縱傾角

縱傾角（trim angle）是艦船在正浮時的水線面與縱傾後的水線面相交的角度，而縱傾是指船舶中縱剖面垂直於靜止水面，但是中橫剖面與鉛錘面成一縱傾角時的浮態。通常將船舶向首部方向傾斜稱“艏傾”，對應縱傾角為正值；向尾部方向傾斜稱“艉傾”，對應縱傾角取負值。縱傾角與縱穩心半徑有關。

基本介紹

• 中文名：縱傾角
• 外文名：trim angle
• 定義：中橫剖面與鉛錘面的交角
• 相關：縱穩心半徑
• 一級學科：船舶工程
• 二級學科：船舶技術原理

簡介

縱傾角又稱“前體龍骨姿態角”。下構造水平線(船身底部吃水為零的一條水平基準線)與水平面的夾角，以抬頭為正。它是表示水上飛機船身縱向傾斜度的特徵參數，在滑行特性上有重要作用。為了安全起見，靜浮時一般要求有2°~3°的初始縱傾角。對於水上飛機，起飛過程中，由於受到水阻力、流體動升力、氣動升力、發動機拉力、外界風浪干擾等的作用，縱傾角隨滑行速度而不斷變化。

有些水上飛機，駕駛員可以操縱升降舵保持水阻力小，運動穩定的最佳縱傾位置以進行起飛滑跑。選擇最佳的縱傾角著水，也能達到安全著水和較小著水撞擊載荷的目的。

縱傾角調整

船舶在航行時需要調整船舶縱傾角，也即縱傾調整。

縱傾調整的目的是保證船在各種載況下有適宜的浮態，即有合適的首尾吃水和縱傾值。一般情況下，要求滿載出港工況為正浮；其他載況時首吃水(2.5%～3%)L，尾吃水為(4%～5%)L，且尾吃水應浸沒螺旋槳，縱傾值不大於1.5%L。

通常縱傾調整是在型線設計和總體布局區劃的基礎上進行的。首先要計算各載況的浮態，並視計算結果對總布置進行調整， 即改變各部分重量的縱向分布，知道浮態滿意為止。值得注意的是，浮態僅僅是總布置設計時要考慮的主要因素之一，也就是說，浮態調整要在總布置可能調整的範圍內進行，否則就要通過其他方法如改變浮心縱向位置來進行。這往往是設計者不太願意採用的辦法。

最佳縱傾角節能技術

為了使船舶航行狀態最最佳化，國內外開展了最佳縱傾角航行的試驗和研究，美國節能委員會將其列入十大節能措施之一。我國上海船舶運輸科學研究所等單位也從1982年開始進行了最佳縱傾節能技術的研究。大量的試驗結果表明，船舶利用壓載水艙調整縱傾角，使船舶處於最佳縱傾狀態航行，是一項簡易可行、安全可靠而又不影響船舶的基本結構及無須增加任何設備的有效節能措施。

最佳縱傾航行節能特點

最佳縱傾航行節能與其他節能措施比較，具有下列特點：

(1)節能效果好。一般船舶利用最佳縱傾航行，可節能2%～4%，對於有球鼻首的船舶則可達4%～10%。

(2)經濟效益好。船舶採用最佳縱傾角航行，其正常開支不會增加，不用增加設備，船舶也無須進行改造，但燃油費減少，盈利增加，經濟效果顯著。

(3)調整簡便。只需通過合理配載或利用壓載水艙進行調節，在很短時間內便可達到目的。

(4)不影響船的營運能力。利用最佳縱傾航行，不需要降低航速，船舶裝載能力及其他性能都可保持不變或得到提高。

最佳縱傾角航行節能原理分析

船舶的快速性能，通常是在設計裝載狀態時最佳，當船在非設計狀態航行時，船的快速性能將變差。這時調整船的縱傾狀態，使船體水線長度和水下幾何形狀(如球鼻首相對水線的位置、浮心位置、橫剖面面積曲線形狀、進流角、去流角等)發生變化，引起阻力和推進效率變化(見表1)，這種變化隨速度不同而改變。當排水量及航速一定時，存在最佳的航行狀態，在該縱傾狀態下，所需的功率最小。

表1

必須指出，對於有球鼻首特別是帶有大球鼻首的船舶，調整縱傾的節能效果特別明顯。因為一般球鼻首是按某一特定的裝載狀態和航速設計的，通過調整縱傾改變球鼻首與水面的相對位置，可避免球鼻首在非設計狀態所引起的不利干擾，使球鼻首發揮最佳的減阻效果。

船舶在最佳縱傾狀態航行時，船體阻力降低，推進效率提高，航速相應提高，引起螺旋槳的進速增加，扭矩係數減小，從而使螺旋槳特性曲線變得平坦，故在最佳縱傾情況下可較大幅度地節約主機功率。

最佳縱傾曲線繪製及套用

1)最佳縱傾曲線的繪製

為了達到最佳節能效果，必須繪製最佳縱傾曲線，其繪製方法如下：

(1)利用變吃水、變縱傾的阻力、自航試驗結果數據，作為繪製最佳縱傾曲線的依據；

(2)作變縱傾狀態的穩性及強度校核；

(3)根據試驗結果，對各種裝載狀態，從功率-縱傾變化曲線中找到各種不同航速時的最佳縱傾值，並繪出如圖1所示的最佳縱傾曲線；

(4)根據最佳縱傾曲線提出合理的配載方案，並計算其節能效果。

2)最佳縱傾曲線的套用

(1)利用最佳縱傾曲線，查得各種排水量、各種航速時的最佳縱傾值及首尾吃水值。例如，若已知排水量為12 000t，航速為15kn，由圖1便可查得其最佳縱傾值為-6m，即尾傾、首尾吃水差為6m。

圖1

(2)根據繪出的最佳縱傾值，作性能和強度校核。

當船舶在所選擇的縱傾狀況下營運時。由於船舶水下部分的形狀不同於正浮狀態，從而改變了船舶的穩性情況。試驗結果表明，對於常規船型，當吃水差t≤0.5m時，縱傾對穩性的影響不大，但當吃水差較大時，縱傾對穩性有較大影響，通常是尾傾對穩性略為有利，首傾則會使穩性變差，因此須作具體校核。

船舶在縱傾狀態航行時，由於水下形狀發生變化，因而其靜水彎矩也隨之改變。計算結果表明，縱傾狀態時的浮力矩與平浮狀態的浮力矩是非常接近的，一般相差1%～2%，故在實用縱傾範圍內是允許的。