[科普中国]-附加重量

物体在流体中作非定常运动时，流体作用在物体上的惯性力等效于附加于物体本身质量之上的一个质量所产生的惯性力，这个质量称为“附加质量”。附加质量与物体的形状和运动方向有关。在工程上常以物体本身质量乘以附加质量系数表示附加质量。当物体在流体中作非定常转动时，则相应有附加质量惯性矩，其基本概念与附加质量类同。1

简介船舶在水上运动，必将同时带动其周围部分的水一同运动，不论是前后向、左右向运动，还是绕Z轴的转动均是如此。如果从船舶受力、力矩作用而运动的角度或者从能量转换角度来看，就好像是船舶质量和惯矩增加了似的。这种相当于增加了的质量部分和惯矩部分，称为附加质量和附加惯矩。它们与船舶质量、惯矩之和称为船舶的虚质量和虚惯矩。2

附加质量效应物体在水中运动时，附加质量效应有着不可忽视的影响。所谓附加质量效应，系指物体在水面或水下运动时，会产生宛如增加了物体质量那样的效应，除加速、减速的进行要比空气中感到困难外，还会带来各种附加的影响。当然，物体即使是在空气中运动，与在其空中运动相比也会有同样的效应，然而因空气的密度小，故附加质量与物体的质量相比是微不足道的，但在水中却同，由于水的密度较大，附加质量与物体的质量属同一数量级，故不能不补。如果物体在水银中运动，就会产生更大的附加质量效应。此外，即使在大气中，若是像飞船一样须借空气的浮力而浮动者，则附加质量与物体的质量也将屑同一数量极。3

产生原理实际流体是有黏性的，如果忽略流体中的黏性，就称为理想流体。船在理想水中作加速运动时必须推动周围的水作加速运动，水质点反作用于船体形成阻力，称这种阻力为流体惯性阻力。可见当船作加速运动时不但要克服船自身惯性力，还要克服水的惯性阻力。流体惯性阻力的大小与船体运动的加速度成比例，方向与船体加速度方向相反。流体惯性阻力与加速度的比例系数被称为附加质量，附加质量恒取正值，通常以符号λ表示。4

由于船舶运动将迫使整个液体以不同的微小幅值与船舶的强迫谐振运动同相振荡。可是这个振幅将在液体离开船体后衰减因而可以被忽略。附加质量应是由于船体的强迫谐振运动产生的压力引起的力和力矩，而这个谐振运动与船体的加速度成正比，而与附加质量力和加速度的相位差是180度。从理论上可以利用流体动能的概念来推导附加质量(贾欣乐、杨盐生，1998)。任何船舶的运动都将引起静止的液体运动。为了使得船舶能够通过这液体，液体必须向两边让开而在船后闭合。这样一来，这个液体通道就具有了运动能量。5

实际应用及比较假定舰船浸水时，不论是全部或局部、有无与海水自由连通，船重或排水量均因浸入水重量而增加。这种方法可以称为附加重量法，并假设船体表面不受水中浮力的作用而损失。

损失浮力法是假设自由连通中的浸入水有一部分海水，因此，已浸入水的船体部分不再对舰船产生浮力。换句话说，对于浸水隔舱的垂直压力是作用在海上，而不是作用于舰船上。从而得名叫作损失浮力。假定有一艘空载箱形驳船，它的重量完全是本身结构的重量，沿纵向将它分成三个隔舱。然后，中间隔舱在自由连通中浸水。根据损失浮力法，这部分浸入水含有海水部分，它的舯部就不具有浮力。但是，驳船的结构重量不因是否浸水而改变，并且必须由与这部分重量相等的浮力来支持。由于失去了舯部浮力，因此，必须靠在有浮力的两端部增大吃水以使端部排开的水等于驳船结构重量来补偿。总而言之，我们可以说，附加重量法是处理重量变化的问题，而损失浮力法是处理形状变化的问题。6

本词条内容贡献者为:

李雪梅 - 副教授 - 西南大学