[科普中国]-浮心曲线

简介

水下运动体浮力浮心等静态参数可以通过相应的精度综合测试系统测试出来，浮心的位置与浮体被淹没在水下部分的表面形状和几何尺寸有关，因此改变浮体浸水部分的表面形状和几何尺寸， 可以改变浮心的位置。运动体在水中的运动受到重力和浮力的共同作用：若重力大于浮力，浮心的位置下斜，沿水平方向发射的运动体，将像石子那样向斜下方运动；若重力小于浮力，浮心的位置上斜，它将向斜上方运动。通过改变水下运动体的浸水部分的表面形状和几何尺寸可以来改变浮心位置，不同的位置就描述出了浮心变化时的曲线，即浮心曲线。1

作用浮心曲线描述了在改变水下运动体的浸水部分的表面形状和几何尺寸时浮心的变化情况，因为运动体浮力和浮心的精确测量非常重要，其决定了运动体的航行轨迹，目标击中率，是运动体运动参数一个重要技术指标。符合参数要求的水下运动体能够提高其命中率。我们可以根据浮心曲线找出在什么条件下对应的浮心位置最合适，从而找到对水下运动体运动参数最好的浮心位置。通过浮心曲线我们可以清楚的看到相应外部条件变化时对浮心位置的影响，有助于我们对船舶等水下运动体的设计。1

浮心曲线的绘制浮心位置的确定物体的浮心在排水体积形心所在的垂线上。当物体放入流体中时，由于与流体的上下接触面受到流体的压强不等，上小下大，故产生压强差，进而物体会受到流体竖直向上的压力，即受到流体的浮力。依据阿基米德定律，可得出物体受浮力大小为物体排开那部分流体所受到的重力。而浮心的位置，就是那部分被排开流体的重心的位置，如果被排开流体的几何形状是规则的，那么浮心就在被排开的流体原先的几何中心。一般物体的浮心不与其排水体积的形心重合； 这就是说, 一般物体排水体积的形心不是浮心。球形物体不论淹没于水下，还是漂浮在水面，浮心都在其球心；浮力是表面力，浮体浮心的位置与浮体被淹没于水下部分的表面形状和几何尺寸有关。2

软件绘制曲线普通绘图方法：

同通过建立模型研究不同状态下浮心位置的变化，利用相应的浮心计算公式，计算出浮心的位置即浮心的坐标，之后再根据改变的条件和浮心位置的变化描绘出浮心曲线。

c语言做浮心曲线的计算：

gnu有一个数学的开源库，叫gsl，里面有积分函数，可以直接调用。也可以自己根据积分的原理，取小步长，计算步长和曲线函数值间矩形的面积，所有面积的总和即是最终面积。

CFD计算研究浮心位置：

利用shipfIow流体计算软件进行CFD计算来研究兴波阻力、粘压阻力和伴流分数对船舶性能的影响。CFD计算的发展使快速进行船舶阻力及性能的定性评估已逐渐应用到工程中。3