[科普中國]-浮心

簡介

浮心，顧名思義，浮力的等效作用點(diǎn)。當(dāng)物體放入流體中時(shí)，由于與流體的上下接觸面受到流體的壓強(qiáng)不等，上小下大，故產(chǎn)生壓強(qiáng)差，進(jìn)而物體會受到流體豎直向上的壓力，即受到流體的浮力。依據(jù)阿基米德定律，可得出物體受浮力大小為物體排開那部分流體所受到的重力。而浮心的位置，就是那部分被排開流體的重心的位置，如果被排開流體的幾何形狀是規(guī)則的，那么浮心就在被排開的流體原先的幾何中心。

在造船工業(yè)中，工程師常常在船底大規(guī)模地安放密度大的鐵質(zhì)材料，以保證船體的重心降低，使重心低于穩(wěn)心，從而保證船舶在受到外載荷的情況下有足夠的穩(wěn)性。

浮心和重心是兩碼事，浮心可以與物體的重心相重合，也可以高于或低于物體重心的位置。重心可以看作重力的作用點(diǎn)。浮心也可以看作是浮力作用點(diǎn)，正如物體各個部分都受到重力，但我們可以認(rèn)為總的重力之作用在重心這個點(diǎn)上一樣。2

浮心縱向位置對船舶設(shè)計(jì)的影響浮心縱向位置對阻力的影響有較多的理由浮心縱向位置是船舶設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)。就阻力來說，LCB的最佳位置在很大程度上取決于船舶航行時(shí)的速長比。在高值時(shí)，主要是保持較瘦的艏部以延遲興波阻力的發(fā)生，同時(shí)艉部也不能太肥，以免形狀阻力增加。因此結(jié)果是所有低方形系數(shù)船舶其LCB都在舯后。在低值時(shí)，艉部仍應(yīng)保持適當(dāng)?shù)氖菹?，以免阻力的急劇增加，但艏部可以較胖，因?yàn)樵谠撍匍L比下興波阻力占總阻力的百分比較小。因此結(jié)果是艉部較瘦而艏部較肥，LCB在舯前。這些趨勢充分反應(yīng)在系列60的母型中。當(dāng)方形系數(shù)在0.60～0.80范圍時(shí)，其后體棱形系數(shù)為0.646~0.750，但相應(yīng)的前體棱形系數(shù)達(dá)0.581~0.861。假如以每噸排水量的阻力來表示其影響，則在低速長比時(shí)豐滿船有較大好處，如增大，則瘦削船較為有利。3

浮心縱向位置對推進(jìn)效率的影響LCB位置對推進(jìn)效率也有影響，通常在其他系數(shù)已定的情況下，若把LCB前移，伴流及推力減額都將降低，但對伴流的影響較大。因此LCB前移將使阻力及推進(jìn)效率同時(shí)降低，而最后導(dǎo)致軸馬力的增加。所以就流體力學(xué)上說，LCB的位置最終歸結(jié)于所要求的收到馬力，而不單是阻力，雖然后者是前者的主要組成部分。3

浮心縱向位置對縱傾的影響船舶的其他一些性能也是與LCB位置有關(guān)的，如船在波浪中航行時(shí)的運(yùn)動及失速。在船舶設(shè)計(jì)中，LCB位置除了從節(jié)省功率及較好的適航性之外也還取決于其他的考慮。主要是在各種裝載情況下能調(diào)整縱傾，特別是油輪和其他散裝貨輪。干貨船及客船的艉機(jī)型傾向常引起縱傾問題，同時(shí)因艉部形狀為機(jī)器尺度所要求的容積所制約，亦影響到LCB位置。3

浮心縱向位置的確定根據(jù)阻力觀點(diǎn)選取浮心縱向位置根據(jù)設(shè)計(jì)船F(xiàn)N的大小可知其阻力成分的大致范圍。從阻力觀點(diǎn)出發(fā)，低速船的LCB宜取船中前，隨速度的增加，LCB宜后移，理論上最佳的LCB（下文以XB表示）值應(yīng)為FN的函數(shù)。圖1為最佳XB的范圍，供設(shè)計(jì)時(shí)參考。

長江船最佳XB與FN的關(guān)系如圖2所示。當(dāng)FN>0.2528，其最佳XB和雙槳沿海船的愛爾曲線接近；當(dāng)FN