外力消失后能恢复到原平衡位置的能力称为舰船稳性。具有这种能力的船是稳定的，否则是不稳定的或随遇平衡（即能停留在任何倾斜角状态）的。

按倾角大小可分初稳性和大倾角稳性。初稳性一般指倾斜角度小于10°～15°或上甲板边缘开始入水前（取其小者）的稳性；大倾角稳性一般指倾角大于10°～15°或上甲板边缘开始入水后的稳性。

1）初稳性公式和稳性高[1,2]

，

称为初稳性公式。

式中，浮心垂向坐标z和横稳心半径可根据型线图及型值表相当精确地求得，因此问题的关键在于如何精确获得重心垂向坐标z值。

2）大倾角稳性[1,2]

初稳性所得结论只适用于横倾角度小于10°～15°的情况，在舰船在遇到恶劣风浪时，其横倾角将大大超过上述范围，这时便不能用初稳性来判断船舶是否具有足够的稳性。需要研究舰船大倾角稳性。

大倾角稳性的关键是确定复原力矩（或复原力臂），而求复原力臂的关键是确定舰船横倾后的浮心位置，因此计算复原力臂的途径一般是根据水线计算倾斜后的浮心位置或利用重心移动原理计算倾斜后浮心位置的移动距离。静稳性臂随横倾角的变化比较复杂，不能用简单的公式来表示。通常根据计算结果绘制成图，这种图称为静稳性曲线图（如图2）。它表示船舶在不同倾角时复原力矩（或复原力臂）的大小。

舰船在海上航行时经常受到外力矩的突然作用，如阵风的突然吹袭、海浪的猛烈冲击等。在受到外力矩突然作用后将很快地产生倾斜，且在倾斜过程中具有一定的角速度，即使复原力矩达到外力矩，舰船仍然继续倾斜，直到外力矩所做的功完全由复原力矩所做的功抵消时，船的角速度才变为零而停止倾斜。

因此，舰船的动稳性是以复原力矩所做的功来表达的。

根据这个原理，可通过对静稳性曲线的积分得出动稳性曲线（如图3）计算出动力作用下的动横倾角。

2.2稳性考核方法

根据GJB4000-2000对稳性的考核试验项目包括：

1）倾斜试验

在船舶设计阶段计算所得的重量和重心位置，与船舶建成后的实际重量和重心位置往往有一定差异。重心位置对于舰船的浮态和稳性却影响极大，所以每一艘舰船在下水后、建造完工后、经现代化改装后或大修后都照例要用试验的方法来检验其重心位置，尤其是重心高度。为此而作的试验即称倾斜试验。倾斜试验应确定舰艇实际初稳性高并求得舰艇重心实际高度。

由于篇幅限制，这里仅列出倾斜试验基本程序，水面舰艇倾斜试验具体试验方法详细见GJB350.2[4]。

2）静水横摇试验

静水横摇试验程序如下：

a)放松缆索，使舰艇能自由摇摆。b)试验人员按照命令反复奔跑于两舷间，以使舰艇摇摆。在指挥员发出“停止”的命令后，试验人员即回到甲板中线面处，此时舰艇的横摇角应达到4°以上。c)待舰艇处于自由摇摆时，观察员根据已选定的目标，测定舰艇的静水自由横摇周期。d)试验应重复三次。e)试验结果整理。在试验后整理试验结果和编制测试报告。

3 不沉性的考核评价

船破损浸水后仍能保持一定浮态和稳性的能力称为不沉性。军用船的不沉性要求较民船更高，因除在航行中可能遭到破损外，还要考虑到作战中损伤后仍能保持一定的航海性能和战斗能力。提高不沉性的主要措施是加大干舷和进行水密分舱，以及设置双层底和边舱等。在船舶静力学中，不沉性问题包括下列两方面的内容[1]：

1）船舶在一舱或数舱进水后浮态及稳性的计算。2）从保证船舶不沉性的要求出发，计算分舱的极限长度，即可浸长度的计算。

3.1不沉性的计算方法

舰船破损进水后，如进水量不超过排水量的10%～15%，可应用初稳性公式来计算船舶进水后的浮态和稳态，其误差一般在允许范围之内。计算船舱进水后浮态和稳态的基本方法有两种：

1）增加重量法。把破舱后进入船内的水看成是增加的液体重量。

2）损失浮力法（固定排水量法）。把破舱后的进水区域看成是不属于船的，即该部分的浮力已经损失，损失的浮力借增加吃水来补偿。对于整个船舶来说，其排水量不变。因此损失浮力法又称为固定排水量法。

3.2不沉性考核方法

GJB400-2000舰船通用规范对从不同排水量舰船在指定最小浸水隔舱数目的任意相邻隔舱对称或不对称浸水时的最小干舷高、初稳心高、横倾角几个方面做出了要求。水面舰船的不沉性计算应按CB/Z265水面舰船不沉性计算方法进行。

依据该标准，不沉性计算的最终结果应给出舰船破损后的排水量、艏吃水、艉吃水、横倾角、纵倾角、横稳性高度、静稳性曲线特征值等参数[6]。

4 考核典型舰船平台静力学性能的基本能力要求及靶场考核装备建设需求分析

4.1实船试验浮性、稳性测量指标及不沉性计算指标

根据对标准规范中对浮性、稳性、不沉性要求的实船试验分析，水面舰船浮性测量可以和稳性倾斜试验同时进行，不沉性则通过计算进行检验。将浮性、稳性实船试验测量指标及不沉性计算指标归纳见表2:

4.2实船考核试验建设需求

对标准规范提出的实船考核试验所需环境条件、基础设施、测量设备、技术文件归纳见表3。

4.3靶场现有环境条件、基础设施、装设备、技术实力分析

靶场试验海域环境条件：靶场试验海域具有广阔的水域、平坦的海底、良好的水文气象条件，水深一般在40～70 m，很少有台风；试验海区距某军港较近，一般为几海里至几十海里，是一年四季都可以进行海上试验的理想海域。

靶场现有基础设施：包括试验测试工房，岸基综合试验楼及武器固定发射平台一座，配套的试验码头可停靠500 T级左右的船舶，在试验码头可进行中小型水面舰艇试验，水文气象台可以提供试验海域的天气预报，水文测量设备可实时实地测量风速风向，流速流向，海水深度、温度、盐度等参数，满足海上试验的各种需要。

5 总结

本文从典型舰艇的浮性、稳性、不沉性的表示及计算方法、实船试验考核方法两方面归纳了现有标准对舰船静力学性能考核评价指标，分析了考核典型舰船平台静力学性能的实船考核试验对测量设备、基础设施、环境条件的基本能力要求，为靶场后续开展舰艇平台总体性能考核试验，开展贴近实战化考核研究，深化靶场鉴定使命，服务战斗力生成提供参考。

[1] 盛振邦, 刘应中. 船舶原理[M]. 上海: 上海交通大学出版社, 2003.

[2] 吴耀祖, 邵中立, 翟守恒等. 舰船原理[M]. 海军工程大学, 2007.

[3] GJB400-2000舰船通用规范[S]. 2000.

[4] GJB350.2-87水面战斗舰艇系泊和航行试验规程-倾斜试验[S]. 1987.

[5] GJB38.37-2002常规潜艇系泊、航行试验规程[S]. 2002.

[6] CB/Z 265-98水面舰船不沉性计算方法[S]. 1998.

Analysis on Warship’s Hydrostatics Performance Assessment and Capacity Requirements

Jiao Anlong，Liu Wensi

(91439 Unit of PLA, Dalian 116041, Liaoning, China)

U661.2

A

1003-4862（2017）05-0046-05

2016-11-15

焦安龙(1974-), 男，工程师。研究方向：船舶工程。