潜艇的平衡条件和方程-舰艇静力学速览

因为静浮潜艇仅受重力和浮力的作用，为了使潜艇能在水面任一水线处或在水下保持漂浮状态，即平衡于一定的浮态，充分必要条件（称为平衡条件）应是：

（1）潜艇的重力等于浮力，即二者的合力为零。

（2）潜艇的重心和浮心在同一条铅垂线上，即合力矩为零。

这两个条件缺一不可，必须同时满足，只有这样才能保证潜艇在水中处于平衡状态。如图5-3所示情况，虽然重力等于浮力，潜艇也不可能按WL水线漂浮，由重力和浮力所构成的力矩将使潜艇发生艉倾。

图5-3　合力矩不为零

以下分别介绍潜艇的水上、水下平衡方程式。

1.潜艇水上平衡方程式

潜艇水上平衡方程式与水面舰艇相同，即

式中　P↑——潜艇重量；

Δ↑——处于水上状态时潜艇的排水量，简称水上排水量；

V↑——处于水上状态时潜艇水密艇体的体积；

xg↑、yg↑——处于水上状态时潜艇重心G↑的坐标；

xb↑、yb↑——处于水上状态时潜艇浮心B↑的坐标。

符号“↑”表示水上状态，以下均同。

值得注意的是，式（5-1）中V↑指艇体的水密艇体体积。因为非水密艇体内部有水自由流进、流出（见图5-4），不产生浮力，只有水密艇体才提供浮力，因此，在浮性和初稳性计算中，水线面面积、排水体积按水密艇体的长度计算。

图5-4　非水密艇体水的自由流出

2.潜水艇水下平衡方程式(www.xing528.com)

在列潜艇水下平衡方程式时对主压载水舱中的水有两种处理方法，即增加重量法和损失浮力法。将主压载水舱中的水看成潜艇重量的一部分，即增加重量法；将主压载水舱中的水看成舷外水，认为向主压载舱内注水时，潜艇的重量没有增加，只是失去了主压载水舱所提供的浮力，即损失浮力法。在潜艇的浮性与稳性计算中常将增加重量法称为可变排水量法，而将损失浮力法称为固定排水量法。两种方法在潜艇的浮性和稳性计算中都要用到。

1）采用增加重量法时的水下平衡方程式

依增加重量法，潜艇正浮于水下时的平衡方程式为

式中　P↓——把主压载水舱中的水视为潜艇重量时，潜艇的水下重量；

Δ↓——处于水下状态时潜艇的排水量，简称水下排水量；

V↓——处于水下状态时潜艇水密艇体体积，简称水下水密艇体排水体积；

ρgΣvm——主压载水舱注水总重量；

xg↓、yg↓——将主压载水舱中水的重量视为艇体重量时的艇体重心坐标；

xb↓、yb↓——将主压载水舱中水的重量视为艇体重量时的艇体浮心坐标。

水下水密艇体排水体积V↓由耐压艇体、耐压水舱（浮力调整水舱、速潜水舱）、主压载水舱以及提供浮力的所有附体体积等组成，但不包括非水密艇体内部的体积。ρgΣvm是主压载水舱注水总重量，即潜艇从水上下潜到水下后增加的总重量。其中vm是一个主压载水舱的体积，Σvm是所有主压载水舱的总体积（见图5-5（a））。

2）采用损失浮力法时的水下平衡方程式

依损失浮力法，潜艇正浮于水下时的平衡方程式为

图5-5　水下状态平衡

将主压载水舱注水看成艇外水（见图5-5（b）），下潜后潜艇本身的重量并没有改变，重心位置也没有改变。所以，艇的排水量依然是Δ↑，艇的重心也依然是xg↑和yg↑。式（5-3）中，V0是潜艇处于水下状态时所有排水物排开水的体积，包括耐压艇体体积，耐压舷舱体积，所有提供浮力的艇外附属体、非耐压艇体外板、非水密艇体内部构架等的排水体积，而不包含主压载水舱的容积。习惯上称V0为固定浮容积。xb0、yb0是固定浮容积V0的几何形心坐标，即浮心B0的坐标。

式（5-2）和式（5-3）虽然表达形式不同，但都是潜艇水下平衡方程式，只是采用了不同的观点。两种方法在实际计算中都会采用，式（5-3）在水下平衡的计算中应用较多。