复原力矩是物理用语,是指船舶受外力作用倾斜时由于
重力和
浮力的作用点不在同一铅垂线上所产生的使船恢复正态的
力矩。以
横倾为例,漂浮于水线的船,当重心和浮心不在同一垂线上,重力和浮力形成
力偶,促使船回到初始平衡位置,此时的复原力矩为正值。当重力和浮力形成的力偶,促使船继续横倾,此时的复原力矩为负值。
船舶在正浮状态下,重心G与浮心B处于同一铅垂线上,重力与浮力大小相等、方向相反,当船舶在外力(倾斜力矩)的作用下发生倾斜时,船的重量没有发生变化,因此重心仍为G点,而虽然浮力大小没有变化,但由于船舶在水下的形状发生了变化,因此浮心发生了偏移,这时的重力与浮力不再处于同一直线上,这就形成了一个力偶,即复原力矩,又叫做稳性力矩。
船在波浪中,由于位于波峰或波谷时,表观重力的大小不一样,故GM以至复原力矩都随时同而变动,也就是成为拟调和振动。格里姆(Grim)及凯尔温(Kerwin)都对此作过论述。根据凯尔温的结果,波浪中GM的变动最高可达50%,当此变动与船的横摇固有周期一致时就很危险。
特别是在斜浪中,由于波浪与船舶相位的关系,水线时时都在改变,故会引起GM变动的现象。渡边曾研究过伴随纵摇所产生的横向不稳定性。山上氏又用此观点阐明了渔船顺波时的倾覆事故。问题仍与上述相同是属于拟调和振动,但山上氏作了如下易于理解的说明:即如图1所示,船舶左倾时GM变大,若此时倾斜θ1角,则向相反一边倾斜时,一直要倾到具有相同的动复原力矩的角度为止,若此时偶然GM减少,则如图所示将会倾斜到比θ1大得多的θ2角为止。当GM的变动周期与船的横摇周期一致时,呈最危险的状态。
初稳性又称小角稳性,是船舶倾斜角小于10~15度时的稳性,通常指横初稳性。这时,复原力矩和横倾角可以认为是线性关系,即复原力矩的增长和横倾角的增加成正比。据此,可以比较容易地解决一系列稳性计算问题。
船舶横倾大于10~15度时的稳性,称为
大倾角稳性。由于大角度横倾时稳心将随横倾角变化,复原力矩和横倾角成非线性关系,所以大倾角稳性的计算比初稳性复杂。大倾角稳性的变化规律,可用复原力矩与横倾角的关系曲线表示,这一曲线称静稳性曲线。