主压载水舱对舰艇初稳性的影响

潜艇不仅应能在水上和水下保持稳定平衡状态，而且在上浮和下潜的全过程中也应保持稳定平衡状态。潜艇上浮和下潜靠主压载水舱的注排水来实现，而大量主压载水舱内的自由液面对初稳性有较大的影响。故此，这里专门讨论主压载水舱内自由液面对初稳性的影响。

主压载水舱除艏、艉处的两个外，其余都分布在左右两舷。舱内自由液面随通海阀、通气阀的开闭状况不同而有所不同，具体分为如下三种情况。

1.通海阀关闭

如图5-9所示，当艇体横倾时，两舷主压载水舱内的水只能在舱内横向流动。根据本书3.9节的介绍，可得两舷内自由液面引起的横稳性高改变量为

式中　V——排水体积；

ix——一舷主压载水舱内自由液面对自身倾斜轴的面积惯性矩。

图5-9　通海阀关闭

2.通海阀和通气阀都开启

如图5-10（a）所示，当艇体横倾时，左舷有部分的主压载水流出舱外，而右舷则有海水流入舱内，这就相当于左右两舷是连通的，主压载水舱内自由液面绕通过O点的纵轴（简称O轴）旋转，并与水线W1L1平行，所以两舷内自由液面引起的横稳性高改变量为

式中　Ix——一舷主压载水舱内自由液面对O轴的横向面积惯性矩。

根据平行移轴定理可得：

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故有

式中　S——一舷主压载水舱内自由液面的面积；

l——自由液面的面积中心至O轴的距离。

3.通气阀关闭而通海阀开启

图5-10　通海阀开启

与第二种情况相类似，当艇体横倾时，左舷主压载水舱有水流出，液面降低，右舷主压载水舱有海水流入，液面升高，如图5-10（b）所示。由于通气阀是关闭的，故右舷舱内液面的升高因舱内空气压力的增大而受到阻碍，左舷舱内液面的降低因舱内空气压力的减小也要受到阻碍。因此两舷主压载水的水面虽然与W1L1平行，但并不在同一水平高度上。此种情况下两舷内自由液面引起的横稳性高改变量为

主压载水舱三种自由液面情况对初稳性的影响可归结如下：

第一种情况对初稳性的影响较小。由于通海阀关闭，压载水只能在舱内做横向流动，不能从一舷流向另一舷，自由液面的影响取决于ix的大小。第二种情况对初稳性的影响较大，由于通气阀和通海阀都打开，主压载水舱在舱内横向流动外，还可从一舷流向另一舷，因此会产生较大的横倾力矩。第三种情况对初稳性的影响介于两者之间，主压载水虽然可以从一舷流向另外一舷，但要受到空气压力的阻碍，故在S·l2前乘以系数β。β是介于0与1之间的一个数值。若β=0，就是第一种情况，左右两舷完全不通；若β=1，就是第二种情况，左右两舷相通。因此，Δh2＞Δh3＞Δh1。Δh1、Δh2、Δh3都随水舱中水位不同而异，其变化曲线大致如图5-11所示。

图5-11　三种情况下横稳性高改变量