CB-Z 223-1987.pdf

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1、 ce 中国船舶工业总公司指导性技术文件 CB / Z 2 2 8 -8 7 潜艇潜浮 初稳 性计算方法 1 9 8 7 一0 9 一0 5 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 潜艇潜浮初稳性计算方法 cB / Z 分类号: 2 2 8-8 7 I T i s 本标准适用于计算潜艇在静态下潜与上浮过程中 的稳心高值。 符号与术语 二符号 h:修正后的稳心高，m， Z G 7潜艇的重心垂向坐标值，mt A h :自由液面对稳J心 高修正值，ma ， :自由液 面对自 身纵轴惯性矩，m 4 t V i :主压载水舱内水的容积，m t Z , i : 主压载水舱内水

2、容积中 心的垂向坐标值，ms Zi :主压载水舱内水容积的水位垂向坐标值，ms 脚注 i 指主 压载水舱的编号， 脚注。 指计算状态的初始值。 1 . 之 术语 潜浮初稳性:潜艇通过主压载水舱注排水，实现静态下潜和上浮过程中的初稳性。 “ 颈部 ” 与“ 颈部”稳心高:潜艇潜浮过程中的稳心高随潜艇吃水而变化，当 吃水改变到水密船体 上缘高度而其有效水线面面积接近于 零时，潜艇稳心高处于最小值。在此最小值附近的潜浮稳心高曲 线这一段 称为 “ 颈部”，潜浮稳心高的最小值称为 “ 颈部”稳心高。 2 一般规定 2 . 1 采用左手坐标系，基平面与纵中剖面的交线为X轴，指向船首; 肿平面与基平面的交

3、 线为Y 轴， 指向 右 舷， 肿平 面 与 纵中 剖 面 的 交 线为 Z 轴 ， 向 上为 正。 2 . 2 按可变排水最法计算潜浮稳心高，把注人主压载水舱的水量当作潜艇增加的重量，潜艇排水 且大小随潜艇吃水而变。 2 . 匀 假定潜艇下潜与上 浮的每一时刻， 主压载水舱进水之后的潜艇总重量等于当时的潜艇排水量， 潜艇无 纵倾、无横倾。 2 . 4 按所有主压载水舱进 ( 排)水量占本身全容 积的百分比数在同一时刻相同的原则计算各舱的 注 人 ( 排出)水量。 2 . 5 潜艇排水量及主压载水舱内水 的密度取1 . 0 0 0 t / - o 2 二除计算艇的正常状态外， 若具有燃油超载状

4、态的潜艇还需要计算在燃油超载状态下的潜浮稳 心高。 正常状态与燃油超载状态要分别计算下列几种情况: . . 一 次下潜与上浮， b . 二 次下 潜. c . 二次上浮。 具有特殊状态的潜艇还需要计算在特殊状态下的潜浮稳心高。 2 . 7 计算所依据的原始数据: 中国般舶工业总公司1 9 8 7 一 09一 脚发布 cB / z 2 2 3 一8 7 a . 各主压载水舱要素: 净容积曲线， 净容积中心的垂向坐标值曲线， 自由液面对自身惯性矩曲线。 b . 浮性与初稳性要素: 总排水体积曲线， 浮心垂向坐标值曲线。 初稳心垂向坐标值曲线; 水上正常状态 ( 燃油超载状态)的重心垂向坐标值; 耐

5、 压液舱、内部液舱与燃油舱三 项自由液面对自 身惯性矩总和， 主 压载水舱未吹除余水自由液面修正值。 2 . 8 稳心高、初稳心垂向坐标、重心垂向 坐标、自由液面修正、 吃水的数值计算 到米的百分位， 潜艇排水体积、主压载水舱容积的数值计算到立方米的百分位，惯性 矩的数值计算到四次方米的百分 位 。 3 主压载水舱注入、排出水f的确定 3 . 1 下潜计算主压载水舱的注人水量，上浮计算主压载水舱内的剩余水量。注人水量或剩余水量 的计算起点均为零。 3 . 2 按各主压载水舱注人、 剩余水容积占本身全容积的百分比数相等的原则依照式( 1 ) 确定各舱 的注人、剩余水容积: Qi =f v ， (

6、 1) 式中:Q，主压载水舱的注水容积或剩余水容积，m , 1 一该计算点的注水百分比 或剩余水百分比; V i 主压载水舱的全净容积，m 。 3 . 3 计算主 压载水舱水容积的百分比数，从。 %至1 0 0 %间一般选择7 一1 5 个百分比，即计算点， 在 “ 颈部”区 域附近的计算点适当取密些。 3 . 4 二次上 浮过程的第一阶段结束时的半潜状态，其箱、 舟 尾 组水舱内的水为满舱。 而二次下潜过程 的第一阶段 结束时的半潜状态，其聪. 自 尾 组水舱里的水一般 都注不满，这种情况下 脂- 自 尾 组水舱内的 水 位要根据潜艇半潜状态的实际水线位置来决定。 3 . 4 . 1 计算在

7、脆、 自 尾 组主压 载水舱全部注满时潜艇的半潜状态的假设吃 水值，此值若大于脂、 娓 组所有主压载水舱顶盖的高度值， 那么 假设吃水值即为二次下潜半潜状态的实际吃水值.若此假设值 小于R A , 娓组主压载水舱顶盖的高度值，则定为半潜状态的第一近似吃水值， 此款计算内 容填人表 1 中第一行内。 3 . 4 . 2 以第一 近似吃水值为各主压载水舱的注水水 位，由主压载水舱要素曲线查出各舱的进水容 积。 3 . 4 . 3综合 脂,娓组所有主压载水舱 的总进水容积， 水值作为半潜状态的第二近似吃水值。 近似吃水值。 求得艇的排水体积与 相应的平均吃水， 以 此吃 重复上款与本款进行迭代计算，

8、以 求出半潜状态的第三、 第四、 3 . 4 . 4 若迭代计算的最末二次的近似吃水值相等，则迭代过程结束。 下潜半潜状态的实际吃水 值。 相等的吃水值即为潜艇二次 3 . 4 . 5 - . 次下潜半潜状态的吃水计算在表格内完成，具体的表 格形式见附录A中的表A l - 4 ，心垂向坐 标值的确定 4 . 1 下 潜过程按各主压载水舱累积进水容积计算出潜艇的排水体积与重心垂向坐标值， 上 浮过程按 cs/ Z 2 2 3 - 8 7 各水舱的剩余水容积来计算潜艇的排水 体积与重心垂向坐标值。 4 . 2 潜艇在下潜与上浮过程中的每一时 刻的重心垂向坐标值按式 ( z )计算; Z a = V

9、 o Z ao + T V I Z , IV o + 1 V i (2) 式中:V o 水上 正常状态 ( 或水上燃油 超载状态) 潜艇的排水体积，m， Z O O水上正常状态 ( 或水上燃油超载状态)潜艇的重心 垂向坐标值，m; V ; 各主压载水舱的累 积进水容积 ( 剩余水容积)，m; ; Z , ; 各主压载水舱对应容积V i 的容积中心垂向坐标 值，m, 4 . 3 4 . 1 条中计算所需的各主压载水舱累积进水容积或剩余水容积V i 取自 第3 章的计算结 果。相 应的重心垂向坐标值Z s i 应在水舱净容积中 心 、 垂向坐标值曲线上查取。 4 . 4 列表计算完成4 . 2 条

10、中的计算内容，计算表格形式见附录A( 补充件)中的表A 2 , 5 自由液 面修正值的确定 潜艇下潜与上浮过程中的稳心高 应计及自 由液面对稳心高的修正。 5 . 1 自由液面修正值按式 ( 3)计算: h 二 华 V (3) 式中:1 T 自由液面对自身纵轴惯性矩，m 4 V 一潜艇的排水体积，m, 3 . 5 . 2 自由液面对自身纵轴惯性矩按式 ( 4 )计算: T = T I +i T 2(4) 式中:+ , , 全部主压载水舱自由液面对自身 纵轴惯性矩的总和，m4 ; i T 2 耐压液舱、内 部液舱及燃油舱三 项自 由液面对自身纵轴惯性矩的和，m4 , 主压载水舱自由液面对自身纵轴

11、惯性矩总和( T . 值根据第3 章计算所得出的各主压载水舱累积进 水容积或剩余水容积V ， 在水舱要素曲线上查 取。 下面几种情况下的主压载水舱自 由液面对自身纵轴惯性矩要取该水舱的余水惯性矩: 二 下潜开始时，所有主压载水 舱， b . 上浮终止时，所有主压载水舱， c . 二次下潜的第一阶段中组主压载水舱， 、d .二 次 上 浮 的 第 二 阶 段 中 组 主 压 载 水 舱 。 5 . 3 潜艇的排水体积应为水上正常状态 ( 或水上燃油超载状态)排水体积V u加上各主压载水舱累 积进水容积或剩余水容积的总和。 5 . 4 本章与第4 章的计算内容列在同一张表上，见附录A中的表AZ 。

12、 . 潜浮枷 l: 高 二1 按式 ( 5 )计算潜艇的潜浮稳心高 h=2. 十 r 一2c一 八h ( 5) 式中:Z . 十 一初稳心垂向坐标值，m， Z c 重心垂向坐标值，m0 Ah 自由液面修正值，mo 二P 计算以表格形式列出过程与结果，具体格式见附录A中 的表A3 ，并按要求绘制潜浮初稳性 曲线图。 c s/ Z 2 2 3 -8 7 7 潜浮初称性曲 线图 7 . 1 潜浮初稳性曲线图应包含下列曲线: 二排水体积曲线; b . 初稳心垂向 坐标值曲 线， c . 浮心垂向 坐标值曲线; d . 在各种潜浮情况下计及自由 液面修正的初稳J 已 、 垂向坐标值曲线， e . 在各种

13、潜浮情况下的潜艇重心垂向坐标值曲线， 7 . 2 具有燃油超载状态或其他特殊状态的潜艇， 除了绘制一张正 常状态潜浮初稳性曲线图外， 还应 另外绘制燃油超载状态或其他特殊状态下的潜浮初稳性曲线图。 7 . 3 潜浮初稳性曲线图的 纵坐标吃水Tb 应从水上 正常状态吃水水线开始，向上直到潜艇进人水下 状态的吃水水线为止。 7 . 4 绘制潜浮初稳性曲线图建议采用以 下比例: a . 纵坐标吃水T M 采用1 : 1 0 或1 : 2 0 ; b . 横坐标排水体积V采用l c m= l o m 或 l c m二 2 0 m 。 c . 横坐标浮心垂向坐标值Za 、重 心垂向坐标值Z v ,初稳心

14、垂向 坐标值Z a + ， 都采用1 : 1 或 1: 2 0 了 . 5 潜浮初稳性曲线图上 应标示出下列吃水线，并写出吃水数值: 二 水上正常状态水线 ( 或水上 燃油超载状态水线)， b . 二次下 潜及二次上 浮的半潜状态水 线， c . 耐压船体顶端水线， d . 上层建筑甲 板水线。 e . 耐 压指挥室顶盖水线; . 潜艇进人水下状态吃水水线。 7 . 6 曲 线图上靠纵坐标轴右边应绘出 横向尺度比 例缩小了的典型半横剖面图， 横剖面图的对称中心 线与纵坐标轴重合。 7 . 7 曲线图上 的相应位置处应写出水下状态的潜 艇排水量、浮心垂向坐标值及重心垂向坐标值。 8“ 颈部”与

15、“ 颈部”祖心高 娜1 计算 状态下的每一种计算情况都对应有 “ 颈部”及相应的 “ 颈部”稳心高。 8 . 2 从潜浮初稳性曲线图中的耐压船 体顶端水线附近找出 “ 颈部”位置，度量出 “ 颈部” 稳心高的 数值。 应 将 8 . 2 条中 的“ 颈 部 ” 稳心 高 折 算 到 相 应正 常 排 水 量 ( 或 超载 排 水 量 ) 下 的 稳 心高 值 ， 按 式 ( 6 )折算: V方 ， 一 V 丁 (6) 式中:h -潜浮初稳性曲 线图上度量出 的 “ 颈部”稳心高 ，mi V -“ 颈部”对应的排水体 积，m; V a 水上正常状态 ( 或水上燃油超载状态)的排水体积，m ， h

16、 , 相应于正常排水量 ( 或超载排水量)下的 “ 颈部”稳心高，m. 二4 按 舰船船体规范 潜艇 中对潜 艇潜浮稳性的要求，无论一次潜浮还是二次潜浮情况， 折算 到正常排水量 时的 “ 颈部”稳心高都 不得小于0 . l o m，若达不到这一衡准指标， 应按 舰船船体规范 潜艇中的有关具体规定，核算其他指标。 c s/ z 2 2 3 -e 7 附录A 潜浮初粗性计算表格的标准格式 ( 补充件) A: 计算二次下潜半潜状态吃水值 ( 见表A1 ) 。 表 A 1 二 次 下 潜 半潜 状 态的 吃 水 计 算表 ( 水上正常状态* ) 序号 主压载水舱 的注水水位 Z 各主压载水舱进水容积

17、v 排水体积 F 半潜状态 近似吃水值 T “ 123 m m ，m 1 2 3 A . 2 计算主压载水舱进水量或剩余水量、自由液面修正值及潜艇重心垂向坐标值 ( 见表A2 )。 表A 2 自 由液面修正值与潜艇重J已 、 垂向坐标值计算表 ( 水上正常状态一次下潜与上浮*) 潜艇若具有水上燃油妞载状态或其他特殊状态，则须注明状态名称。 二 每张表须注明所指计算状态以及计算情况，若为二次下潜和二次上浮情况，则还须注明是第几阶段。 CB/ Z 2 2 3 - 8 7 续表 AZ 水舱注水 百分比 名 称 初始值 主压载水舱的值 自由彼 面修正值 A 6 m 重 心 垂 向坐标值 Z a m 1

18、 2 3 工 % Fm J Z . 】 刀 孟 甘 ，m . 矛 才 rm 4 % Vm ， Z . n 1 M . 】 ， ， . i t 1 刀4 V m 3 Z . n1 月 口t 月 目 7 r .11 . 右 计 算潜浮稳心高 ( 见表3 )。 表 A3 一次下潜与上浮稳心高计算表 ( 水上正常状态二) 平均吃水 T M 排水体积 V 初稳心垂向 坐标值 2 .十， 重心垂向 坐 标 值 Z o 自由液面 修正值 为 有自由液面修正 的初橄心垂向坐标 2 . +，一A几 修正后的趋心高 几 mm Jmmnlmm 一次下潜与上浮、二次下潜、二次上浮各一张表。 ，潜艇若具有水上燃油超载状

19、态或其他特殊状态，则须注明状态名称。 cB/ Z 2 2 3 -3 7 附录B 由 注水方 程确定水舱注水f的计算方法 ( 参考件) 计算下潜过程的初稳性时，各主压载水舱 的注水量可以由 注水方程来确 定。正文中 第3 章的部分 计算内容 一一主压载水舱 注人水量的确定由 本文件代替，其余内容与正文相同。 B . 1 下潜过程中各主压载水舱的注水方程 d Q， 二 =兀 、 / J万 . dr (B1) 式中 :Q 主 压载水舱累积进水容积，m ， k 主 压载水舱通海阀 ( 格子板)的进水系数，M / 2 / 3 1 H 主压载水舱的水压头，m。 t 时间，s 。 B. 1 . 1 计算进水

20、系 数k 的公式 k =W A e . , 叮 了 。 ， 。 二(B2) 式中: k通海阀 ( 格子 板)的流量系数，通常对通海阀取0 . 5 ，对格子板取0 . 5 5 ; A e . 两舷 通海阀 ( 格子板)的 面积，mz ， 8 -力加 速度，m/ s z = B . 1 . 2 主 压载水舱的水压头为艇的乎均吃水与水舱中的水位之差 H 二T “一Z i . . . . . . . . . . . (B3) 式中:T 1w -潜艇的平均吃水，MI Zj 主压载水舱的累积 进水容积的水位垂向坐标值.mo 若在下 潜过程中的某一时刻起，T ， 的值超过该水舱通气阀顶的垂向坐标值，则从该时

21、刻起水压头 H应为通气阀顶的垂向坐标值减去主压载水舱内 的水 位垂向坐标值。 B . 2 主压载水舱注水方程采用有限差分法进行计算，求解精确度至二阶差分， 积分间隔取为1 ， 。 B . 2 . 1 第。 个积分间隔进人主压载水舱里的水量按式 ( B4 )计算 “ 一 * 静” 一+ 5 2 n . _ , . . . . .T 2 A一 ( B 4 ) 式 中 : n 。 一 固 定 水 压头 H 。 时 进 人水 舱 的 水 量 ， ， 。 二 k , 反 ， H ， 为 在 第 。 个 积 分 开 始 时的 水 压 头 ， m / s， A n , _ , 相邻 n 之 差， e ， 一

22、 = n 。 一 ” 一 ， m / S t e = n , _ , 相邻e r r 之差，A 2 17 , - z = A f l ， 一 ， 一 n , _ z , m / s . B. 2. 1 . 1 格式见表B1 8 . 2. 畜2 对于每一个主压载水舱的注水方程均以表格形式求解，应一舱一表分别计算，具体计算 从开始下潜至第 。 个积分间隔时， 潜艇的排水体积与相应平 均吃水需单独列表计 算，具体 计算格式见表B2 。 B . 2 . 1 . ， 在开始下潜的第一、 二 个积分间隔的 n 与 刀 未知的情况下，为了求出 Qo A Q 需采 用 渐近近似计算方法，利用后一个 积分间隔的

23、差数 ， 和 八 n 逐步逼近，分 别按下列式子计 算 第一近似值 AQo 二 f 。二k VHo 。 。 = ” 。 、 告 % ， 。 。 (BS ) 第二近似值 (B6) CB / Z 2 2 3 -3 7 。 ， = ” ， + 专 。 。 (n7) 第三近似值 A Q 0 = ， 。 + 朴 “ ， = 。 ， + 静 ， 。 一 1,-ft ， 。 。 。 + 12 e “ 。 (Bg) (B9) 到 此 往下 计 算 A Q z 就可 按 公 式( B 4 ) 进 行 直到 水 舱 注 满 或水 压 头 等 于零 为 止。 B. 2 . 2 主压载水舱注水量的具体计算步骤按表B1

24、、表B2 格式顺序进行。 B. 2 . 2 :确定第一近似值 二 在 表 B1 内 填人 主 压 载 水舱 初 水 量 Q 0 、 水 舱内 初 始 水 位 垂向 坐 标 值 及潜 艇 初 始平 均 吃 水 几。 ， b . 确定主压载水舱的水压头Ho ，计算出此值，令第一个积分间隔的进人水量 Q o 等于n o , c . 主压载水舱累积进水量QS 等于初水量Q 。 加上第一个积分间隔的进入水量A Qa i ，. 综 合 各 进 水的 主 压 载水 舱 第 一 个 积分 间 隔 的 进水 总 量 ， 求出 艇 的 排 水体 积 V 和平 均 吃 水 T im , i e .利用 主 压 载水

25、 舱 要 素曲 线 查出 水舱 内 的 水 位2 生 ，由 艇的 平 均 吃 水T 白 ， 及 水 位 Z 值 确 定水 压 头H百 ， f . 计算出n ; 值， 二由n ; 与7 0 的值确定A1) 0 0 B. 22 . 2 确定第二近似值 二按公式 ( B6 )计算出 Q v0 ，主压载水舱累积进水最 Q f 等于初水量Q 。 加上第一个积分间 隔的进人水量 Q0 b . 由 Q 1 出 发 ， 修 正 计算 B . 2 . 2 . 1 中 的 d , e , f . g 各步 骤 ， 计 算 得出 平 均 吃水 T im , . 衅. e 1 9 t c .按公 式 ( B 7 )

26、计 算出 第 二 个 积分 间 隔 的 进人 水 量 A Q ; ， 那么 主 压 载 水舱 的累 积进 人 水 量 Q 罗 等于第一个积分间隔末水舱内 的累积进水量Qf 加上 Q 牛 ， d . 综合各进水主压载水舱第二个积分间隔末水舱内的累积进水量总和，据此求出艇的排水体积 v和平均吃水TVA 2 ， e . 从主压载水舱的要素曲 线上查出Z 罗 ，确定水压头Hg ， f . 计算， 罗 。 g . n z 与 n 7 相减得出 n , I 加 . 即 i 与 n o 相减得出 八 2 厅 0 。 B. 2 . 2 . 3 确定第三近似值 二 按公式 ( B8 )算出 Q “ I0，水舱累

27、积进水量Q i 等于初水量Q。 加上 Q o b . 由 Q 1 出 发 ， 修 正计 算 B . 2 . 2 . 1 中 的 d , e , f , g 各 步 骤， 计算得出 平 均吃水 T MM n . N / 、 叮 了， c . 按公式 ( B9 )算出第二个积分间隔的进人水量A, Q0 ，水舱的累积进人水量Q 等于第二个 积分间隔末水舱内的累积水量Q . 加上 QM， d . 综合各主压载水舱第二个积分间隔末水舱内 的累积进水f总和，求出 艇的排水体积和平均吃 水T i i z 。 e . 从主压载水舱的要素曲线上查出 Z T , ， 确定水压头H梦， f . 计算出叮3T， 二

28、n = “ 与 厅 :相减 得出 刁 价， 二 叮 ;，与八 甲 岔相减得出 z 叮 0， I . 按公式 ( B4 )计算出 第三个积分间隔的进人水量e Q“ Z，水舱内的累 积进人水量Q少等于 第三个积分间隔末水舱内 累 和水最Q 11加上e Q0 “ 。 CB / Z 2 2 . 一. 7 逐次 逼近 计算过程到此为 止，以下按公式 ( B4 )很据前面几个积分间隔的 o , e o 值来确定e Q 值，因而 计算可以 连续进行下去。 B . 2 . 2 . 4表B 1 只 计算 一个 主 压载 水 舱 的 注 人 水 It， 每 舱 一 张 表， 各 舱 应相 互 协 调的 并 列 往

29、 下 计 算。 潜艇的排水体积和相应的平均吃 水在表B2 中 综合计算出来，两表的计算同步进行。 注:B . 2 . 2 条中右上角、右下角符号的解释。 右上角带“ .指第一近似值，右上角带 “ ， ”指第二近似值，右 上角带 “ 即”指第三近似值。右下角的阿拉伯数字指积分间隔的序号。 表 B 1 主压载水舱进水全计算表 舱 号 消耗系数k二 . “ , / s 全净容积犷二 通气革顶端垂向坐标值: 时 ， 间 平均吃水 T, 水舱内水面 高度 2 * )E * H 叮甲八x 甲4 累积进水容积 O 吕m m / H m ， 第一近似值 0 卜 争 . 1 !鑫 第 二 近 似 值 0 卜仁

30、仁 . 1 一 l . 卜 ， 2 . l 杏 第 三 近 似 值 注 : 耳 、 ， 、 甲 栏 内 箭头 所 示 愈 义: 同 一 栏内 下 面一 行 的 值 减去 上 面 一 行 的值 ， 其 所 得的 差 坟 人 右 面 一 栏内 上一行中。 AQ, Q栏中箭头意义.同一行的Q与0相加.其所得的和城人0栏的下面一行内。 CB/ Z ! Y . 一. 7 表 B Z 主压载水舱注水综合表 各主压载水脸累积进水容积厂. 水舱总进水 容积 E V 奋 潜艇排水体积I 平均吃水 T . !.m ! 第一近似值 0 1 第 二 近 似 值 0 1 2 第 三 近 似 值 0 1 2 附加说明:

31、本标准由水下舰船分委员会归口 。 本标准由七0一所负责起草。 本标准主要起草人昊汉生。 *草庐一苇草庐一苇*提供优质文档， 如果 你下载的文档有缺页、 模糊等现象或 者遇到找不到的稀缺文件， 请发站内 信和我联系！我一定帮你解决！ 提供优质文档， 如果 你下载的文档有缺页、 模糊等现象或 者遇到找不到的稀缺文件， 请发站内 信和我联系！我一定帮你解决！ 本人有各种国内外标准 20 余万个， 包括全系 列 GB 国标国标及国内行业行业及部门标准部门标准，全系列 BSI EN DIN JIS NF AS NZS GOST ASTM ISO ASME SSPC ANSI IEC IEEE ANSI UL AASHTO ABS ACI AREMA AWS ML NACE GM FAA TBR RCC 各国船级 社 船级 社 等大量其他国际标准。豆丁下载网址：豆丁下载网址： http:/