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橫傾

橫傾是艦體向一側(cè)傾斜斜的狀態(tài)。造成橫傾的原因主要是縱中剖面兩側(cè)積載不均或一側(cè)進(jìn)水。橫傾后，艦體阻力增大，航速降低，舵面不再垂直于相對流向，轉(zhuǎn)船力矩減小，橫傾角越大，舵效越低。另外，橫傾后，兩側(cè)浸水面積不等，水動力合力作用點(diǎn)偏于一側(cè)，產(chǎn)生推艦艇向高舷一側(cè)偏轉(zhuǎn)的力矩；雙螺旋槳艦艇低舷一側(cè)的螺旋槳浸水深，效率高，推力略大于高舷螺旋槳，因此形成推力差，也產(chǎn)生向高舷偏轉(zhuǎn)的力矩。通常除方形艦首的特殊艦船在橫傾時，可能向低舷偏轉(zhuǎn)外，都有向高舷偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。有橫傾的艦艇，在回轉(zhuǎn)掉頭時，向舷高一側(cè)轉(zhuǎn)動比較靈活，回轉(zhuǎn)直徑也較小。但總的來說，橫傾對艦艇操縱不利。1

橫傾力矩船舶轉(zhuǎn)向時，水的壓力和船的離心力形成對船的橫傾力矩。在轉(zhuǎn)向的最初階段，船重心移動軌跡曲率半徑大，橫傾力矩主要取決于水對船體的側(cè)向壓力，此時船體向回轉(zhuǎn)圈的內(nèi)側(cè)傾斜；隨著回轉(zhuǎn)圈曲率半徑逐漸減小，船的離心力將起主要作用，因而船體變?yōu)橄蚧剞D(zhuǎn)圈外側(cè)橫傾，會影響船的安全，船應(yīng)有足夠穩(wěn)性使其在回轉(zhuǎn)時橫傾角不致過大。力矩大小與側(cè)向水壓力中心和船重心的垂向位置及航速有關(guān)。減小舵角和降低航速是減小橫傾角的有效措施，但因此將加大回轉(zhuǎn)半徑，影響回轉(zhuǎn)靈敏度。

橫傾力矩對船舶的作用靜力橫傾力矩作用在船上的橫傾力矩隨時間的變化過程可為各種各樣，如正弦函數(shù)關(guān)系、漸增函數(shù)關(guān)系、漸減函數(shù)關(guān)系等。如果橫傾力矩關(guān)于時間的變化速率遠(yuǎn)小于穩(wěn)性力矩的相應(yīng)變化速率，則可將這種橫傾力矩作為靜橫傾力矩(statical heeling moment)對待。這時，如果船舶穩(wěn)性足夠大，則可認(rèn)為在靜橫傾力矩作用范圍內(nèi)的任意傾角上，穩(wěn)性力矩都與橫傾力矩相等。

應(yīng)該指出，靜橫傾力矩是一種極限情況，生產(chǎn)中船舶受到的橫傾力矩只有一部分可近似歸并到這種情況中。

靜橫傾力矩對船舶的作用過程

在靜橫傾力矩作用范圍內(nèi)的任意傾角上靜橫傾力矩與穩(wěn)性力矩始終相等，如圖1所示。圖中，穩(wěn)性力矩用穩(wěn)性力臂GZ表示，橫傾力矩用相當(dāng)力臂Lf表示。

我們首先考慮靜橫傾力矩由0逐漸加大到恒定值的作用過程。由于橫傾力矩的變化速率不超過穩(wěn)性力矩的變化速率，所以，如果船舶具有足夠的穩(wěn)性，則隨著橫傾力矩的增加，船舶便產(chǎn)生相應(yīng)的傾角，同時產(chǎn)生一個大小與這一橫傾力矩相等而方向相反的穩(wěn)性力矩；當(dāng)橫傾力矩達(dá)到最大值時，船舶產(chǎn)生的傾角θ稱為最大靜傾角。

有關(guān)靜橫傾力矩對船舶的作用，我們有如下幾項(xiàng)結(jié)論：

如果船舶處于靜止正浮，則在最大值不超過最大靜穩(wěn)性力矩的橫傾力矩作用下船舶不致于傾覆，在最大值超過最大靜穩(wěn)性力矩的橫傾力矩作用下船舶一定傾覆；

在靜傾過程中，只要傾角在穩(wěn)距范圍內(nèi)，則取消外力矩后船舶必會回?fù)u到正浮位置；

在靜傾過程中，如果外力矩呈周期性變化，則船舶傾角也一定呈類似的周期性變化；

如果有多個靜橫傾力矩同時作用于船上，則對船舶的作用結(jié)果相當(dāng)于這些力矩的合成力矩對船舶的作用結(jié)果；

如果船舶處于自搖狀態(tài)，則靜橫傾力矩與穩(wěn)性力矩方向一致時對船舶的橫傾有加劇作用，靜橫傾力矩與穩(wěn)性力矩方向不一致時對船舶的橫傾有削弱作用。2

動力橫傾力矩如果橫傾力矩關(guān)于時間的變化速率大于穩(wěn)性力矩的變化速率，則可將這種橫傾力矩作為動橫傾力矩(dynamical heeling moment)對待。這時，可以認(rèn)為動橫傾力矩的每一數(shù)值都在極短時間內(nèi)達(dá)到下一數(shù)值，而船舶的穩(wěn)性尚未作出相應(yīng)的改變。動橫傾力矩隨時間的變化過程可為各種各樣，如瞬時數(shù)值、瞬間即達(dá)到恒定值、正弦函數(shù)關(guān)系、漸增函數(shù)關(guān)系、漸減函數(shù)關(guān)系等。

不難看出，動橫傾力矩對船舶的作用過程極為復(fù)雜，一般情況下，只有一些簡單動橫傾力矩或?qū)σ话銊訖M傾力矩作出一些極端假設(shè)，才有可能對其進(jìn)行定量研究。

動橫傾力矩對船舶的作用過程

由于動橫傾力矩對船舶的作用過程極為復(fù)雜，這里只分析航海生產(chǎn)中的一種比較不利的情況。設(shè)船舶橫搖至某一橫傾角θi；而剛剛開始回?fù)u時，突然有一橫傾力矩Mi從船舶回?fù)u方向作用到船上，相當(dāng)力臂為li，如圖2所示。這種情況比較危險，其間船舶的搖擺過程分成如下幾個階段：

（1）自θi回?fù)u

橫傾力矩是突然作用到船上的，并且瞬間即達(dá)到恒定值。這時，船舶產(chǎn)生的穩(wěn)性力矩與橫傾力矩的作用方向一致，都使船舶向正浮位置回?fù)u，而且，由于穩(wěn)性力矩和橫傾力矩的共同作用，回?fù)u的速度在逐漸增加。但是，由于穩(wěn)性力矩在逐漸減小，所以總的作用力矩在逐漸減小，回?fù)u的加速度在逐漸減小?；?fù)u到正浮位置時，穩(wěn)性力矩已減至0，但橫傾力矩仍然存在，船舶會繼續(xù)橫傾。過O點(diǎn)后，船舶所產(chǎn)生的穩(wěn)性力矩不但不使船舶繼續(xù)橫傾而且還有使船舶向著O點(diǎn)方向回?fù)u的趨勢，因而部分地抵消了橫傾力矩，所以總的作用力矩仍然在減小。也就是說，這一段過程中，回?fù)u的速度仍然在增加，回?fù)u的加速度仍然在減小。

（2）自θs繼續(xù)回?fù)u

船舶橫搖至θs時，穩(wěn)性力矩與橫傾力矩大小相等，方向相反，所以作用在船舶上的總的力矩為0，橫搖的速度不再增加，即加速度為0。但是，這時船舶的橫搖速度達(dá)到最大值，在慣性力的作用下會繼續(xù)橫傾。傾角超過θs后，與橫傾力矩方向相反的穩(wěn)性力矩已在數(shù)值上將其超過，所以作用在船舶上的總的力矩阻礙其橫傾。這一段過程中，穩(wěn)性力矩在數(shù)值與橫傾力矩的差值逐漸增大，所以船舶橫傾的速度在逐漸減小，橫傾速度的加速度為負(fù)值，并且負(fù)加速度的絕對值在逐漸增大。

（3）自θd橫傾

當(dāng)船舶回?fù)u到θd時，繼續(xù)回?fù)u的速度已減至0。但是，這時船舶的穩(wěn)性力矩遠(yuǎn)大于橫傾力矩，所以船舶并不會停留在θd上，而會在扣除橫傾力矩的剩余穩(wěn)性力矩作用下以加速度向相反方向橫傾。橫傾的過程中速度不斷增加，但由于剩余穩(wěn)性力矩在減小，所以加速度在減小。

（4）自θs繼續(xù)橫傾

到了θs，穩(wěn)性力矩與橫傾力矩相等，橫傾的加速度為0。但是，這時的橫傾速度達(dá)到了最大值，所以船舶不會停留在這一位置上而會繼續(xù)橫傾。過了θs船舶的穩(wěn)性力矩進(jìn)一步減小，橫傾力矩已開始大于穩(wěn)性力矩，并且差值在增加，所以船舶的橫傾速度在減小，橫傾的加速度為負(fù)值，并且負(fù)加速度的絕對值在逐漸增大。到了O點(diǎn)，穩(wěn)性力矩減至0，但橫傾力矩對船舶的橫傾仍然具有阻礙作用。過了O點(diǎn)，船舶所產(chǎn)生的穩(wěn)性力矩與橫傾力矩的方向一致，均對船舶的進(jìn)一步橫傾起阻礙作用，所以船舶的橫傾速度仍在減小，橫傾的加速度仍為負(fù)值，并且負(fù)加速度的絕對值仍在逐漸增大。

（5）自θi再回?fù)u

船舶橫傾至θi時，橫傾的速度減為0。但這時穩(wěn)性力矩與橫傾力矩方向一致，總的力矩達(dá)到最大值。所以，船舶會開始再回?fù)u。2

分類（數(shù)學(xué)計(jì)算）穩(wěn)性的良好與否是舟艇的內(nèi)在因素，它決定于舟艇的質(zhì)量和重心位置及舟艇形狀，引起舟艇橫傾的橫傾力矩則是外在因素，其大小主要由外力對舟艇的作用來決定。橫傾力矩按其作用性質(zhì)可分為靜力橫傾力矩和動力橫傾力矩。

靜力橫傾力矩靜力橫傾力矩是指作用過程緩慢的橫傾力矩，如穩(wěn)定風(fēng)力作用，可用靜平衡條件來確定其橫傾角。

如圖3所示，舟艇受橫向穩(wěn)定風(fēng)力的作用作等速橫移。這時風(fēng)力Pf與水對舟體的橫向阻力R相平衡，則風(fēng)力橫傾力矩Mf為：