63587潜艇大倾角稳性计算方法 标准 CB Z 224-1987.pdf

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1、C日 中国船舶工业总公司指导性技术文件 C B / z 丝a -S 7 潜艇大倾角稳性计算方法 1 9 8 7 一 加一 肠发布 中国船舶工业总公司批准 中国 船舶工业总公司 指导 性技术文件 潜艇大倾角稳性计算方法 C B / Z 分类号: 趁奋一盯 U 1 9 本标准采用克雷洛夫一 达尔尼方法计算潜艇的大倾角稳性，但在各设计阶段中可采用简化或其他 近似算法。 符号 本标准所采用的符号见表1 。 表 1 序 号符号 名称单位 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 I S 1 1 7 f 1 1 1 9 2 0 2 1 2 2 甲 . r. Z i Z c

2、 T r , Tr , Te 1 ， t l . . 1 ,r 1 . Y , 中 Z i 中 ， I F 甲 户 r Zo , Ys, a M 么“ 正常排水t 正常排水体积 浮心垂向坐标 孟心垂向坐标 平均吃水、舷吃水、娓 吃水 水密船体长 静稳性胃 横倾角 形状橄性份 重t稳性臂 横倾.角时浮心横向坐标 横倾.角时浮心垂向坐标 横稳心半径 水线面惯性矩 漂心 翻心到计算轴距离 主压载水舱未吹除水自由液面的自身恨性矩 主压载水舱进水容积重心垂向坐标 主压载水舱进水容积盆心横向坐标 ，心距浮心的高度 横稳心 横倾角的等分间隔值 t m 3 n ， 口 ， m n ， m 幸 m m 口 m

3、m m . m m m . . m . 2 一般规定 2 . 1 原始数据 正常排水量，甲。 ， 浮心垂向坐标，Z a , 重心垂向坐标，Z c t 平均吃水，T w r w吃 水，T F r 娓吃水，T A , 中 国般拍工业总公司1 9 8 7 一 曲一 偏发布 CB / Z 趁月 -价 水密 船体长，L . . . : . : 计算必须的原始资料 型线图， 主压 载水舱要素。 2 . 3 计算假设 二 艇处于静水中，同时不考虑由于横倾因艇体首尾不对称而引起的纵倾的影响， 二 等容积倾斜水线面积漂心与辅肋 水线面积漂心位于同一垂直线上， c . 等容积倾斜水线面积惯性矩与辅助水线面积惯 性

4、矩相等。 2 . 4 计算要求 二计算时按潜艇水密间长，从型线图上 取绘的乞氏剖面个数应不小于9 个. b . 计算时采取的横倾角间隔应不大于1 0 0 ; c . 如潜艇设置无通海阀主压载水舱和非水密区，则应考虑其对静稳性臂 影响的修正。 匀 计算的基本方法、计算内容和步. 8 . 1 计算的基本方法 潜艇以静稳性臂1 . 作为表 征潜艇大倾角稳性的尺度 ( 见图1 )。 图1 其计算式为: 1 1 = G - r= “ o 一 D -0 r= I f 一 I w (1) 式中 :I f 形状稳性臂，按克雷洛夫一 达尔尼氏方法求取 ( 见图2 )。 其计算式为: I f = HO了= 刃 石

5、 o + 刃 R 二 Y r m c o s o+ ( Z 一 Z m ) s i n (P“ ( 2 ) 二2 未计及无通海阀主压载水舱影响的静稳 性臂计算 8 . 2 . 1 辅助水线的进水和出水坐标计算 8 . 2 . 1 . 1 辅助水线、等容积水线的确定 艇的正浮水线为Wo L o ,漂心为F 点。过F 点作倾角为 B 的辅助水线W 习，按表A3 算出Wt L i 的呵 ( 叫 粼 的漂心离开F点的距离) ( 见表A3 第8 项)。在正浮 水线上从F 点开始向左 ( 当 川 0 时)最取F A 等于1 / 2 7 ;( 见图3 )。 C B/ z 胜4 -价 GI / /“ a .毛

6、 Pe 巾 aN 图2 过A 点 作 W I 局的平 行 线 即 得等 容 积 倾 斜水 线 W I L T 。根 据2 . 3 条 之 假 设 可 得等 容 积 倾 斜 水 线W I L : 的 漂心F , 。其余2 A m , 3 A O. . 的辅 助水线、等容积倾斜水线的求取按上述步骤重复进行。 3 . 2 . 1 . 2 辅助水线进水和出 水坐标的确定 I取辅助水线进水和出 水坐标，填人表A 1 中，并完成相应计算。 二2 . 2 非水密区的水线面积和水线面积惯性矩 计算 非水密区引 起水线面积和惯性矩的减少t按附录A表A2 进行。计算表中 a , A b ,、r. 按下述 方法确定

7、。 取 非 水密 区纵 向 长 度 的 纵中 剖 面作 为 计 算 剖 面， 按 图4 最 取A B , A B 。 A a = A B , A b 二 A B . CB / Z 理4 -盯 F r 二 蒸 1 取线段A a , A b 的中 点C, =CF, r b =C F. 图 4 C ，然后量取C 和C 点到漂心F 点的距离C F, C F( 如图4 所示)。 非水密区水线面积A s 及惯性矩 I 按镬计 算 。 A s二 l , ( A a + A b ) ” ” ” ” . ” ” “ A l = 八 ( A a r l + A b r j ) 式中:1 4 非水密区长，m, 将求

8、得的A s, A I 值分别填人表A3 序号1 6 和1 8 两项内。 二2 . : 稳心半径计算 稳心半径计算公式为: / o r = V . ” ” ” ” ” ” ” ” ” . “ “ “ ” ” “ . ” ” ” 式中:而 水线面积 ( 已扣除非水密区水线面积)对通过其漂心的横向惯性矩，m 4 ; V , 正常排水体积，m a . 具体计算按附录 A表A3 进行。 原始数据取自 表A1 和表A 2 , 计算结果r 值填人表 A4 中。 3 . 2 . 4 形状稳性臂计算 形状稳性臂计算公式为: I f = Y s . c o s o + ( Zo o - Zs ) s i n m

9、具休计算按附录A表 A 4 采用梯形近似积分进行计算。 3 . 2 . 5 静稳性臂计算 静稳性臂计算公式为: 1 ,=1 f 一a s i n O“ “ 式中:a = Z c - Ze 具体计算按附录A表 A 5 进行计算。 3 . 3 无通海阀主压载水 舱对静稳性臂的修正计算 3 . 3 . 1 两舷水通、气不通的主压载水 舱引起的修正 潜艇横 倾时 ( 以右倾为例)，左舷吃水减少，压力 减少，部分余水流出 舱外 ( 略去不计) d “ 一 (4 J (5) (6) (7) 。右舷 CB / Z 2 2 4 -8 T 吃水 增加，压力增大， 舷外水进人舱内， 且液面要作相应的倾斜，从而使艇

10、的重心发生变化，导 致静稳 性臂减少I( 见图5)。 必 G , N I N 图 5 其计算式为: AI =AYC o s 必+Zs i “ (8) A Y 二 E Mr l+Mr 2 ， 目 .川 . ，叫一分 目. . . . . . . . - .，. . . . V. (9) 2 二 么Mz i +Mz 2 犷 . ( 1 0) Mz l =E Mz l 一E V. Zc 。 ( 1 1 ) 式中:A Y , A Z 分别为引起潜艇重心坐标的横向和垂向变化量，m; E Mr i 无通海阀主压载水舱人水舷的进水量对中 线面的横向力矩，m 4 , E Mz n 无通海阀主压 载水舱人 水舷

11、的进水量对基线的垂向力矩，M 4 ; M r 2 无通海阀主压 载水舱未 吹除水的附加横向力矩，m 4 1 A Mz i 无通海阀主压 载水舱人水 舷的进水量对艇重心 、 的垂向力矩，M 4 , Mz 2 无通海阀主压 载水舱未吹除水的附加垂向力矩，m 4 , 3 . 3 . 1 . 1 主压载水舱初压 头计算 初压头H o 的计算式为: 月。=T一2。 ( 1 2 ) 式中:T 水舱重心处吃水，m ; Z o - - 水 舱格子板上边缘距基线的高度，m , 具体计算按附录A表A 6进行。 3 . 3 . 1 . 2 主压载水 舱在各倾角时V = f ( H)曲线计算 根据波义尔 一 马略特定

12、律确定各倾角时水舱的进水量V ( 见图6 )。 CB / Z 2 2 4 -8 7 V 1 z 图 6 水舱的进水量v 和水压头H 的关系 式为: H=1 0( 一 一 一 一 一p o y ，一 一 9 . 8 0 6 6 5 x 1 0 4 ( F0一 犷 产 ) ， ) 十 ( Z 一 Z o ) C O S O - . ( 1 3 ) 式中:p 一水 舱内的初压力，P a s V o 无通海阀主压 载水舱净容积，m ; ; H - 一一 水线距格子板上边缘的高度，即水压头，M ; Z o 格子板上边缘距基线的高度，m, 2 水 舱内水位距基线的高 度，m ; V 一 一书】 于压力 增

13、大，压人水舱内的水量 ( 两舷)，m , 计算按附录A表 A 7 进行，把计算结果V = t ( H )绘制成曲线图 ( 参阅附录A图 A 1 )。 3 . 3 . 1 . 3 各倾角时，主压 载水舱人水舷的进水量及其横向力矩、垂向力矩计算。 计算按附录A表 A 8 进行，步骤如下: 二 根据等容积倾斜水 线的位置，量出各倾角 必时主压载水 舱的H 值。 b . 根据H 值查图A1 ， 得进水容积V ，人水舷进水容积V二 V 丫 2 ; C . 根据V 值查主压载水 舱要素曲线，得进水容 积的重心位置Z Y e ，从而算得相应横向力矩 和垂向力矩。 3 . 3 . 主压载水 舱自由 液面所产生

14、的附加横倾力矩 和垂向力矩计算 主 压 载 水 舱 自 由 液 面 倾 斜 所 产 生 的 附 加 横 倾 力 矩 和 垂 向 力 矩 近 似 地 按 直 壁 式 水 舱 计 算 ， 如 图 7 所示 。 图 7 CB/ Z 2 2 4 -盯 附加横向力矩: 附加垂向力矩: Mr 2 =t a n 0 # T ( 1 4) T i . M z 2 二 一花 厂 一 . t a n 0 a “ ( 1 5 ) 式中:E i T 主压载水舱未 吹除水自由 液面自身惯性矩总和，m 4 , 0横倾角，度。 a . 主压载水舱未吹除水自由 液面自 身惯性矩 的计算按附录A表A 9 进行， b . 附加横

15、倾力矩和垂向力矩的计算按附录A表A 1 0 进行。 3 . 3 . 2 两舷水气相通的主压载水舱引起的修正 各倾角时水舱按格子板上边缘高C 点自 然进水， 如图8 所示。 图 8 其进水量和相应力矩可以用近似方法算得，结果填人附录A表A8 内。 3 . 3 . 3 静稳性臂曲线修正值的计算 计算按附录A表A 1 1 进行。 抗风稳性核算 按G 1 B 6 4 . 2 -8 5 舰船船体规范潜 艇有关规定执行。 CB / z 理4 -盯 附录A 潜艇大 倾角稚性计算图、表 ( 补充件) A. ， 未 计及无通海阀主压载水舱影晌的静稚性份计算 计算以横倾角1 0 “ 间隔为例进行。 A . 1 .

16、 1 辅助计算见表 A 1 。 表 A 1 站 号 0.1 0 0 2 0 0 进水 出水 口口 2aJbb 2 b ， 1 2 3 4 . . 艺 I A . 1 . 2 非水密区的水线面积和水线面积惯性矩计算见表A2 表 A2 横倾角。 0“ 1 0 02 0 03 0 04 0 05 06 0 07 0 0 进水坐标八a 出水坐标八b Aa+ b 水线面积S二1 , ( Aa+Ab ) 进水面积惯性半径 出水面积惯性半径r . 水线面积惯性矩 I =1 ,( “ r : +A b r 7) 注:1 , 非水密区长。 A . 1 . 3 稳心半径计算见表 A3。 CB/ Z 丝4 -8 7

17、 表 A3 序号倾角必单位001 0 0 I 2 3 4 5 6 7 . 9 1 0 1 1 I 2 1 3 1 4 S s 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 进水坐标Ea 出水坐标E合 水 线 面 积 ， = 午 ( E a + E ， 水线面积滚心距计算轴的距离 ， ， 二 于 # a 2 - I b 2E a + E b 甲 “ . s ，. 水线面积对计算轴的惯性矩 1 = I 一 L . r3 a ” 水线面积对水线面漂记 的惯性矩 1，= I 一， 1 2 “ S， 非水密区水线面积AS 扣除非水密区后的水线面积 非水密区水线面积对水线面漂亡 韵惯性矩 ， 扣除非水密区后的水

18、线面积对水线面漂心惯性矩 Q 1t * a r = 寺 m m n 】 m m _ m 2 m 2 n1 m 2 m 4 m 3 m 2 m ， m m m 孟 m 2 m 4 m 4 m一 一 一 注:月 为乞氏剖面数 。 A . 1 . 4 形状稳性臂的计算见表 A 4 。 表 A4 中rm s i n. r s i n “ ( 4) 两两 相加及 ( 5)前项 之和 Z 二 e m 5 ) co s必 cos 巾 ( 8) 两 两 相加及 ( 9) 前项 之和 Ys 中 = m ( 9 ) 2 ( 6 ) s i n 毋 ! r = ( 1 1 ) + ( 1 2 ) m lun : -

19、W 1 2345 67 89 1 0 1 1 1 21 3 0 。 1 0 0 2 0 3 0 CB/ Z 趁4 - - V A. 1 . 5 静稳性臂的计算见表A 5。 表AS 必I f。 m s i n 诊a s i n O ， m1 . = (2) 一 ( 4 ) , m 1 23 45 O。 1 0 0 2 0 0 A . 2无通海阀主压载水舱对静稳性份的修正计算 A . 2 . 1 水上正常状态时，无通海阀主压 载水舱初压头的计算见表A6 。 先A6 水 舱 号 水舱重心距川哟距离戈 m 水舱格子板上边缘距 基线的高度 Zo m T = X , “ t o n B m 水舱重心处吃水

20、 T 二Tw + T m 初压头 Ho= ( T 一 2 . ) m 注:0 - - 水上正常状态的初始纵倾角。 t ang = T ， 一T G A . 2 . 2 各种横倾角时，无通海阀主压载水舱V =f( H)曲线的计算见表A 7 0 表 A7 序 号 F 尹 Z厂。 一v O 盆 O C l l一 P 二 1 0 ( 汽一 1 ) 2 一Zo C ”0“ 二C O S 2 0 0 二c o s 4 0 0 二c o s 6 0 0 = 附注 ( Z 一Z . ) c o s 0 0 H ( Z 一 2 。 ) co s 2 0 H ( Z一 Z o ) c o s 4 0 0 H (

21、Z 一 2。 ) c o s 6 0 0 H 1 2 3 4 5 V. 二 Ho 二 P o 二 9 . 6 0 6 6 5 X 1 0 4x( 1 + 0 . 1 H. ) Po F 0 二 Z o = 注:V， 为仟意假定主压载水舱之进水量，查主压载水舱要素曲线得2值。 CB/ Z 理4 -d 7 A . 2 . 3 各倾角时，无通海阀主压 载水舱人水舷的进水量及其力矩的计算见表A 8 ( 包括3 . 3 . 1 款和 3 . 3 . 2 款两种水舱)。 表A 8 压头 分 目， 进 水 t v m3 距中线面距基线 力胃 功 力矩 M r, m 4 力臂 m 力矩 My m 月 必 二

22、1 0 0 公 = 2 0 A . 2 . 4 无 通海阀主压载水 舱自由液面所产生的附加横 倾力矩和垂向力矩的计算 A . 2 . 4 . 1 无通海阀主压 载水舱未吹除水自由 液面本身 惯性矩的计算见表人9 0 轰A9 水舱号 自由液面的 平均宽度b , m b ;m ) 自由液面长度! e 】 n 惯性矩 it = 1 2 6 ; ， 。 P i t = A . 2 . 4 . 2 附加横倾力矩和垂向力矩的计算见表A 1 0 0 表 A 1 0 必 1 0 02 0 03 0 04 0 05 0 06 0 07 0口 工i r Mr x = t a n o. Z i t M z z =

23、夸 . t 一 ， CB/ Z 2 2 4 -8 7 A . 2 . 5 静稳性臂曲线修正值的计算见表A 1 1 . 表 Al l A . 2 . 5 犷一 卜4Ft一 $ R 1 0 02 0 03 0 0 1 2 3 4 5 8 7 8 9 1 0 1 1 1 2 l ;1 3 1 4 1 5 i s 1 7 2 : M r I ( 1 ) V . M r 2 ( 3) 犷 . 压 Y 二 ( 2 ) + ( 4) c os O 也 1 . 二 心 Y c o s 口 工 犷 x v . 2 _ 艺 M= , A M. . 二 ( 1 0 ) 一 ( 9) M2 2 ( 1 1 )+ 1

24、2 ) Z = ( 1 3 ) V . Si n必 Ah =AZ s f n O A r 二 ( 7 ) + ( 1 s ) ，m 注 : A . 8 E Mr i , Mr r , E Mz i , M z ， 取自表 Ag 、表 1 0 计算结果. 曲线图 A . 8. 1V = t ( H)曲线图见图A1 。 号压载舱 “ ( m) 袱 。 碑 V ( m ) 图A1 1 2 C B / Z 2 2 4 -3 7 A . 3 . 2 静稳性曲线图见图A 2 1 . c m ) 不计无 通海阅修 正的睁往 性曲 线 图 _ _ 一 _计及无 通海阁 修正的 静往性曲 线图 图A 2 CB/

25、 Z 2 2 4 -8 7 附录B 潜艇大倾角粉性计算程序 ( 参考件) 为了 减轻手工计算的工作量，现已编制了潜艇大倾角稳性计算程序 口1 9 机)。适用于潜艇在施工 设计阶段的大倾角稳性计算。 B. 1 计算原理 大倾角稳 性计算公式: l . =Y S 0 0 0 8 O + ( Ze m- ZG ) S i n O ( B 1 ) 在公式中，横倾角必和重心垂向坐标Z 。 已知，问题归结为计算艇在等容积倾斜水线下的容积N I L , 坐标Y e 。 和z o o . B . 2 计算方法 B . 2 . 1 主 体部分计算 潜艇正浮状态时，水线W o L 。 与2轴交于Z。 点。从Z 。

26、 开始向上作五根平行 的倾斜水线， 横倾角为 0，水线间距为Ah ，如图 B1 所示。 图 B1 求出每根水线W m e L m : ( f =1 一5 )下艇体的水下容积V m ， 及相对Y Z 轴的 力矩MY . “ Mzw, B . 2 . 2 修正部分计算 横倾时，非水密区与无通海阀水舱的存在对 艇体水下容积和力矩( V o l , Ma n e , M 2 0 1 ) 有影响， 故 需进行修正计算。 a .非水密区的容积为V F . , ，对Y 轴，Z 轴的力矩为MY ) w，Mz f m e e b . 无通海阀水舱修正计算时假定:水舱两舷水气相通，横 倾时，水通过水 舱格子 板上

27、边缘c点 自然进水，如图B2所示。 CB/ Z 2 2 4- 8 7 进 水 量 仅与 倾 角 。 和格 子 板上边 缘 c 点 的 坐 标有 关 。自 然 进 水量 为 v c . 、 对Y , Z 轴力 矩 为M Y c “ Mz c m o B . 2 . 3 Ya m , Zo 。 的计算 某 ，角时，每根倾斜水线W m i 肠( i = 1 一5 )下的水下容积、力矩分别为V m ， 一( V F “ ! + V C . ) , M、 一 ( MY F m i + MY C O )，Mz m + 一 ( Mz r m m + Mz c m )。用正常排水体积V 。 插值，求得V 。 时的MY m , M, . ，便可得某必时等容积倾斜水线下Y B m . 2 、 YD . A 了 Y m ( B 2 ) 一气 Ze m = Mz m .叫-.-二.- V. ( B3 ) B . 3 程序框图 cs/ z 理“ -8 T 附加说明: 本 标准由水下舰船分委员 会归口。 本 标准由七O-所负责起草。 本标准主要起草人张有庆。