中垂船舶拱垂及拱垂值的限定

中垂船舶拱垂的產(chǎn)生

船舶裝載后，如果作用在船體各橫剖面上的彎矩代數(shù)和不等于零，將使船體發(fā)生總縱彎曲變形。

當(dāng)船舶首尾部重力大于浮力而中部浮力大于重力時(shí)，即當(dāng)船體出現(xiàn)船中部上拱、首尾下垂時(shí)，所出現(xiàn)的彎曲變形稱中拱變形。當(dāng)船舶中部重力大于浮力而首尾部浮力大于重力時(shí)，即當(dāng)船體出現(xiàn)船中部下垂、首尾上拱時(shí)，所出現(xiàn)的彎曲變形稱中垂變形。

船舶在靜水中產(chǎn)生中拱或中垂主要決定于船舶的布置與裝載狀況。當(dāng)船舶首尾載荷過多時(shí)會(huì)出現(xiàn)中拱；相反，會(huì)出現(xiàn)中垂?fàn)顟B(tài)。

中垂船舶拱垂值的計(jì)算

實(shí)際觀測(cè)并比較船首、船中、船尾三處的左右平均吃水，可以判斷船體拱垂變形的大小和方向。船中處的平均吃水大于首尾平均吃水，說明船舶處于中垂變形狀態(tài)；船中處的平均吃水小于首尾平均吃水，則船舶處于中拱變形狀態(tài)。同時(shí)，中部平均吃水與首尾平均吃水的差值的絕對(duì)值，可以反映出拱垂變形程度的大小。這一絕對(duì)值稱為拱垂值，計(jì)算公式是：

正常的拱垂變形范圍應(yīng)不超過Lbp/1 200（m）；極限的拱垂變形值為L(zhǎng)bp/800（m）；危險(xiǎn)的拱垂值為L(zhǎng)bp/600（m）；Lbp為船舶垂線間長(zhǎng)（m）。

船舶裝載后的拱垂值在正常范圍內(nèi)，則可以開航；接近極限值，只允許在天氣好時(shí)開航；接近危險(xiǎn)值，則不允許開航。因此，只要船舶在裝載后，拱垂值在正常范圍內(nèi)，就可以利用合理的拱垂變形提高船舶的載重量。

載重能力是指船舶在具體航次中所能承運(yùn)貨物重量的最大限額，用凈載重量表示。凈載重量是總載重量與船舶壓載水、存油水、船舶常數(shù)之差。船舶總載重量，是根據(jù)經(jīng)縱傾修正后船舶的總平均吃水查載重量表得出相應(yīng)的排水量減去空船重量得出的。即 ：

船舶總載重量W=船舶排水量Δ-空船重量W₀

中垂船舶排水量的測(cè)定

準(zhǔn)確觀測(cè)船舶水尺非常重要。觀測(cè)船舶吃水時(shí)船體不要有任何作業(yè)，要仔細(xì)觀測(cè)，排除粗差。在風(fēng)的作用下，海浪會(huì)產(chǎn)生不規(guī)則波影響觀測(cè)精度，因此應(yīng)選擇海面平靜或規(guī)則波時(shí)觀測(cè)船舶的六面吃水。

中垂排水量換算

經(jīng)過拱垂修正后的總平均吃水計(jì)算公式為：

在計(jì)算查表求船舶排水量時(shí)，須先對(duì)船舶的首尾平均吃水d_f、d_a進(jìn)行首尾垂線C_f、C_a修正；然后根據(jù)船舶總平均吃水查載重表得出相應(yīng)的排水量；再根據(jù)排水量縱傾修正公式進(jìn)行相應(yīng)修正；最后經(jīng)過港水密度的修正，就可求出船舶的實(shí)際排水量。

船舶營(yíng)運(yùn)過程中，當(dāng)碼頭和航線上的水深足夠時(shí)，船舶的最大載重量是必須保證船舶在航次的任一航段、任何時(shí)間，船舶兩舷相應(yīng)于船舶所在的區(qū)帶、區(qū)域和季節(jié)期的載重線上緣不被水淹沒，此時(shí)的船舶載重量即滿載載重量。但在某些情況下，由于受港口或航道水深的影響，船舶最大吃水有一定的限制，不能達(dá)到滿載；同時(shí)，為保證船舶的良好操縱性能，通常船舶應(yīng)有一定的尾傾，這就產(chǎn)生如何積載以達(dá)到最大載重量的問題。一般認(rèn)為，船舶裝載應(yīng)當(dāng)保持船舶不變形，即無中拱垂?fàn)顟B(tài)，但是船舶建造是允許有一定的變形的，合理利用船舶中垂是否可以提高船舶載重量，這個(gè)問題航海人員鮮有注意，但是答案是肯定的。

船舶在深水區(qū)航行時(shí)，與之相對(duì)運(yùn)動(dòng)的水流是從船的兩舷和底部由船首流向船尾的三向度水流。當(dāng)船舶進(jìn)入淺水區(qū)時(shí)，由于流入船底下的水流受到限制而被推向船的左右兩側(cè)，這時(shí)船底過水面積減小，流速增加，使船底壓力下降，致船體下沉。一般商船速度范圍內(nèi)的船舶在淺水中航行時(shí)，通常表現(xiàn)為首下沉量大于尾下沉量，即原為平吃水的船舶將變?yōu)槭變A。為使船舶具有良好的操縱性能，以保證船舶離港后在受限水深和水域內(nèi)的航行安全，要求船舶應(yīng)有一定吃水差。

中垂港口吃水限制船舶不滿載情況

船舶在某些港口受載，由于受港口吃水限制不能達(dá)到滿載而產(chǎn)生虧載，這就需要合理積載以達(dá)到最大載貨量。

1、船舶有一定吃水差出港情況

為使船舶具有良好的操縱性能，船舶離港通常應(yīng)有一定的吃水差。假定港口限定最大吃水為H（m），船舶吃水差要求為t（m），則d_a= H，d_f= d_a t。

無中拱垂情況下平均吃水公式為：

有中拱垂情況下平均吃水公式為：

排水量變化值：

由上文公式結(jié)合可得：

依前所述船舶的拱垂值范圍為：

此時(shí)裝載后的平均吃水 ：

2、船舶平吃水出港情況

在某些情況下諸如港口碼頭吃水限定但航道水深富余，可采取船舶平吃水出港后再壓水調(diào)至要求的吃水差，此時(shí)船舶無中拱垂情況排水量最大，H = d_f= d_a=d_m，即船艏、舯、艉吃水皆等于港口限定最大吃水。

如吃水限定、吃水差為零且船舶中垂δ（m），則船舯吃水等于港口限定最大吃水H（m），與無拱垂情況相比排水量減少，經(jīng)推導(dǎo)其值為：

如吃水限定、吃水差為零且船舶中拱δ（m），則船首尾吃水等于港口限定最大吃水H(m)，與無拱垂情況相比排水量減少，經(jīng)推導(dǎo)其值為 ：

中垂港口吃水不限船舶滿載情況

根據(jù)1966年國(guó)際載重線公約1988年議定書和經(jīng)1966年議定書修正的1966年國(guó)際載重線公約，船舶兩舷相對(duì)于該船所在季節(jié)及其所在地帶或區(qū)域的載重線不論船舶在出海時(shí)、在航行中或在到達(dá)時(shí)都不應(yīng)被水浸沒。此時(shí)船舯吃水即為船舶載重線。

如船舶中垂δ（m），經(jīng)推導(dǎo)船舶總平均吃水與船舶載重線吃水之差為-1/4δ，即與無拱垂相比載貨量減少，其值為：

如船舶中拱δ（m），經(jīng)推導(dǎo)船舶總平均吃水與船舶載重線吃水之差為 1/4δ，即與無拱垂相比載貨量增加，其值為：

理論上船舶船舯吃水達(dá)到載重線標(biāo)志利用中拱可以增加貨量，但是此時(shí)船舶儲(chǔ)備浮力減少，船體強(qiáng)度也受到影響，建議不采納。

綜上所述,當(dāng)港口吃水受限,船舶不能達(dá)到滿載且須滿足一定吃水差的情況下,合理利用船舶中垂可以增加船舶載貨量；當(dāng)港口吃水受限且無吃水差要求時(shí)，平吃水無拱垂時(shí)船舶載貨量最大；當(dāng)港口吃水不限，無中垂裝載可以達(dá)到船舶滿載。

在港口吃水受限，船舶有一定吃水差情況下，利用船舶中垂增加船舶載貨量時(shí)，首先要計(jì)算最大允許中垂量，并確定預(yù)計(jì)使用值。裝貨前大副應(yīng)合理配載，裝貨過程中各貨艙分輪次裝貨，最后一輪次大副觀察船舶吃水要勤，根據(jù)吃水情況及時(shí)調(diào)整各艙貨量以期達(dá)到最佳裝載效果。

“清華山”輪，兩柱間長(zhǎng)Lbp 217 m，船寬B 32.2 m，夏季滿載排水量83 722 t，夏季滿載吃水13.91 m，黃驊港吃水限制H = 12.9 m， TPC = 65.3 t/cm，吃水差要求t = 0.5 m。

由此可知大副配載應(yīng)使船尾吃水為12.9 m,船首為12.4 m，且未達(dá)到船舶滿載。

現(xiàn)計(jì)算有中垂情況的排水量增加值：

由上文公式可得該輪拱垂值正常范圍最大值δ=18cm；排水量增加值δ△ = 880 t，即可增加貨量880 t。

若為安全考慮取正常的拱垂變形范圍最大值的70%即δ = 12.6 cm，則增加貨量617 t。

該輪在吃水12.9 m情況下載貨量約6萬噸，假如市場(chǎng)水平船舶經(jīng)營(yíng)成本約占90%以上的海運(yùn)費(fèi)收入，有中垂增加的617 t貨量可增加1%的運(yùn)費(fèi)收入，此可提高單船航次利潤(rùn)10%以上，這是相當(dāng)可觀的。

當(dāng)兩條直線相交所成的四個(gè)角中，有一個(gè)角是直角時(shí)，就說這兩條直線互相垂直，其中的一條直線叫做另一條直線的垂線。

注意到垂線的定義中，只是規(guī)定了兩直線交角的大小(90°)，并沒有規(guī)定兩條直線的位置如何。也就是說，不論一條直線的位置如何，只要另一條與它的交角是90°，其中任何一條直線就是另一條直線的垂線。

事實(shí)上，老師在講“垂線”的概念時(shí)，總喜歡用鉛垂線引入。說瓦工師傅砌墻時(shí)，為了使墻砌得與地面垂直，先吊一根鉛垂線，即用一根細(xì)線吊一個(gè)重錘，重錘由于地球引力，呈與地面水平線垂直的狀態(tài)下垂。這時(shí)，鉛垂線與水平線互相垂直。

這樣的引入是很生動(dòng)的，有助于同學(xué)對(duì)垂直概念的理解。但是，由于水平線、鉛垂線的位置特殊，也給學(xué)生帶來一些副作用，今后一提到垂線，總以為處于鉛垂線的狀態(tài)，從而使垂線的概念特殊化了。

判斷物體是否與地面垂直，可用鉛垂線法，即一根線加上一個(gè)重物。此重物人們稱為鉛錘，鉛錘受重力作用，即受萬有引力的一個(gè)分力作用，讓線與地面垂直，成90度角度。鉛錘重量的大小與垂直線的垂直度無關(guān)，如1公斤重的鉛錘與10公斤重的鉛錘形成的垂直線的垂直度一樣，均是90度。還有，一般情況下不考慮相對(duì)論效應(yīng)，當(dāng)鉛錘的傍邊有重物也不能影響垂直度，如在山腳下的鉛垂線，鉛錘旁邊是一座山，對(duì)垂直度也沒有影響。