舰艇静力学：重力、浮力变化与均衡

1.重力变化时的均衡

1）瞬间消耗载荷（鱼雷、导弹等）时的均衡

导弹和鱼雷的重量较大，导弹和鱼雷发射后，海水充入发射管或补重水舱，但是注入的水不一定恰好代换原来的载荷重量，可借助浮力调整水舱和艏、艉均衡水舱来平衡剩余浮力差和力矩差。

2）消耗燃油时的均衡

潜艇上燃油的消耗量是由海水自动注入来补偿的，称为自动代换载荷。但是海水的密度和燃油的密度不同，代换后的重量差额和纵倾力矩可用浮力调整水舱和艏、艉均衡水舱进行均衡。

3）消耗粮食、淡水、蒸馏水和润滑油时的均衡

一般要根据载荷的具体消耗情况，用浮力调整水舱来消除浮力差，用艏、艉均衡水舱来消除力矩差。

2.浮力变化时的均衡

1）海水密度变化时的均衡

海水密度的变化主要是由于海水盐度、温度和压力的变化引起的，其中盐度和温度起着主要的作用，盐度大、温度低则海水密度大。不同海区，由于海水盐度及气温不同，海水的密度各不相同。世界上海水密度最大的海区是地中海，冬季海水密度为1.0315 t/m3；海水密度最小的海区是波罗的海，夏季海水的密度为1.006 t/m3。我国沿海海水密度变化情况见表5-1。

表5-1　不同海区海水密度

均衡好的潜艇由海水密度小的海区航行到海水密度大的海区时，潜艇浮力增大，产生正浮力；反之，产生负的浮力。海水密度改变所产生的浮力变化可近似认为作用在潜艇浮心B0点处，即对纵倾影响不大，而浮力变化的大小为

式中　ρ1——原海区的海水密度；

ρ2——新海区的海水密度；

V——潜艇排水体积。(www.xing528.com)

例5-1　一艘潜艇V↑=1000m3，从海水密度为ρ1=1.00 t/m3的海区航行至海水密度为ρ2=1.025 t/m3的海区。假定该潜艇以水上状态航行，如果保持吃水不变，浮力增加为

假设该潜艇处在水下平衡状态，主压载水舱体积是Σvm=300 m3，并假设通海阀是关闭的，主压载水舱内水的密度仍是ρ1，则浮力变化为

此例说明海水密度变化2.5%时，潜艇的浮力变化达73.5 kN。所以海水密度变化引起浮力改变较大。

2）海水温度变化时的均衡

温度下降将引起海水密度的增加，反之则引起海水密度的减小，但两者之间并不是线形关系。一般可以认为：

当t=20～10℃时，温度每降低1℃海水密度增加率为χ=0.014%；

当t=10～4℃时，温度每降低1℃海水密度增加率为χ=0.003%；

所以温度变化引起浮力的改变量为

例5-2　某艇V↓=1713 m3，从t1=20℃水层下潜至t2=10℃水层，已知初始海水密度ρ=1.025 t/m3，则浮力变化为

浮力变化在整个艇体上是均匀分布的，对纵倾影响不大，只要增减浮力调整水舱中的水量就可以达到均衡。

此外，下潜深度也会导致海水压力变化，从而引起潜艇排水体积（固定浮容积）改变，进而导致浮力改变，但这种情况下浮力变化较小，这里不做讨论。