潜艇原理第五讲-潜艇的稳性(续)、潜艇的抗沉性.pdf

§§3.4 潜艇在水面状态时的大倾角稳性潜艇在水面状态时的大倾角稳性 §§3.5 潜艇的动稳性潜艇的动稳性 §§3.6 潜艇的水下稳性及潜浮稳度图潜艇的水下稳性及潜浮稳度图 §§3.7 装卸载荷对潜艇初稳性的影响装卸载荷对潜艇初稳性的影响 HEU AUVLAB 第三章第三章 潜艇的稳性潜艇的稳性 §§3.4 潜艇在水面状态时的大倾角稳性潜艇在水面状态时的大倾角稳性 大倾角稳性的概念大倾角稳性的概念 潜艇在水面遇到恶劣的风浪时潜艇在水面遇到恶劣的风浪时，，或发射武器时或发射武器时，，会受到会受到 较大的外力作用较大的外力作用，，其倾斜角将超过小倾角范围其倾斜角将超过小倾角范围，，此时应考虑此时应考虑 大倾角倾斜的情况大倾角倾斜的情况，，即应讨论潜艇的大倾角稳性问题即应讨论潜艇的大倾角稳性问题 lgGZgM R  潜艇在小角度倾斜时潜艇在小角度倾斜时   GMGMGZ sin＝＝  EBRBGZ oo gb lll 浮心沿水平横向浮心沿水平横向 移动的距离，数移动的距离，数 值完全由排水体值完全由排水体 积的形状决定，积的形状决定， 称之为形状稳性称之为形状稳性 臂臂 数值主要由重心数值主要由重心 位置决定，称之位置决定，称之 为重量稳性臂为重量稳性臂 §§3.4 潜艇在水面状态时的大倾角稳性潜艇在水面状态时的大倾角稳性 §§3.4 潜艇在水面状态时的大倾角稳性潜艇在水面状态时的大倾角稳性 大倾角稳性的概念大倾角稳性的概念 当横倾角超过当横倾角超过10°°~15 °°前面小倾角稳性分析所假定前面小倾角稳性分析所假定 的条件就不再适用的条件就不再适用。

这是因为在大倾角情况下这是因为在大倾角情况下，， (1)入水和出水楔形的不对称性入水和出水楔形的不对称性, (2)等体积倾斜水线就不再通过正浮水线面的漂心等体积倾斜水线就不再通过正浮水线面的漂心, (3)浮心的移动曲线在横剖面上的投影也不能再看作是圆弧浮心的移动曲线在横剖面上的投影也不能再看作是圆弧, (4)初稳心初稳心M不再是固定的点不再是固定的点 HEU AUVLAB ?＝GZl  §§3.4 潜艇在水面状态时的大倾角稳性潜艇在水面状态时的大倾角稳性 大倾角稳性的计算大倾角稳性的计算 HEU AUVLAB 大倾角时无法利用简单的公式对静稳性臂进行描述，大倾角时无法利用简单的公式对静稳性臂进行描述， 而往往根据计算结果绘制静稳性曲线图，描述船舶在不同而往往根据计算结果绘制静稳性曲线图，描述船舶在不同 倾角时复原力矩（复原力臂）的大小倾角时复原力矩（复原力臂）的大小 变排水量法变排水量法 等排水量法等排水量法 §§3.4 潜艇在水面状态时的大倾角稳性潜艇在水面状态时的大倾角稳性 HEU AUVLAB 大倾角稳性的概念大倾角稳性的概念 真实的静稳性臂真实的静稳性臂 GMGZ＝ sinGMGZ＝ HEU AUVLAB 潜艇静稳性曲线的计算 从图3.14中可以看到，只要知道横倾后的浮力作用线的 位置，便可方便地得出静稳性臂，因此 ，静稳性曲线的计算 便可归结为如何求得潜艇在横倾后浮力作用线的位置。

静稳性曲线的特征静稳性曲线的特征 §§3.4 潜艇在水面状态时的大倾角稳性潜艇在水面状态时的大倾角稳性 静稳性曲线的特征静稳性曲线的特征 HEU AUVLAB （（1））静稳性曲线在原点处的斜率等于初稳心高；静稳性曲线在原点处的斜率等于初稳心高； （（2））稳定平衡与不稳定平衡位置；稳定平衡与不稳定平衡位置； 缓慢增加的横倾力矩缓慢增加的横倾力矩 逐渐作用于潜艇上逐渐作用于潜艇上 §§3.4 潜艇在水面状态时的大倾角稳性潜艇在水面状态时的大倾角稳性 静稳性曲线的特征静稳性曲线的特征 HEU AUVLAB （（3））最大静稳性臂及其对应的横倾角；最大静稳性臂及其对应的横倾角； （（4））甲板边缘入水角；甲板边缘入水角； §§3.4 潜艇在水面状态时的大倾角稳性潜艇在水面状态时的大倾角稳性 静稳性曲线的特征静稳性曲线的特征 HEU AUVLAB （（5））稳性消失角及稳矩；稳性消失角及稳矩； （（6））静稳性曲线下的面积；静稳性曲线下的面积； 量纲分析量纲分析 功功=力力*距离距离=力矩力矩*转角转角 §§3.5 潜艇的动稳性潜艇的动稳性 动稳性概念动稳性概念 HEU AUVLAB 实际潜艇在海上航行时实际潜艇在海上航行时，，经常受到外力矩经常受到外力矩MH的突然作用的突然作用，，如风浪的作用如风浪的作用、、 发射武器的后坐力等发射武器的后坐力等。

潜艇在受到外力矩潜艇在受到外力矩MH的突然作用后将很快地产生倾斜的突然作用后将很快地产生倾斜，， 而且在倾斜过程中具有一定的角速度而且在倾斜过程中具有一定的角速度，，这种情况与静力作用完全不同这种情况与静力作用完全不同 §§3.5 潜艇的动稳性潜艇的动稳性 HEU AUVLAB 动稳性概念动稳性概念 潜艇在受力后的运动情况潜艇在受力后的运动情况 （（1））在倾角在倾角～～之间之间，， ＞＞，，艇在外力矩作用下加艇在外力矩作用下加 速倾斜；速倾斜； 0＝ 1  H M R M （（2））当当时时，，MH＝＝MR 外力矩已不能再使潜艇继续外力矩已不能再使潜艇继续 倾斜倾斜，，但由于潜艇具有一定但由于潜艇具有一定 的角速度的角速度，，即具有一定的动即具有一定的动 能能，，在惯性的作用下潜艇将在惯性的作用下潜艇将 继续倾斜；继续倾斜； 1 ＝ §§3.5 潜艇的动稳性潜艇的动稳性 HEU AUVLAB 动稳性概念动稳性概念 潜艇在受力后的运动情况潜艇在受力后的运动情况 （（3））在倾角在倾角～～之间之间，， MHMR，，潜艇减速倾斜；潜艇减速倾斜； 1 ＝ d  （（4））当当时时，，角速度等零角速度等零，， 潜 艇 停 止 倾 斜潜 艇 停 止 倾 斜 ，， 但 这 时但 这 时 MHMR，，故潜艇开始复原故潜艇开始复原。

d ＝ 复原过程中，加速复原，减速复原，复原过程中，加速复原，减速复原， §§3.5 潜艇的动稳性潜艇的动稳性 HEU AUVLAB 动稳性概念动稳性概念 在复原过程中，潜艇的运动情况在复原过程中，潜艇的运动情况 潜艇将在倾角潜艇将在倾角0与与之间之间 往复摆动往复摆动，，最终由于水和空气最终由于水和空气 的阻尼作用的阻尼作用，，平衡于平衡于处处潜潜 艇在动力作用下的最大横倾角艇在动力作用下的最大横倾角 称为动横倾角称为动横倾角 d  1  d  §§3.5 潜艇的动稳性潜艇的动稳性 HEU AUVLAB 动稳性概念动稳性概念   dMT HH d   0   dMT RR d   0 外力矩外力矩MH所做的功所做的功 复原力矩复原力矩MR所做的功所做的功 OABCOEDC SS §§3.5 潜艇的动稳性潜艇的动稳性 HEU AUVLAB 动稳性概念动稳性概念 动横倾角的确定动横倾角的确定 d RR lg dlgdlg dMT          00 0 动稳性曲线是静稳性曲线的积分曲 线，利用动稳性曲线可以比较方便 地确定恒定外力矩作用下对应的动 横倾角以及潜艇所能承受的最大横 倾力矩（力臂） §§3.5 潜艇的动稳性潜艇的动稳性 HEU AUVLAB 动稳性曲线的应用动稳性曲线的应用 （（1）给定定常外力矩）给定定常外力矩确定动横倾角确定动横倾角 f M （（2）给定动稳性曲线确定潜艇能够承受的最大横倾力矩）给定动稳性曲线确定潜艇能够承受的最大横倾力矩 以及极限动横倾角。

以及极限动横倾角 max f M §§3.6 潜艇的水下稳性及潜浮稳度图潜艇的水下稳性及潜浮稳度图 潜艇在水下状态时的稳性潜艇在水下状态时的稳性  GBL zzGMGM 潜艇在水下状态时潜艇在水下状态时，，浮心和重心位置是固定的浮心和重心位置是固定的，，并且没有水线面并且没有水线面，， 即水线面面积为零即水线面面积为零，，故水线面的纵向惯性矩故水线面的纵向惯性矩、、横向惯性矩及稳心半径都横向惯性矩及稳心半径都 是零是零从而从而，，潜艇在水下状态时的横稳心潜艇在水下状态时的横稳心、、纵稳心都与浮心相重合纵稳心都与浮心相重合这这 样样，，浮心与重心之间的距离就是潜艇的水下横稳心高和纵稳心高浮心与重心之间的距离就是潜艇的水下横稳心高和纵稳心高 稳心高稳心高 sinsin)(azzM GBR  复原力矩复原力矩 sin sin)(azzM GBRL  §§3.6 潜艇的水下稳性及潜浮稳度图潜艇的水下稳性及潜浮稳度图 潜艇的水下稳性具有如下特点：潜艇的水下稳性具有如下特点： （（1））水下横稳性公式和纵稳性公式不受倾斜角度的限制水下横稳性公式和纵稳性公式不受倾斜角度的限制，，可直接可直接 应用于大倾角问题应用于大倾角问题。

（（2））根据潜艇水下重心和浮心的垂向位置关系根据潜艇水下重心和浮心的垂向位置关系，，可以判断潜艇水可以判断潜艇水 下平衡的性质下平衡的性质 . B G W w MR (+) MR (-)MR =0 . B G W w . B G W w 潜艇在水下状态时的稳性潜艇在水下状态时的稳性 §§3.6 潜艇的水下稳性及潜浮稳度图潜艇的水下稳性及潜浮稳度图 HEU AUVLAB 潜艇在水下状态时的稳性潜艇在水下状态时的稳性 潜艇的水下稳性具有如下特点：潜艇的水下稳性具有如下特点： （（3））潜艇水上状态时纵稳心高很大潜艇水上状态时纵稳心高很大，，但在水下时纵稳心高却很小但在水下时纵稳心高却很小 因而因而，，潜艇的水下纵稳性很差潜艇的水下纵稳性很差，，极易产生纵倾极易产生纵倾，，当潜艇在水下航行当潜艇在水下航行 时时，，如有纵倾如有纵倾，，则有可能发生航行至安全深度以上或极限深度以下则有可能发生航行至安全深度以上或极限深度以下 的情况的情况所以所以，，潜艇必须经常进行均衡计算潜艇必须经常进行均衡计算，，调整纵倾调整纵倾 （（4））在上一章讨论平衡问题时在上一章讨论平衡问题时，，曾应用增加重量法和损失浮力法曾应用增加重量法和损失浮力法 得出了各自的平衡方程式得出了各自的平衡方程式。

在讨论稳性问题时在讨论稳性问题时，，同样可以采用这两同样可以采用这两 种方法种方法 §§3.6 潜艇的水下稳性及潜浮稳度图潜艇的水下稳性及潜浮稳度图 HEU AUVLAB 潜伏稳度图潜伏稳度图 )(,,, 1, VMGMGzzz MBG  浮力调整舱、首浮力调整舱、首 尾纵倾水舱、淡尾纵倾水舱、淡 水舱、燃油舱等水舱、燃油舱等 自由液面对稳心自由液面对稳心 高修正值高修正值 第一种情况下（通海阀、通第一种情况下（通海阀、通 气阀均关闭）主压载水舱自气阀均关闭）主压载水舱自 由液面对稳心高修正值由液面对稳心高修正值 §§3.7 装卸载荷对潜艇初稳性的影响装卸载荷对潜艇初稳性的影响 HEU AUVLAB 潜艇在大修或进行现代化改装时潜艇在大修或进行现代化改装时，，通常都要增加或卸下一些设通常都要增加或卸下一些设 备备若增加的设备位于耐压艇体内部若增加的设备位于耐压艇体内部，，为了满足水下平衡为了满足水下平衡，，只须卸只须卸 下同样重量的固体压载就可保证艇的重量不变下同样重量的固体压载就可保证艇的重量不变为了保持纵倾不变为了保持纵倾不变，， 需对一些固体压载作纵向移动需对一些固体压载作纵向移动，，这类问题的实质就是移动载荷这类问题的实质就是移动载荷，，这这 时时，，由于重量和浮态都不发生变化由于重量和浮态都不发生变化，，只有重心的垂向位置发生了变只有重心的垂向位置发生了变 化化。

§§3.7 装卸载荷对潜艇初稳性的影响装卸载荷对潜艇初稳性的影响 HEU AUVLAB 重心的变化量为重心的变化量为z g P zG   新的初稳心高为新的初。