CB Z 223-1987 潜艇潜浮初稳性计算方法.pdf

1、CB 中国船舶工业总公司指导性技术文件CB/Z 223-87 潜艇潜浮初稳性计算方法1987- 09-05发布中国船舶工业总公司批准中国船舶工业总公司指导性技术文件潜艇潜浮初稳性计算方法本标准适用于计算潜艇在静态下潜与上浮过程中的稳心高值。1 符号与术语1. 1 符号h ：修正后的稳心高，msZo：潜艇的重心垂向坐标值，ms!l.h：自由液面对稳心高修正值，msh：自由被面对自身纵轴惯性矩，m勺Vi z主压载水舱内水的容积，mlZai z主压载水舱内水容积中心的垂向坐标值，m1Zi z主压载水能内水容积的水位垂向坐标值，m1脚注i指主压载舱的编号，脚注。指计算状态的初始垣。1. 2术语CB/

2、Z 2!1-87 分类号gu 19 潜浮初稳住z潜艇通过主压载水舱注排水，实现静态下潜和上浮过程中的初稳性。“颈部”与“颈部”稳心高2潜艇潜浮过程中的稳心高随潜艇吃水而变化，当吃水改变到水密船体上缘高度而其有效水线面面积接近于零时，潜艇稳心高处于最小值。在此最小值附近的潜浮稳心高曲线这一段称为“颈部”，潜浮稳心高的最小值称为“强部”稳心高。2 一般规定2. 1 采用左手坐标系，基平面与纵中剖面的交线为X轴，指向船首，中平面与基平面的交钱为Y轴，指向右舷s肿平面与纵中剖面的交线为Z轴，向上为正。2.2按可变排水量法计算潜浮稳心高，把注人主压载水舱的水量当作潜艇增加的重量，潜艇排水量大小髓潜艇吃水

3、而变。2.a 假定潜艇下潜与上浮的每一时刻，主压载水舱进水之后的潜艇总重量等于当时的潜艇排水量，潜艇无纵倾、无横倾。2.4按所高主压载水舱进（排水量占本身全容积的百分比数在国一时刻相同的原则计算各舱的注人（排出）水量。2.5 潜艇排水量及主压载水舱内水的密度取1.000t/m 1。2.8 除计算艇的正常状态外，若具有燃油届载状态的潜艇还需要计算在燃油垣载状态下的精浮稳心高。正常状态与燃袖越载状态要分别计算下列几种情况：弘一次下潜与上浮，b. 二次下潜，c. 二次上浮。具有特殊状态的潜艇还需要计算在特殊状态下的潜浮稳心高。2.7 计算所依据的原始数据z中国船舶工业总公司1987佣05发布a. 各

4、主压载水舱要素z净容积曲线，净容积中心的垂向坐标值曲线F自由液面对自身惯性矩曲线。b. 浮性与初稳性要素：总排水体积曲线p浮心垂向坐标值曲线$初稳心垂向坐标值曲线，CB/Z 221-87 水上正常状态（燃油画载状态）的重心垂向坐标值，耐压液舱、内部液舱与燃油舱三项自由液面对自身惯性矩总和，主压载水舱未吹除余水自由被面修正值。2.8 稳心高、初稳心垂向坐标、重心垂向坐标、自由液面修正、吃水的数值计算到米的百分位；潜艇排水体积、主压载水舱容积的数值计算到立方米的百分位，惯性矩的数值计算到四次方米的百分位。3 主压载水舱注入、排出水量的确定3. 1 下潜计算主压载水舱的注人水量，上浮计算主压载水舱内

5、的剩余水量。注人水量或剩余水量的计算起点均为零。3.2 按各主压载水舱注人、剩余水容积占本身全容积的百分比数相等的原则依照式(1）确定各舱的注人、剩余水容积2Q, =JV; . ( 1 ) 式中：Q；一主压载水舱的注水容积或剩余水容积，m31f一该计算点的注水百分比或剩余水百分比，V；主压载水舱的全净容积，mi。3.3 计算主压载水舱水容积的百分比数，从0%至100%间一般选择715个百分比，即计算点，在“颈部”区域附近的计算点适当取密些。3.4 二次上浮过程的第一阶段结束时的半潜状态，其腊、自尾组水舱内的水为满舱。而二次下潜过程的第一阶段结束时的半潜状态，其腊、幌组水舱里的水一般都注不满，这

6、种情况下阳、幌组水舱内的水位要根据潜艇半潜状态的实际水线位置来决定。3. 4. 1 计算在帽、自尾组主压载水舱全部注满时潜艇的半潜状态的假设吃水值，此值若大于筒、幌组所有主压载水舱顶盖的高度值，那么假设吃水值即为二次下潜半潜状态的实际吃水值，若此假设值小于腊、幌组主压载水舱顶盖的高度值，则定为半潜状态的第一近似吃水值，此款计算内容填人表Al中第一行内。3.4.2 以第一近似吃水值为各主压载水舱的注水水位，由主压载水舱要素曲线查出各舱的进水容积。3.4.3 综合腊、幌组所有主压载水舱的总进水容积，求得艇的排水体积与相应的平均吃水，以此吃水值作为半潜状态的第二近似吃水值。重复上款与本款进行迭代计算

7、，以求出半潜状态的第三、第四、近似吃水值。3.4.4 若迭代计算的最末二次的近似吃水值相等，则迭代过程结束。相等的吃水值即为潜艇二次下潜半潜状态的实际吃水值。3.4.5 二次下潜半潜状态的吃水计算在表格内完成，具体的表格形式见附录A中的表Al。4 重心垂向坐标值的确定4. 1 下潜过程按各主压载水舱累积进水容积计算出潜艇的排水体积与重心垂向坐标值，上浮过程按CB/Z 223-87 各水舱的剩余水容积来计算潜艇的排水体积与重心垂向坐标值。4.2潜艇在下潜与上浮过程中的每一时刻的重心垂向坐标值按式（2 ）计算：V 0 Z o0 + I Vi Z 1 o =. . ( 2) V 0 +I Vi 式中

8、tVo水上正常状态（或水上燃油超载状态）潜艇的排水体积，ffi3; Zoo 一一水上正常状态（或水上燃油超载状态）潜艇的重心垂向坐标值，m; Vi一一各主压载水舱的累积进水容积（剩余水容和，m3;Z1i一一各主压载水舱对应容积Vi的容积中心垂向坐标值，m。4.3 4.1条中计算所需的各主压载水舱累积进水容积或剩余水容积V；取自第3章的计算结果。相应的重心垂向坐标值Zai应在水舱净容积中心垂向坐标值曲线上查取。4.4 列表计算完成4.2条中的计算内容，计算表格形式见附录A（补充件）中的表A2 o 5 自由液面修正值的确定潜艇下潜与上浮过程中的稳心高应计及自由液面对稳心高的修正。5. 1 自由液面

9、修正值按式（3 ）计算t6. h 二v-.( 3 ) 式中：iy一自由液面对自身纵轴惯性矩，m4I V一一潜艇的排水体积，m3。5.2 自由液面对自身纵轴惯性矩按式（4 ）计算tiT=in+in . ( 4) 式中：i TJ一一全部主压载水舱自由液面对自身纵轴惯性矩的总和，m4;i T2一一耐压液舱、内部液舱及燃油舱三项自由液面对自身纵轴惯性矩的和，m4。主压载水舱自由被面对自身纵轴惯性矩总和iTl值根据第3章计算所得出的各主压载水舱累积进水容积或剩余水容积V；在水舱要素曲线上查取。下面几种情况下的主压载水舱自由被面对自身纵轴惯性矩要取该水舱的余水惯性矩za. 下潜开始时，所有主压载水舱，b.

10、 上浮终止时，所高主压载水舱，c. 二次下潜的第一阶段中组主压载水舱，d. 二次上浮的第二阶段中组主压载水舱。5.3潜艇的排水体积应为水上正常状态（或水上燃油超载状态）排水体积问加上各主压载水舱累积进水容积或剩余水容积的总和。5.4 本章与第4章的计算内容列在同一张表上，见附录A中的表A2。6 潜浮穗心高6. 1 按式（5）计算潜艇的潜浮稳心高h=ZB+r-Zo-6. h ( 5 ) 式中：ZB + r一一初稳心垂向坐标值，m1Zo一一重心垂向坐标值，m1M一一自由液面修正值，m。6.2 计算以表格形式列出过程与结果，具体格式见附录A中的表A3，并按要求绘制潜浮初稳性曲线图。CB / Z 22

11、3-87 7 潜浮初稳性曲线图7. 1 潜浮初稳姓曲线图应包含ylj曲线：a. 排水体积曲线1b. 初稳it、垂向坐标值曲线Fc. 浮心垂向坐标值曲线，d. 在各种潜浮情况下计及自由接面修正的初稳心垂向坐标值曲线se. 在各种潜浮情况下的潜艇重心垂向坐标值曲线。7.2 具有燃油坦载状态或其他特殊状态的潜艇，除了绘制一张正常状态潜浮初稳性曲线图外，还应另外绘制燃油租载状态或其他特殊状态下的潜浮初稳性曲线图。7.3 潜浮稳性曲线图的纵坐标吃水TM应从水上正常状态吃水水线开始，向上直到潜艇进入水下状态的吃水水线为止。7.4 绘制潜浮初稳性曲线图建议采用k.L下比例ta. 纵坐标吃水TM果用1=10或

12、1: 201 b. 横坐标排Kt点积V5晨用1cm = lOm 3或lcm= 2om与c. 横坐标浮心垂向坐标值Ze、重心垂向坐标值ZG、初稳心垂向坐标值Z1+ r都采用1: 1或7.5潜浮初稳性曲线阁t应标示出下列吃点线，并写出吃水数值1a. 水t正常状态1k线（或水上燃油越载状态水线） b. 二次下潜及二次上浮的半潜状态水线c. 耐压船体顶端1.k线gd. t层建筑甲板水线Ee. 耐压指挥窒顶盖;j(线Ff. 潜艇进人水F状态吃水水线。7.6 曲线图上靠纵坐标轴右边应绘出横向尺度比例缩小了的典型半横剖面阁，横剖面图的对称中心线与纵坐标轴重合。7.7 曲线图k的相应位置处应写出水下状态的潜艇

13、排水量、浮心垂向坐标值及重心垂向坐标值。8 “颈部”与“颈部”穗心高B. 1 计算状态下的每一种计算情况都对应有“颈部”及相应的“颈部”稳心高。8.2 从潜浮初稳性曲线图中的耐压船体顶端水线附近找出“颈部”位置，度量出“颈部”稳心高的数值。8. 3 应将8.2条I扣的4颈部”稳心高折算到相应正常排水量（或超载排水量下的稳心高值，按式( 6 ）折算：Vh h s =-v:- . ( 6) 式中：h一一潜浮初稳性曲线图度最出的“颈部”稳心高，m1V一一“颈部”对应的排水体积，m3I V0-1k.上正常状态（或水上燃油超载状态）的排水体积，mi,h，一一相应于正常排成最（或租载排水最：）下的“颈部”

14、稳心高，m。8.4 按舰船船体规范潜艇中对潜艇潜浮稳性的要求，无论一次潜浮还是二次潜浮情况，折算到正常排水量时的“颈部”稳心高都不得小于O.lOm，若达不到这一衡准指标，应按舰船船体规范潜艇巾的有关具体规定，核算其他指标。CB/Z UI一盯附录A滑浮初穗性计算表格的标准格式补充件）A.1 计算二次下潜学潜状态吃水值觅表A1）。主压载水舱的注水水位序号z m 一2 3 . . 表Al二次下潜半潜状态的吃水计算表水上正常状态各主压载水舱进水容积V;2 3 . mi 排水体积半潜状态近也i吃水值v TM m A.2 计算主压载水舱进水量或剩余水量、自由液面修正值及潜艇重心垂向坐标值（见表A2）。表A

15、2自由液面修正值与潜艇童心垂向坐标值计算表（水上正常状态一次下潜与上浮忖）水舱注水主庄载水舱的值自由液重心垂名称初始值面修正值向坐标值百分比2 3 . l: t:.h Zo m m v mi z. m % M, m IT m 潜艇若具有水上燃油届载状态或真他特殊状态，则细注明状态名称。每张表须注明所指计算状态、以及计算情况，若为二次下潜和二次上浮情况，则还须注明是第几阶段。5 CB/Z 223-87 续表A2水舶注水主压载水舱的值名称初始值百分比2 3 . mi Zc. m % M& m iy m v m z m % M. m iy m4 v mi - . z. m . M. Ill 4 iy

16、 ffi4 A.3 计算潜浮稳心高（见表A3）。表A3一次下潜与上浮稳心高计算表（水上正常状态自由被重心垂面修正值向坐标值A It Zo I m m 乎均吃水排水体积初稳心垂向重心垂向自由液面有自由液面修正修正后的稳心高坐标锺坐标值修正锺的相稳心垂向坐标TM v Za+r Za Ah Za +r-Ah , m mi m m m m m 一次下滑与上浮、二次下福、二次k浮各一张表。潜艇若具有水上然抬起载状态或其他特殊状态，贝。须注明状态名称。6 CB/Z 223-17 附录B由注水方程确定水舱注水量的计算方法参考件计算下潜过程的初稳性时，各主压载水舱的注水量可以由注水方程来确定。正文中第3章的部

17、分计算内容一一主压载水舱注入水量的确定由本文件代替，其余内容与正文相同。B.1 下潜过程中各主压载水舱的注水方程在k/H (Bl) 式中：Q一一主压载水舱累积进水容积，mlk一一主压载水舱通海阀（格子板的进水系数m12/ s H一一主压载水舱的水压头，m1r一一时间，s。B.1.1 计算进水系数k的公式k = Abv/7g ( B2) 式中：一一通海阀（格子板）的流量系数，通常对通海阀取o.s，对格子板取o.55; Abv两舷通海阀格子板）的面积，mz, g一一重力加速度，m/s2。B.1.2 主压载水舱的水压头为艇的平均吃水与水舱中的水位之差H =TM- Z; .( B3) 式中zTM一潜艇

18、的平均吃水，m Z；一主压载水舱酌累积进水容积的水位垂向坐标值，m。若在下潜过程中的某一时刻起，TM的值超过该水舱通气阀顶的垂向坐标值，则从该时刻起水压头H应为通气阀顶的垂向坐标值减去主压载水舱内的水位垂向坐标值。B.2 主压载水舱注水方程采用有限差分法进行计算，求解精确度至二阶差分，积分间隔取均1s 0 B.Z.1 第n个积分间隔进人主压载水舱里的水量按式（B4）计算&Q, =,ft寸Y/N -I卡7,_z(B4) 式中：h一一固定水压头H，时进人水舱的水量，几k./HN HN为在第，t个积分开始时的水压头，m3 /s &n.，一相邻之差，1.-1=1-I,_,m3/s1 &zn,_1一相邻

19、A之差，1122=& T/ I -.:1 1-2 ffi J /So B.Z .1.1 对于每一个主压载水舱的注水方程均以表格形式求解，应一舱一表分别计算，具体计算格式见表Blo B.2.1.2 从开始下潜至第n个积分间隔时，潜艇的排水体积与相应平均吃水需单拙列表计算，具体计算格式见表B2 o B.Z.1. 在开始下潜的第一、二个积分间隔的Ar/与2未知的情况下，为了求出AQo, &Q I，需采用渐近近似计算方法，利用后一个积分间隔的差数A和112逐步逼近，分别按下列式子计算第一近似值&Q 0 。k/Ho . -. ( B5) 第二近似值&Qo 。寸川。( B6) CB/Z 223-87 AQ

20、 I =71寸A70 . ( B7) 第三近似值AQo = 7n +.l.A 7n _ _!_A忡。.( 88 ) - u u 212 u AQ I= 71 +.!.A 10 A 2 10 . ( B 9) 2 12 u 到此往下计算AQ2就可按公式（B4）进行直到水舱注满或水压头等于零为止。B.2.2 主压载水舱注水量的具体计算步骤按表B1、表B2格式顺序进行。B.2.2.1 确定第一近似值. 在表B1内填人主压载水舱初水量Qo.水舱内初始水位垂向坐标值及潜艇初始平均吃水T胁b. 确定主压载水舱的水压头Ho计算出盯值，令第一个积分间隔的进入水量AQ6等于町，c. 主压载水舱累积进水量Q等于初

21、水量Q。h日上第一个积分间隔的进入水量AQId. 综合各进水的主压载水舱第一个积分间隔的进水总量，求出艇的排水体积Y和平均吃水T11e. 利用主压载水舱要素曲线查出水舱内的水位z，由艇的平均吃水T，及水位Zf值确定水压头Hif. 计算出川值，g. 由川与川的值确定A刑。B .2.2.2 确定第二近似值a. 按公式(B6）计算出AQ L主压载水舱累积进水量Qf等于初水量Qo加上第一个积分间隔的进人水量AQg b. 由Qf出发，修正计算B.2.2.1中的d、e、f、g各步骤，计算得出平均吃水Tw1、川、.1 c. 按公式（B7)计算出第二个积分间隔的进入水量AQf，那么主压载水舱的累积进入水量Q等

22、于第一个积分间隔末水舱内的累积进水量Qf加上AQ I d. 综合各进水主压载水舱第二个积分间隔末水舱内的累职进水量总和，据此求出艇的排水体积V和平均吃水T伯ze. 从主压载水舱的要素曲线上查出z确定水压头HI f. 计算町，g. 1 与f相减得出11,r, h. Af与A1相减得出1121。B.2.2.3 确定第三近似值. 按公式（B8）算出AQ C，水舱累积进水量QT等于初水量Q011日上AQg I b. 由QT出发，修正计算B.2.2.1中的d、e、f、g各步骤，计算得出平均吃水T、，：、11,; c. 按公式（B9）算出第二个积分间隔的进人水量AQT，水舱的累积进人水量Qf等于第二个积分

23、间隔末水舱内的累积水量Qf加上AQ;I d. 综合各主压载水舱第二个积分间隔末水舱内的累积进水量总和，求出艇的排水体积和平均吃水T2e. 从主压载水舱的要素曲线上查出Z1.，确定水压头Hff. 计算出II R “”与f相减得出A？”h. Af与A1相减得出112，I. 按公式（B4）计算出第三个积分间隔的进人水量AQ，水舱内的累积进入水量Q；等于第三个积分间隔末水舱内累硕水量QT加上60。8 CB/Z Z!I一盯逐次逼近计算过程到此为止，以下按公式（B4)根据前面几个积分间隔的A、A均值来确定AQ值，因而计算可以连续进行下去。B.Z.2.4 表Bl只计算一个主压载水舱的注人水量，每舱一张表，各

24、舱应相互协调的并列往下计算。潜艇的排水体积和相应的平均吃水在表B2中综合计算出来，两表的计算同步进行。注gB .2.2条中右上角、右下角符号的解释自右上角带“”指第一近似值，右上角带们”指第二近似值，右上角带“仰”指第三近似值。右下角的阿拉伯数字指积分间隔的序号。表Bl主压载水舱进水量计算表。 啊”-+ 品1 -+ -+ . 2 . + 第三近似值。-+ .,. + 品 . -” -+ 2 + -+ -” -i+ 3 -” -” 叶. 4 + -+ , 咱，. -” -!+-” . 品注g啡、！111、l叩栏内箭头所示意义g同一栏内下面一行的值减去上面一行的值，其所得的差填入右面一栏内上一行中。4 Q、Q栏中箭头意义2同一行的AQ与Q相加，真所得的和填入Q栏的下面一行内。9 CB/Z 228-87 表82主压载水舱注水综合表时间各主臣载水舶累积进水容积Vi z 第一近似值第二近似值。第三近似值。z 附加说明t本标准由水下舰船分委员会归口。本标准由七0一所负责起草。本标准主要起草人吴汉生。mi 水舱总进水潜艇排水休职平均吃水容积I Vi v TM m