【船舶行业标准(CB)】 潜艇浮性和初稳性计算方法

中华人民共和国船舶行业标准
FL1900
CB/Z222—2004
代替CB/Z222-1987
潜艇浮性与初稳性计算方法
Calculation method of buoyancy and initial stability for submarines2004—09-01发布
国防科学技术工业委员会发布
2004—12—01实施
1范围
2规范性引用文件
3术语和定义
4一般要求
5固定浮容积和突出体容积
6邦戎曲线
7排水体积及浮心坐标
8浮容积平衡检查
9稳心半径
10自由液面对初稳性的修正
附录A(规范性附录)
附录B（规范性附录)
附录C(规范性附录)
附录D(规范性附录)
《固定浮容积计算书》编制要求《邦戎曲线计算书》编制要求
《静水力曲线计算书》编制要求《浮性与初稳性计算书》编制要求附录E(资料性附录)
）手工计算的计算方法说明
CB/Z222—2004
CB/Z222—2004
本指导性技术文件代替CB/Z222-1987《潜艇浮性与初稳性计算方法》。本指导性技术文件与CB/Z222-87相比主要作了以下修改：a）对CB/Z222-87的内容进行了扩充，制定了四个规范性附录，即附录A、附录B、附录C、附录D，规范了设计技术文件的标准格式；对CB/Z222-87的组成结构进行了调整，对手工计算方面的内容进行了修改和完善，形成了资b）
料性附录，即附录E；对CB/Z222-87中的第二章“固定浮容积和突出体”中的内容进行分解，将其中确定耐压船体容积及其中心坐标、确定突出体容积及其中心坐标和固定浮容积表（包括从突出体中分离出来的耐压突出体)部分划归为本指导性技术文件的第五章“固定浮容积和突出体容积”，其余部分（突出体容积分配及突出体容积分配表)移至本指导性技术文件的第六章“邦戎曲线”，形成新的一节（6.2突出体容积处理）；对计算中采用的“坐标及符号”作出了更明确的规定；c）
提高了“容积”、“排水体积”、“重心”、“容积中心坐标”、“浮心”、“漂心”、“稳d)
心坐标”、“稳心高修正值”、“稳心高”、“吃水”等设计参数的计算精度要求；增加了“耐压船体壳板、外肋骨及消声瓦等规则船体结构在水中所占容积及其容积中心坐标”e
计算方法
本指导性技术文件附录A、附录B、附录C、附录D为规范性附录，附录E为资料性附录。本指导性技术文件由中国船舶重工集团公司提出。本指导性技术文件由中国船舶工业综合技术经济研究院归口。本指导性技术文件起草单位：中国船舶重工集团公司第七O一研究所、中国船舶重工集团公司第七一九研究所。
本指导性技术文件主要起草人：于东宾、黄绪琼、阎学琳。本指导性技术文件于1987年9月5日首次发布。H
1范围
潜艇浮性与初稳性计算方法
本指导性技术文件规定了潜艇浮性与初稳性计算方法。CB/Z222—2004
本指导性技术文件适用于潜艇施工设计阶段的浮性与初稳性计算。在其它设计阶段可参照使用。2规范性引用文件
下列文件中的条款通过本指导性技术文件的引用而成为本指导性技术文件的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包含勘误的内容)或修订版均不适用于本指导性技术文件，然而，鼓励根据本指导性技术文件达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本指导性技术文件。GJB175.2-1987舰艇及其装备术语潜艇GJB4000-2000舰船通用规范
3术语和定义
GJB175.2-1987和GJB4000-2000确立的术语和定义适用于本指导性技术文件。4一般要求
4.1计算书的格式
完成规定的计算内容后，按要求编制下列四份计算书：a)
《固定浮容积计算书》，其编制要求见附录A；b)
《邦戎曲线计算书》，其编制要求见附录B：《静水力曲线计算书》，其编制要求见附录C；《浮性与初稳性计算书》，其编制要求见附录D。4.2坐标及符号
浮性与初稳性计算中，坐标及符号直接引用了GJB4000的规定。4.3型值
计算所用型值，取自0～20站绘制，其比例一般不小于1：50的型线图，但在型线图中最大半宽不小于50mm的前提下，允许将此比例适当缩小。当艇体型值采用数学表达式或其它形式由计算机生成时，计算所用的型值，可不受0~20站的取值限制。
4.4计算途径
本指导性技术文件所列的积分公式，若为非解析函数，可用数值积分方法求积，并应通过选取合理的计算方法和积分间隔尽量提高计算精度，一般通过计算机软件实现，在附录E中还给出了适用于手工计算的近似计算方法及表格。这些近似计算方法仅适用于设计的初期阶段或不具备详细设计资料场合所进行的估算，施工设计阶段不推荐采用。4.5计算精度
计算中所采用的计量单位和计算取值位数见表1。1
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容积、排水体积
重心、容积中心坐标
浮心、漂心、稳心坐标
稳心高修正值
稳心高
稳心半径
惯性矩
表1计量单位和计算取值位数
计算取值位数
千分位
千分位
千分位
千分位
千分位
千分位
精确到分
千分位
百分位
4.6计算内容
计算内容包括固定浮容积、邦戎曲线、静水力曲线以及各种状态下浮性与初稳性。4.6.1
按固定排水量法对潜艇所处的下列状态进行浮性与初稳性计算：4.6.2
水上状态：包括正常排水量状态、燃油超载排水量状态和其它典型状态；水下状态：包括正常排水量状态、燃油超载排水量状态；半潜状态。
计算状态可按实际情况酌情增减。5固定浮容积和突出体容积
5.1耐压船体容积及其中心的坐标5.1.1耐压船体一般由圆柱体、截头圆锥体和球冠等部分组成。耐压船体各部分的容积及其中心坐标般按相应的理论公式计算。
5.1.2圆柱体示意图见图1，容积V及其中心C的坐标值xc、zc按公式（1）计算。V=r?]
Zc = Zo
式中：
圆柱体容积的数值，单位为立方米（m）；圆柱体横截面半径的数值，单位为米（m）；圆柱体长度的数值，单位为米（m）；圆柱体容积中心纵向坐标值的数值，单位为米（m）；圆柱体舰端面的纵向坐标的数值，单位为米（m）：圆柱体容积中心垂向坐标值的数值，单位为米（m）；圆柱体中心垂向坐标的数值，单位为米（m）。·(1)
圆柱体示意图
5.1.3截头圆锥体示意图见图2，容积V及其中心C的坐标值xctr+r
+2r +r +3r
4t+r+r
式中：
截头圆锥体容积的数值，单位为立方米（m）截头圆锥体舰端面半径的数值，单位为米（m）截头圆锥体端面半径的数值单位为米（m）x
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&c按公式（2）计算。
（2）
截头圆锥体容积中心纵向坐标值的数值，单位为来（m）截头圆锥体舰端面纵向坐标的数值，单位为米（m9截头圆锥体容积中心垂向坐标值的数值，单位为米（m）截头圆锥体端面中心垂向坐标的数值，单位为米（m）截头圆锥体崩端面中心垂向坐标的数值，单位为米（m）截头圆锥体长度的数值，单位为来截头圆锥体容积中心至截头圆锥体鲲端面的距离的数值，单位为米（m）。2免费标准bzxz.net
图2截头锥体示意图
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5.1.4球冠示意图见图3，（耐压船体球形端部）容积V及其中心C的坐标值xc、zc按公式（3）计算。
式中：
\h(3R-h)
x=x±a
Zc = Zo
h(4R-h)
4(3R-h)
h=R-VR2-,2
球冠容积的数值，单位为立方米（m\）；球冠拱高的数值，单位为米（m）；球半径的数值，单位为米（m）：球冠容积中心纵向坐标值的数值，单位为米（m）；球冠拱底圆平面的纵向坐标的数值，单位为米（m）；球冠中心至拱底圆平面的距离的数值，单位为米（m）；球冠容积中心垂向坐标值的数值，单位为米（m）；球冠中心垂向坐标的数值，单位为米（m）；球冠拱底圆半径的数值，单位为米（m）公式（3）中的第二式a之前“土”号：对艇首球形端部取“+”；对艇尾球形端部取“_”。2
图3球冠示意图
（3）
5.1.5对于可能出现的其它规则几何体，应按相应的理论公式计算确定其容积及其中心坐标；对于可能出现的其它不规则几何体，也应尽可能用较为精确的近似计算方法确定其容积及其中心坐标。5.1.6用手工计算方法计算耐压船体容积及其中心坐标，可参照附录E中表E.1、表E.2、表E.3、表E.4的计算格式进行。
5.2突出体容积及其中心坐标
5.2.1耐压指挥室、设闸室、出入舱口、耐压航间液舱、鱼雷发射管、鱼雷装载舱口、耐压升降装置室和压缩空气瓶等结构的型表面所围封的容积及其中心坐标应尽量按相应的理论公式计算。5.2.2耐压船体壳板、外肋骨、消声瓦等规则船体结构在水中所占的容积及其中心坐标计算按下列方法：
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a）耐压船体壳板可与耐压船体容积及其中心坐标的计算结合起来计算，计算中取原始数据时，第一次取计及壳板厚度的尺寸，第二次取型表面的尺寸，由二次计算结果的差值即可求得耐压船体壳板的容积及其中心坐标：
根据外肋骨的纵向位置、圆心高度、耐压船体半径及肋骨型材等参数，可用精确公式计算出外b)
肋骨的容积及其中心的坐标；
根据消声瓦的敷设情况，可参照船体外表面面积及其面积的形心坐标的计算方法，计算出消声c
瓦结构在水中所占的容积及其中心坐标。5.2.3其它船体、附体结构、设备、装置、系统管路等类突出体在水中所占的容积，可根据载荷计算书或结构图样按公式（4）逐项计算。V=m
式中：
V——突出体在水中所占的容积的数值，单位为立方米（m\）；m一取自载荷计算书或结构图纸的突出体的质量的数值，单位为吨（t）；一突出体材料的等效密度的数值，单位为吨每立方米（t/m\）。p
突出体容积中心的坐标xc、Jc、zc，应在分析容积的构成后，通过计算或作图确定。..4
5.2.4对各种管路的容积及其中心坐标计算时，除考虑它们的结构本身外，还应视其承受压力的情况考虑它们所围封部分的容积。
5.2.5因布置等原因使耐压船体、水密船体局部增加或减小的容积部分，如尾轴突出部、航间液舱的通气顶罩、航间液舱内余水及计算型表面内的非水密区等类突出体，其容积及其中心坐标可视具体情况选用适当的公式进行计算。
5.3固定浮容积综合表
对5.1和5.2中计算内容所得的结果逐项进行分析，凡属于固定浮容积部分的计算结果分项填入附录A中的表A.2。
6邦戎曲线
6.1裸船体的横剖面面积
6.1.1裸船体各站横剖面面积A.按公式（5）或公式（6）计算。A,=2fydz
式中：
A。——横剖面面积的数值，单位为平方米（m）：T——吃水的数值，单位为米（m）；水密船体型线半宽的数值，单位为米（m）。若用梯形法则对公式（5）进行变上限积分计算，则A, =AT[( +y,)+(y, +y,)+...(y +y.)式中：
△T—水线间距的数值，单位为米（m）；y一一水密船体型线半宽的数值，单位为米（m）；j水线号的数值。
按梯形法则计算的表格形式见附录E中表E.5。·(5）
·（6）
6.1.2确定裸船体横剖面面积还可采用耐压船体横剖面面积A.加上间液舱横面面积A,的方法。5
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6.1.2.1确定航间液舱横面面积A,一般采用数值积分方法计算，但对航间半宽不连续的横剖面应对计算坐标进行修正。
6.1.2.2耐压船体横剖面见图4，面积A.按公式（7）计算。A
2α-sinα
α=2arccos
h=r-z。+T
式中：
一水线T以下的耐压船体横剖面面积的数值，单位为平方米（m\）：A
耐压船体第i站的横截面圆半径的数值，单位为米（m）：α
吃水T时所对应的圆心角的数值，单位为弧度（rad）；拱高的数值，单位为米（m）；
耐压船体第站的横截面圆心垂向坐标值的数值，单位为米（m）；计算所对应的吃水的数值，单位为米（m）。o
图4耐压船体横剖面示意图
计算的表格形式见附录E中表E.6。x
（7）
6.1.2.3将6.1.2.1～6.1.2.2的计算结果参照附录E中的表E.7格式综合，便得到各站裸船体横剖面面积A。
6.1.3将裸船体的横剖面面积A填入附录E的表E.9的A.栏中。6.2突出体容积处理
6.2.1突出体容积分配
6.2.1.1位于潜艇非水密区域的各项突出体容积V、应全部计入排水体积曲线。位于潜艇水密船体区域的各项突出体容积按公式（8）计算。6.2.1.2
VA=VAI +VA2
式中：
-突出体容积的数值，单位为立方米（m）：VA
-计入间液舱（不计入排水体积曲线）的突出体容积的数值，单位为立方米（m）：-计入排水体积曲线的突出体容积的数值，单位为立方米（m）。将突出体容积分配结果逐项填入附录B中表B.1中。6.2.1.3
突出体要素综合表
（8）
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对表B.1中的计入排水体积曲线的突出体（即VA，）逐项进行计算或分析，确定其容积中心坐标及分布范围并填入附录B中的表B.2中。6.3突出体的分布
6.3.1水密船体区域（即0～20站）间计入排水体积曲线的各项突出体容积V.2，其单位站距上的突出体相当横面面积A。应视其所处位置在邻近站上进行纵向分布，按公式（9）计算。VA2i
AA:=ZAij
AAiXA: =E(AAuiX,)
式中：
一单位站距上的第项突出体相当横剖面面积的数值，单位为平方米（m）：-第i项突出体计入排水体积曲线的容积的数值，单位为立方米（m）；站距的数值，单位为米（m）；
VA分布在j站的突出体相当横剖面面积的数值，单位为平方米（m2）；VA的容积中心纵向坐标值的数值，单位为米（m）：第i站纵向坐标值的数值，单位为米（m）。·(9)
6.3.2水密船体区域（即0~20站）间的非水密区域内的各项突出体容积V，其单位站距上的突山体相当横剖面面积A应视其所处位置在邻近站上进行纵向分布，按公式（10）计算：AAi
A:=EAJ
AxA-E(A)
式中：
单位站距上的第i项突出体相当横剖面面积的数值，单位为平方米（m）；A
Vai——第i项突出体容积的数值，单位为立方米（m）：AL
站距的数值，单位为米（m）；
第i项突出体容积中心纵向坐标值的数值，单位为米（m）；第项突出体分布在j站的突出体相当的横剖面面积的数值，单位为平方米（m）：第站纵向坐标值的数值，单位为米（m）。（10)
6.3.3位于舰端船体非水密区域的各项突出体容积V，其单位站距上的突出体相当横面面积A.在20站和19站上分布，按公式（11）计算。A=
ZA (xA:+9AL)
ZAA(xA;+10△L
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式中：
单位站距上的第项突出体相当横剖面面积的数值，单位为平方米（m）：第i项突出体容积的数值，单位为立方米（m）：站距的数值，单位为米（m）：
突出体在20站上的相当横面面积的数值，单位为平方米（m）；突出体在19站上的相当横剖面面积的数值，单位为平方米（㎡2）；第i项突出体容积中心纵向坐标值的数值，单位为米（m）。6.3.4位于崩端船体非水密区域的各项突出体容积V，其单位站距上的突出体相当横剖面面积A在0站和1站上分布，按公式（12）计算。Ai
式中：
·(12)
单位站距上的第项突出体相当横面面积的数值，单位为平方来（靠）：A
第i项突出体容积的数值单位为立方米（m）VAi
站距的数值，单位为米（m）
突出体在0站上的相当横剖面面积的数值，单位为平方米（m）；第i项突患体容积中心纵向坐标值的数值，单位为米（m）；突出体在站上的相当横面面积的数值，单位为平方米（m）。6.3.5采用梯形法计算排水体积及其中心坐标时，应将分布在0站和20站的突出体相当横剖面面积AA。和AA2的值加倍采用其它近似方法计算时也应进行适当的修正。6.3.6应计入排水体积曲线的各项突出体容积经纵向分布后，填入附录E串表息.8中。6.3.7计入排水体积商线的各项突出体容积经纵向分布后，应视突出体布置区域按站进行垂向分布。6.3.8突出体容积经纵胞分希和垂向分布完成后各站按水线对各项突出体的相当横剖面面积进行叠加，并填入附录E中表E.9的A栏中。6.4包含突出体的邦戎曲线
6.4.1各站包含突出体的横剖面面积A按公式（13）计算A-A+A
式中：
包含突出体的横剖面面积的数值，单位为平方米（m2）；As
A——裸船体的横剖面面积的数值，单位为平方米（m）；A。一一突出体相当横面面积的数值，单位为平方米（m）。计算表格形式见附录E中表E.9。6.4.2从附录E表E.9中提取A.栏的数据，形成邦戎曲线数据填入附录B表B.3。6.4.3应用附录B表B.3中的数据绘制如附录B中的图B.1所示的邦戎曲线图。7排水体积及浮心坐标
7.1排水体积
·（13）
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