[科普中国]-纵倾角

简介

纵倾角又称“前体龙骨姿态角”。下构造水平线(船身底部吃水为零的一条水平基准线)与水平面的夹角，以抬头为正。它是表示水上飞机船身纵向倾斜度的特征参数，在滑行特性上有重要作用。为了安全起见，静浮时一般要求有2°~3°的初始纵倾角。对于水上飞机，起飞过程中，由于受到水阻力、流体动升力、气动升力、发动机拉力、外界风浪干扰等的作用，纵倾角随滑行速度而不断变化。

有些水上飞机，驾驶员可以操纵升降舵保持水阻力小，运动稳定的最佳纵倾位置以进行起飞滑跑。选择最佳的纵倾角着水，也能达到安全着水和较小着水撞击载荷的目的。2

纵倾角调整船舶在航行时需要调整船舶纵倾角，也即纵倾调整。

纵倾调整的目的是保证船在各种载况下有适宜的浮态，即有合适的首尾吃水和纵倾值。一般情况下，要求满载出港工况为正浮；其他载况时首吃水(2.5%～3%)L，尾吃水为(4%～5%)L，且尾吃水应浸没螺旋桨，纵倾值不大于1.5%L。

通常纵倾调整是在型线设计和总体布局区划的基础上进行的。首先要计算各载况的浮态，并视计算结果对总布置进行调整， 即改变各部分重量的纵向分布，知道浮态满意为止。值得注意的是，浮态仅仅是总布置设计时要考虑的主要因素之一，也就是说，浮态调整要在总布置可能调整的范围内进行，否则就要通过其他方法如改变浮心纵向位置来进行。这往往是设计者不太愿意采用的办法。3

最佳纵倾角节能技术为了使船舶航行状态最优化，国内外开展了最佳纵倾角航行的试验和研究，美国节能委员会将其列入十大节能措施之一。我国上海船舶运输科学研究所等单位也从1982年开始进行了最佳纵倾节能技术的研究。大量的试验结果表明，船舶利用压载水舱调整纵倾角，使船舶处于最佳纵倾状态航行，是一项简易可行、安全可靠而又不影响船舶的基本结构及无须增加任何设备的有效节能措施。4

最佳纵倾航行节能特点最佳纵倾航行节能与其他节能措施比较，具有下列特点：

(1)节能效果好。一般船舶利用最佳纵倾航行，可节能2%～4%，对于有球鼻首的船舶则可达4%～10%。

(2)经济效益好。船舶采用最佳纵倾角航行，其正常开支不会增加，不用增加设备，船舶也无须进行改造，但燃油费减少，盈利增加，经济效果显著。

(3)调整简便。只需通过合理配载或利用压载水舱进行调节，在很短时间内便可达到目的。

(4)不影响船的营运能力。利用最佳纵倾航行，不需要降低航速，船舶装载能力及其他性能都可保持不变或得到提高。4

最佳纵倾角航行节能原理分析船舶的快速性能，通常是在设计装载状态时最佳，当船在非设计状态航行时，船的快速性能将变差。这时调整船的纵倾状态，使船体水线长度和水下几何形状(如球鼻首相对水线的位置、浮心位置、横剖面面积曲线形状、进流角、去流角等)发生变化，引起阻力和推进效率变化(见表1)，这种变化随速度不同而改变。当排水量及航速一定时，存在最佳的航行状态，在该纵倾状态下，所需的功率最小。

必须指出，对于有球鼻首特别是带有大球鼻首的船舶，调整纵倾的节能效果特别明显。因为一般球鼻首是按某一特定的装载状态和航速设计的，通过调整纵倾改变球鼻首与水面的相对位置，可避免球鼻首在非设计状态所引起的不利干扰，使球鼻首发挥最佳的减阻效果。

船舶在最佳纵倾状态航行时，船体阻力降低，推进效率提高，航速相应提高，引起螺旋桨的进速增加，扭矩系数减小，从而使螺旋桨特性曲线变得平坦，故在最佳纵倾情况下可较大幅度地节约主机功率。4

最佳纵倾曲线绘制及应用1)最佳纵倾曲线的绘制

为了达到最佳节能效果，必须绘制最佳纵倾曲线，其绘制方法如下：

(1)利用变吃水、变纵倾的阻力、自航试验结果数据，作为绘制最佳纵倾曲线的依据；

(2)作变纵倾状态的稳性及强度校核；

(3)根据试验结果，对各种装载状态，从功率-纵倾变化曲线中找到各种不同航速时的最佳纵倾值，并绘出如图1所示的最佳纵倾曲线；

(4)根据最佳纵倾曲线提出合理的配载方案，并计算其节能效果。4

2)最佳纵倾曲线的应用

(1)利用最佳纵倾曲线，查得各种排水量、各种航速时的最佳纵倾值及首尾吃水值。例如，若已知排水量为12 000t，航速为15kn，由图1便可查得其最佳纵倾值为-6m，即尾倾、首尾吃水差为6m。

(2)根据绘出的最佳纵倾值，作性能和强度校核。

当船舶在所选择的纵倾状况下营运时。由于船舶水下部分的形状不同于正浮状态，从而改变了船舶的稳性情况。试验结果表明，对于常规船型，当吃水差t≤0.5m时，纵倾对稳性的影响不大，但当吃水差较大时，纵倾对稳性有较大影响，通常是尾倾对稳性略为有利，首倾则会使稳性变差，因此须作具体校核。

船舶在纵倾状态航行时，由于水下形状发生变化，因而其静水弯矩也随之改变。计算结果表明，纵倾状态时的浮力矩与平浮状态的浮力矩是非常接近的，一般相差1%～2%，故在实用纵倾范围内是允许的。4