横倾(heel),是船舶中横剖面垂直于静止水面,但是
中纵剖面与铅垂面成一
横倾角时的
浮态,也即船舶自正浮位置向右舷或左舷倾斜使左右舷吃水不等的浮态。其大小以横倾角表示,是船舶横倾后中纵剖面与正浮时的中纵剖面的交角,即船横倾后的水线面与正浮时的水线面的交角。通常向右舷倾斜为正,向左舷倾斜为负。船舶在各种使用情况下对横倾角的大小都有一定的限制。
基本介绍
横倾是舰体向一侧倾斜斜的状态。造成横倾的原因主要是纵中剖面两侧积载不均或一侧进水。横倾后,舰体阻力增大,航速降低,舵面不再垂直于相对流向,
转船力矩减小,
横倾角越大,
舵效越低。另外,横倾后,两侧浸水面积不等,
水动力合力作用点偏于一侧,产生推舰艇向高舷一侧偏转的力矩;双螺旋桨舰艇低舷一侧的螺旋桨浸水深,效率高,推力略大于高舷螺旋桨,因此形成推力差,也产生向高舷偏转的力矩。通常除方形舰首的特殊舰船在横倾时,可能向低舷偏转外,都有向高舷偏转的现象。有横倾的舰艇,在回转掉头时,向舷高一侧转动比较灵活,回转直径也较小。但总的来说,横倾对舰艇操纵不利。
横倾力矩
稳性的良好与否是舟艇的内在因素,它决定于舟艇的质量和重心位置及舟艇形状,引起舟艇横倾的横倾力矩则是外在因素,其大小主要由外力对舟艇的作用来决定。横倾力矩按其作用性质可分为静力横倾力矩和动力横倾力矩。
静力横倾力矩
静力横倾力矩是指作用过程缓慢的横倾力矩,如稳定
风力作用,可用静平衡条件来确定其横倾角。
如图1所示,舟艇受横向稳定风力的作用作等速横移。这时风力Pf与水对舟体的横向阻力R相平衡,则风力横倾力矩Mf为:
式中:zP——风力作用点距基线高;
zR——水阻力作用点距基线高,一般zR取为:,T为满载吃水。
横向风力可按式(2)求得:
式中:Pf——横向风力(N);
A——承受风压面积(m2);
P——风压强(Pa),可按式(3)算出:
式中:ρ——空气密度,取1.226kg/m3;
Cp——风压系数,取1.25;
v——横向稳定相对风速(m/s),可按有关风力等级表确定。
动力横倾力矩
动力横倾力矩主要指突然作用在舟艇上的横倾力矩,如横向突风作用、拖索急牵产生的横倾力矩,其横倾角需用动平衡条件确定。
如舟艇在拖索横向急牵的拖力Pt作用下(图2),开始时,舟艇尚无横移速度,这时横向水阻力R=0,而在舟艇重心G处存在惯性力F,故拖索急牵横倾力矩Mt为:
式中:zP——拖力作用点距基线高;
zG——舟艇重心距基线高,可取zG≈T。
确定拖索急牵拖力尚无确切数据,可用式(5)估算,即:
式中:Pt——拖索拖力(N);
Pe——牵引舟艇主机功率(kW);
160——拖力系数。
横倾平衡系统
集装箱船、
火车渡船和特种船舶,在作业时应时时保持左右平衡。为此须设置横倾平衡水舱,左右对称。该舱一般设在中部,但从接管考虑,最好尽量靠近机舱。在左倾时将水从左舱泵至右舱,右倾时则相反。可以设置专用的横倾平衡泵,也可用机舱内的主冷却海水泵或其他排量较大的水泵兼用。横倾平衡系统的控制方式大致有下列几种:遥控四通阀控制;由4只遥控阀控制;双向泵控制等。控制箱一般设在货物控制室或驾驶室。左右两个平衡水舱都设有高液位报警和低液位报警,接至该控制箱。操作可以手动遥控操作,也可以是自动操作。手动操作时,操作人员根据倾斜仪指示,按动按钮,将水从左(右)舱泵至右(左)舱。而自动控制时,倾斜仪的信号接入控制箱以控制水的流向。
四通阀控制系统
该系统用机舱内的泵,如主海水泵,作为横倾平衡水泵,用一只四通阀控制水的流向。四通阀有几种形式,一种是圆柱形的阀芯上下移动的四通阀;还有一种是四通球阀,旋转90°就可以改变水的流向,转动到45°位置为停止位置。阀的控制一般为电动或气动。如船上有适用的液压源也可采用液动。图3所示为该系统的典型原理图。
4个遥控阀的控制系统
本系统实质是用4个遥控阀代替一只
四通阀。四通阀外形尺寸比较大,价格贵,所以设计时可用4只普通的遥控蝶阀代替四通阀,如图4所示。当V1和V3打开时,水从右舱泵至左舱;当V2和V4打开时水从左舱泵至右舱。
双向泵控制系统
本系统需设置一台双向的水泵,一般为轴流泵,所以总的说来比上面所述两种系统费用要贵一些。但很明显,其管路极为简单。如有可能,该泵还可设置在两个货舱之问的空舱内,管路不必接到机舱。控制也最简单,只要改变泵的转向,即可改变水的流动方向。这种系统适用于中小型集装箱船,泵的排量一般为300m3/h~350m3/h,压力为0.2MPa,管径为200mm。图5所示为其原理图。