浮心

船舶术语

浮心(center of buoyancy)是指浮体或潜体水下部分体积的形心。当浮体方位在铅直面内发生偏转时，其水下部分的体积虽保持不变，但其形状却发生变化，因而浮心的位置也相应地移动。浮心和重心的相对位置对于判断浮体是否为稳定平衡有重要意义。

浮心概述

浮心，顾名思义，浮力的等效作用点。当物体放入流体中时，由于与流体的上下接触面受到流体的压强不等，上小下大，故产生压强差，进而物体会受到流体竖直向上的压力，即受到流体的浮力。依据阿基米德定律，可得出物体受浮力大小为物体排开那部分流体所受到的重力。而浮心的位置，就是那部分被排开流体的重心的位置，如果被排开流体的几何形状是规则的，那么浮心就在被排开的流体原先的几何中心。

在造船工业中，工程师常常在船底大规模地安放密度大的铁质材料，以保证船体的重心降低，使重心低于稳心，从而保证船舶在受到外载荷的情况下有足够的稳性。

浮心和重心是两码事，浮心可以与物体的重心相重合，也可以高于或低于物体重心的位置。重心可以看作重力的作用点。浮心也可以看作是浮力作用点，正如物体各个部分都受到重力，但我们可以认为总的重力之作用在重心这个点上一样。

船舶设计影响

浮心纵向位置对阻力的影响

浮心纵向位置，是型体在设计水线以下的体积中心离船中横剖面的距离，是船舶设计中的重要参数。就阻力来说，LCB的最佳位置在很大程度上取决于船舶航行时的速长比。在高值时，主要是保持较瘦的艏部以延迟兴波阻力的发生，同时艉部也不能太肥，以免形状阻力增加。因此结果是所有低方形系数船舶其LCB都在舯后。在低值时，艉部仍应保持适当的瘦削，以免阻力的急剧增加，但艏部可以较胖，因为在该速长比下兴波阻力占总阻力的百分比较小。因此结果是艉部较瘦而艏部较肥，LCB在舯前。这些趋势充分反应在系列60的母型中。当方形系数在0.60～0.80范围时，其后体棱形系数为0.646~0.750，但相应的前体棱形系数达0.581~0.861。假如以每吨排水量的阻力来表示其影响，则在低速长比时丰满船有较大好处，如增大，则瘦削船较为有利。

浮心纵向位置对推进效率的影响

LCB位置对推进效率也有影响，通常在其他系数已定的情况下，若把LCB前移，伴流及推力减额都将降低，但对伴流的影响较大。因此LCB前移将使阻力及推进效率同时降低，而最后导致轴马力的增加。所以就流体力学上说，LCB的位置最终归结于所要求的收到马力，而不单是阻力，虽然后者是前者的主要组成部分。

浮心纵向位置对纵倾的影响

船舶的其他一些性能也是与LCB位置有关的，如船在波浪中航行时的运动及失速。在船舶设计中，LCB位置除了从节省功率及较好的适航性之外也还取决于其他的考虑。主要是在各种装载情况下能调整纵倾，特别是油轮和其他散装货轮。干货船及客船的艉机型倾向常引起纵倾问题，同时因艉部形状为机器尺度所要求的容积所制约，亦影响到LCB位置。

浮心的位置

根据阻力观点选取浮心纵向位置

根据设计船FN的大小可知其阻力成分的大致范围。从阻力观点出发，低速船的LCB宜取船中前，随速度的增加，LCB宜后移，理论上最佳的LCB（下文以XB表示）值应为FN的函数。如图1所示为最佳XB的范围，供设计时参考。

长江船最佳XB与FN的关系如图2所示。当FN>0.2528，其最佳XB和双桨沿海船的爱尔曲线接近；当FN<0.25，长江船最佳XB较爱尔曲线偏后。图示曲线代表与高速船配合的小CB长江船最佳XB，对速度较低的大CB船，其最佳XB较图示虚线偏前。

内河船XB选取也可应用下式：

沿海船的最低阻力时XB与的关系为

或

式中；XB——最佳浮心纵向位置，%L。

根据纵倾调整及其它要求选取

纵倾调整的目的是保证船舶在各种载况下有适宜的浮态。因为浮心纵向位置在小范围内移动对阻力影响甚微，所以在设计实践中，常根据纵倾调整或型线等其他方面的要求来移动XB。

例如，我国的内河拖轮上层建筑发达，集于船中前，为调整纵倾常将浮心取于前部。同时，拖轮要求有良好的拖曳效率及操纵性，为保证螺旋桨及舵获得稳定和充足的水流，后体型线必须纤瘦及尾部纵剖线平顺，可将XB前移。但是，根据阻力观点，当拖轮的速长比在1.1~1.4范围时，XB在船中后2.0~2.5%L为佳，与前者要求有矛盾，所以，当在1.1~1.4时，XB取在船中后1.0%L。

我国港作拖轮的XB均在船中后1.0%~2.0%L之间；内河小拖轮为满足布置及纵倾要求，浮心纵向位置一般控制在船中部或稍后即可。

内河浅水船舶采用隧道线型较多，故后体排水体积损失严重，XB不得取太后，否则难以设计型线，螺旋桨和舵也得不到足够稳定的水流，倒船性能较差。

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