[发明专利]一种浩航船舶稳性演示模型及其使用方法

摘要

本发明公开一种浩航船舶稳性演示模型，模型上的重量和船舶上的重量有确定的比例，模型上的长度与船舶上的长度也有确定的比例。模型的组成中，包括底座；底座上安装有第一支座、第二支座和第三支座；所述第一支座和第二支座上贯穿有中心轴；中心轴上套装有模型主体；模型主体正面设有面板；模型主体反面设有风力模拟器；中心轴穿入模型主体内两隔板，两隔板上都装有滚珠轴承；模型主体内安装有按一定规律运动的重锤。本发明所述的浩航船舶稳性演示模型，具有结构简单，操作方便的特点。可以适用于教学过程中，将船舶稳性问题直观化，让看不见摸不着的稳性概念能够在模型上得到直观体现，使教学过程中，学生能够对稳性概念更容易理解。

主权项

一种浩航船舶稳性演示模型，包括底座(1)，其特征在于：所述底座(1)上安装有第一支座(2)、第二支座(3)和第三支座(10)；所述第一支座(2)和第二支座(3)上贯穿有中心轴(4)；所述中心轴(4)上套装有模型主体(5)；所述模型主体(5)正面设有面板(6)；所述模型主体(5)反面设有风力模拟器(7)；所述模型主体(5)内安装有按一定规律运动的重锤(9)，从而随着模型的横倾，便模型产生相应大小的复原力矩，重锤(9)的规律运动需满足如下条件：在模型主体内部是必须装有一定的压载物的，设压载物重量为F压，其重心对轴a的位矢为主体转动部重量为F转，其重心对轴a的位矢为设模型横倾至某位置，此时浮心浮力指针运动轨迹的曲率中心为M，M点对a轴的位矢为G点表示船舶重心位置，G点对a轴的位矢为M点对G点的位矢为则可得表示在此横倾位置时重锤所处的状态，设此时重锤运动轨迹的曲率中心为m，m点对轴a的位矢为g点是某任意选定的一个定点，g点对轴a的位矢为m点对g点的位矢为则可得压载物重量主体转动部重量指针重量和重锤重量对模型的总力矩为：式中是铅垂向下的单位矢量，中括弧内有前后两小括弧项，前小括弧项只要适当调整压载物的重量和重心位置，就可成为零；后小括弧项中，只要适当调整F锤和的大小和方向，就可满足下列关系式：式中P表示船舶排水量，矢量的大小与排水量相等，但方向则是铅垂向上，故即为船舶的浮力而就是船舶的复原力矩；由此可知，在模型横倾的整个过程中，只要重锤(9)的运动时刻都满足上述关系式A，则模型就会显现出随横倾角而变化的，相应大小的复原力矩；所述的浩航船舶稳性演示模型可演示下列几个方面的情景：(1)初稳性：浮心曲线近似园弧，由此导出稳心高概念及初稳性复原力矩公式；(2)大角稳性：重力浮力形成复原力矩随倾角而变化，可作出静稳性曲线；(3)侧风作用下的静力横倾及动力横倾：可演示静力横倾角和动力横倾角；(4)移动载荷对稳性的影响：可将面板铁钉上的砝码作上下移动或左右移动，来模拟船舶上的载荷移动，按比例算出船舶载荷移动后所引起船舶重心位置的改变，由此相应地将模型上的重力指针从原重心位置移动到模型上新的位置，改变后的重力和浮力在模型上同样可以演绎出移动载荷后的新的平衡位置、及其新的稳心高、以及复原力矩随横倾角而作相应变化的情况来说明移动载荷对初稳性和大角稳性的影响；(5)负初稳性：若垂直向上移载，致使重心G高度超过了稳心M0，稳心高就为负，这时模型直立不稳，会立即倾覆或者产生初始横倾角；此时，若按固有观念遇到船舶横倾，就向相反方向横向移动载荷，则会获得相反方向的更大横倾角；而从模型的重心、稳心、浮心的演绎情况就能得到正确的扶正方法，应该是下移载荷以降低重心，使稳心高转为正值。