吃水


定义

      1、吃水d(m):系指船舶静浮于水面时,在船长L中点处,由基线量至设计水线的垂直距离。

      2、吃水d:在船中横剖面内自基线量到设计水线的垂直距离。如果船有纵倾,则船首和船尾的吃水不同,分别称为首吃水和尾吃水。首吃水与尾吃水的平均值称为平均吃水。平均吃水与船中横剖面内吃水近似相等。

      3、泛指船体在水面以下的深度。

      4、吃水d(m):泛指船舶龙骨线浸没的深度。如无特殊说明,一般指平均吃水。

      5、船舶因自重、受载,船体浸没水中部分的深度。一般从船首、船尾和船中左右舷的水尺标记读取。

简介

吃水线吃水线

      船舶吃水一般是指船舶的吃水深度,是指船舶的底部至船体与水面相连处的垂直距离,它间接反应了船舶在行驶过程中所受的浮力(或者说是船体及其货物等的重量,因为这与船体受到的浮力相等)。因此,船体的吃水深度越大,表明船船舶体载货的能力越大。类似的概念,在军事上对舰艇等有“排水量”。

      船体在水面以下的深度。由船底龙骨下面起到水面的垂直距离。吃水随船舶载重多少而变化。当船舶有纵倾或横倾时,首尾吃水或左右吃水不同,故在船舶首、中和尾部左右6处均绘有水尺标志,以标明其吃水深度。按营运情况不同,可分为空船吃水、满载吃水、最大吃水、平吃水、平均吃水等。

      泛指船体在水面以下的深度(平板龙骨厚度和突出部分不计)在艏垂线、艉垂线处的吃水分别称艏吃水、艉吃水。艏艉吃水的平均值称平均吃水。有横倾时的吃水指左右舷吃水测量值的平均值。无特别说明时的吃水,一般指平均吃水或船长中点处的吃水。对无设计纵倾的船舶,艏、艉吃水相等,在营运中的各种状态及有设计尾倾的船舶,艏、艉吃水通常不等,一般艉吃水大于艏吃水。 在设计中艉吃水的大小要考虑与螺旋桨和舵的尺度相适应。

      船舶吃水是直接关系船舶载重吨位和操纵性能的一项基本数据。一般油轮都比较宽,所以它的吃水一般都不会很深;然而散货船都比较消瘦,所以吃水就比较大。

      船舶在不同载重吨位下,操纵性能均有差异;不同吃水也会使船舶的干舷高度和稳性,受风面积以及摇摆周期发生变化。

      此外,吃水对于船舶能否通过浅滩、安全进出港和靠离码头,都是关键因素。装多少货以后吃水多少也比较复杂,因为吃水有很多种状态,平吃水、尾倾、首倾等,所以算下来的平均吃水也不同。船在不同的情况下根据需要会有不同的吃水,需要大副或者陆地上的专业人士加以计算。

类型

      吃水有:型吃水、压载吃水、外形吃水,空载吃水,设计吃水、满载吃水、下水吃水和入坞临界吃水等。这些是船舶的主尺度、对船舶性能有重要影响。

      水线面与船底基平面之间的垂直距离(自平板龙骨上缘量至水面的垂直距离。加上平板龙骨的厚度)。根据量取的方法不同,吃水可以分成实际吃水和型吃水两种。

     (1)实际吃水指水线面至船底龙骨板下缘的垂直距离。它是船舶进出港、过浅滩、系靠码头和装卸货物时应考虑的吃水。

     (2)型吃水是指水线面至船底龙骨板上缘的垂直距离,与实际吃水相差一个龙骨板的厚度。它是船舶设计和进行性能计算时所考虑的吃水。

     根据国际载重线公约的规定,还有相应的一些船舶吃水定义:

     (1)夏季吃水:符合国际载重线条约的夏季干舷规定的吃水,一般也是结构吃水。标记为T。

     (2)冬季吃水:比夏季吃水小T/48。

     (3)冬季北大西洋吃水:比船舶设计吃水小50mm。

     (4)热带吃水:比夏季吃水增加T/48。

     (5)淡水吃水:可比设计吃水增加: V(排水量)/4 吨厘米。

     (6)热带淡水吃水:可以比淡水吃水增加T/48。

      船舶吃水随着船舶的载重量和舷外水的密度的变化而不同,量得吃水后经过查阅有关船舶曲线图和计算,可以求得该船当时的排水量和载重量。

设计吃水、结构吃水及实际吃水

      船舶吃水有设计吃水(Designed Draft)和结构吃水(Scantling Draft)两种,设计吃水是指船舶装载设计载重量货物情况下达到的吃水深度,又叫型吃水;结构吃水是船舶装载最大载重量货物情况下达到的吃水深度。《船舶静力学基础知识》对结构吃水的定义是:对富裕干舷船,在设计时保证最小干舷所求得的最大装载吃水Tmax,并使船体结构设计符合Tmax的要求,则此Tmax为结构吃水。可以这样理解,船舶载重达到结构吃水时,不符合法定干舷的要求,但是此时的船体不会因强度不够而断掉,只可能因不满足法定干舷而有沉没的危险;实际吃水就是船舶某具体状态时的实际水线面到龙骨下缘的垂直距离。

      另外,由于船舶设计中和在使用过程中通常有纵倾情况,因此每种吃水又分为艏吃水、艉吃水、平均吃水三种。艏吃水是指船舶艏部吃水深度,艉吃水是指尾部吃水深度,平均吃水就是艏艉吃水平均值。

吃水对快速性的影响

      从提高螺旋桨性能来说,选择尽量大些的吃水是有好处的。这是因为增加设计吃水可加大螺旋桨直径,提高其效率;吃水增加可加大螺旋桨的埋水深度,降低空泡,有利于螺桨工作。。在△一定时,保持L,B不变,增加吃水d以减小Cb及B/d,将使剩余阻力有所降低。因此吃水不受限制的船舶,选用大一些的吃水对螺旋桨工作性能有利。同时加大吃水,可加大螺旋桨的埋水深度,还能在纵摇时减少螺旋桨出水的可能性,对耐波性也有好处。

      一般海洋船舶,螺旋桨轴的埋水深度至少等于螺旋桨直径,一些小型船舶,如拖船和渔船,由于功率相对较大,螺旋桨直径也相对较大,为增大桨轴埋水深度,设计成尾倾斜龙骨,以加大尾吃水。

吃水对其他性能的影响

      1、吃水对初稳性影响:在△一定时,增加吃水d,浮心竖向坐标也将提高。但由于B/d减少,稳心半径r减小较大,总的说来初稳性高度将减小。

      2、吃水对大角稳性及抗沉性影响:在型深D不变情况下,增加吃水降低了干舷,使储备浮力减少,大角横倾时,甲板边缘提前入水,对抗沉性及大角稳性都是不利的。

      吃水深的船航行时不易产生砰击和漂移,吃水浅的船在海上航行时耐波性较差。

满足浮力要求

      吃水是构成浮力的因素之一,选择吃水应满足浮性方程式。从满足浮力角度来说,增加吃水 d时可降低Cb或L及B,有利于减少船体重量和造价,也有利于提高快速性。

吃水变化

       船舶吃水的改变量,有比较精确的计算和近似估算两种。

      1、较精确的计算法

       船舶由海水驶入淡水,因为ρ淡<ρ海,所以V淡>V海,其排水体积差△V: 

       △V = V淡-V海=D/ ρ淡-D/ ρ海= D/ ρ海( ρ海/ρ淡-1)  (m3) (1-6)

       由于ρ海和ρ淡相差不多,因此产生的吃水改变量△d也很小,可认为因ρ改变,船舶是平行沉浮的(实际上会产生微倾),

       ρ改变引起的排水量的变化相当于在海水中平行沉浮,所以:

       △V×ρ海 = TPC海 × △d ×100

       △V = TPC海 × △d ×100/ρ海(m3)                 

       式1—6与1—7相等,则:

       △d =D/ 100×TPC海 (ρ海/ρ淡-1)  (m)           

       因为ρ海>ρ淡,所以△d为正值,表示吃水增加。

       同样方法,可求出船由淡水驶入海水时:

       △d =D/ 100×TPC淡 (ρ淡/ρ海-1)  (m)                  

       因为ρ淡<ρ海,所以△d为负值,表示吃水减小。

       2、近似估算

      由式1-8和1-9计算△d比较繁琐,为了简化计算,常采用近似估算公式                      

       D海=V海×ρ海=L海B海d海 Cb海 ρ海

       D淡=V淡×ρ淡=L淡B淡d淡 Cb淡 ρ淡

       因为D海= D淡

       所以 d淡=(d海×ρ海)/ρ淡(m)     

       及 d海=(d淡×ρ淡)/ρ海(m)      

航道及港口水深对吃水的限制

      大型船舶和内河船舶吃水常受航道及港口水深的限制。如苏伊士运河航道水深限制通航船舶最大吃水为16.15m;巴拿马运河船闸水深限制船舶最大吃水为12.04m;圣劳伦斯水道水深限制船舶吃水9.20m;上海长江口航道水深9m,可利用潮位3m,考虑富裕水深后,限制通过船舶最大吃水为9.5m;大连鱿鱼湾油港,10万吨级泊位前沿水深17m,15m吃水的船舶可自由进出。

       确定船舶受限制的吃水时,应考虑船底与水底间留有一定间隙,以防搁浅及水底砂石触及船体。水底为泥沙质者间隙可小些,石质者间隙须大些;该处风浪小间隙可小,风浪大则间隙须大些;船小间隙可小,船大间隙须大些;船舶载况稳定,吃水及纵倾变化小的船间隙可小些,载况经常变化,吃水及纵倾变化大的船间隙也应大些。航道水深与船舶吃水之间关系:

       d = H - δH                             (4 一 1)

       式中 d ― 设计船吃水(m);

       H -目航道水深(m);

       δH - 富裕水深(m)。

       我国《全国内河通航标准》(1985年)对内河船舶航行于流沙质河床航道的富裕水深做出规定。从规定可知,富裕水深与航道设计水深有关,最大富裕水深为0.5m,石质河床另加0.1m~0.2m。

       由上所述,确定吃水主要从限制条件、浮力及螺旋桨的适宜直径几个方面考虑。


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