核心概念：一个简单的比喻
在深入细节之前,我们先做一个简单的比喻：
想象一下你在水里洗澡,把一个空塑料瓶按进水里。
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- 浮心：就是水对瓶子向上的推力所集中的那个点，这个力就像是从瓶子的“中心”把你往上顶，对于均匀的瓶子，这个点大概在瓶子的几何中心。
- 重心：就是瓶子本身所有重量集中的那个点，如果瓶子里放了东西，这个点就会移动。
当你松手后,瓶子会浮在水面上，如果瓶子是正的，浮心和重心在同一条垂直线上，它就稳定地浮着，如果你把它推歪，浮心和重心就不在同一条线上了，它们之间产生一个力矩，这个力矩会把瓶子“掰”回正的位置，这就是稳定性的基本原理。
船舶重心
定义
船舶重心是指船上所有重量（包括船体结构、机电设备、货物、燃料、淡水、压载水、人员、行李等）的中心点，可以理解为整个船舶重力的作用点。
如何确定？
重心位置不是固定不变的,它会随着船上载荷的移动、装卸、消耗而改变，其位置通常用三个坐标来表示：
- 纵向位置：通常用距船中的距离来表示，符号为
KG或VCG(Vertical Center of Gravity)，船中是船舶长度方向的中心线，重心在船中前用“+”表示，在船中后用“-”表示。 - 垂向位置：通常用距基线的距离来表示，符号为
KG或VCG(Vertical Center of Gravity)，基线是船底的最下缘。 - 横向位置：通常用距中线面的距离来表示，符号为
TCG或YCG(Transverse Center of Gravity)，中线面是将船舶从中间左右分开的垂直平面，对于正浮的船舶，重心通常就在中线面上，所以横向位置为0。
计算方法：船舶的重心是通过计算船上各个载荷的重量及其力矩，然后汇总求得的。
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- 总重量 = Σ (各个部分的重量)
- 总纵向力矩 = Σ (各个部分的重量 × 其纵向位置)
- 总垂向力矩 = Σ (各个部分的重量 × 其垂向位置)
- 重心纵向位置 = 总纵向力矩 / 总重量
- 重心垂向位置 = 总垂向力矩 / 总重量
影响因素
- 货物装卸：在船头或船尾装货，会使重心前后移动；装重货会使重心降低，装轻泡货（如棉花）会使重心升高。
- 燃油和淡水的消耗：消耗船底的油和水，会使重心略微升高。
- 压载水的调拨：将压载水从一舱调到另一舱，可以用来调整船舶的纵倾（船头船尾的吃水差）和重心高度。
- 自由液面：船上没有装满的液舱（如燃油舱、淡水舱、压载舱），其液面会随船舶摇摆而晃动，这个晃动的液体的等效重心会升高，从而导致整个船舶的实际重心升高，对稳定性产生不利影响。
船舶浮心
定义
浮心是指船舶浸入水中部分（即排水量）的体积中心，可以理解为水对船舶产生的浮力的作用点。
如何确定？
浮心位置完全取决于船舶的水下形状和吃水。
- 纵向位置：通常用距船中的距离来表示，符号为
LCB(Longitudinal Center of Buoyancy)，其位置与船舶的水线面形状和吃水有关，对于大多数正常形状的船舶，浮心通常在船中附近，略靠后。 - 垂向位置：通常用距基线的距离来表示，符号为
KB(Vertical Center of Buoyancy)，吃水越深，水下体积越大，浮心位置通常也会越高。 - 横向位置：对于正浮（无横倾）的船舶，浮心必然位于中线面上，所以其横向位置为0。
计算方法：浮心位置是通过船舶的型线图和计算公式（或计算机软件）进行积分计算得出的，是船舶设计阶段就确定好的一个参数，并记录在《静水力曲线图》等资料中。
影响因素
- 吃水：这是最主要的影响因素，船舶装载越重，吃水越大，水下体积形状改变，浮心位置随之改变。
- 船体水线形状：船体线型设计决定了在不同吃水下，水下体积的分布，从而决定了浮心的位置。
- 纵倾和横倾：如果船舶不是正浮状态（例如船头或船尾吃水不同，或向一侧倾斜），浮心会向水面低的一侧移动。
重心与浮心的关系及其重要性
重心和浮心的相对位置直接决定了船舶的核心性能。
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浮力与重力的平衡
- 正浮状态：当船舶静止漂浮时，它受到两个主要力：
- 重力：方向向下，作用在重心上。
- 浮力：方向向上，作用在浮心上。
- 平衡条件：船舶能够稳定漂浮，必须满足：
- 重力大小等于浮力大小 (
Δ = ρgV)。 - 重心和浮心位于同一条垂直线上。
- 重力大小等于浮力大小 (
对船舶稳性的决定性作用
稳性是指船舶在外力（如风浪）作用下发生倾斜，当外力消失后能够自动恢复到正浮位置的能力。
-
稳定平衡 (Stable Equilibrium)：
- 条件：重心 低于 浮心。
- 过程：当船舶倾斜时，水下体积的形状改变，导致浮心移动到倾斜后水下体积的形心处，新的浮力作用线与船舶中心线的交点称为稳心，只要重心低于稳心，倾斜后产生的复原力矩就会把船“掰”回正位。
- 这是船舶设计追求的理想状态,重心越低，船舶的初稳性高度越大，稳定性越好。
-
不稳定平衡 (Unstable Equilibrium)：
- 条件：重心 高于 浮心。
- 过程：当船舶倾斜时，如果重心高于稳心，倾斜后产生的力矩会加剧船舶的倾斜，导致船舶倾覆。
- 这是极其危险的状态,必须绝对避免。
-
中性平衡 (Neutral Equilibrium)：
- 条件：重心和稳心重合。
- 过程：船舶倾斜后，不会产生任何复原力矩，会停留在任何倾斜角度。
- 这是一种临界状态,在实际船舶中极少见。
总结表格
| 特性 | 船舶重心 | 船舶浮心 |
|---|---|---|
| 定义 | 船舶所有重量的集中点 | 船舶水下排水体积的几何中心 |
| 性质 | 一个物理概念，取决于船上载荷的分布 | 一个几何概念，取决于船体形状和吃水 |
| 决定因素 | 货物、燃油、淡水、压载水等的重量和位置 | 船舶的线型、吃水、纵倾、横倾 |
| 变化性 | 可变，随装载情况而改变 | 相对固定（对特定吃水而言），由设计决定 |
| 符号示例 | KG (垂向), LCG (纵向) |
KB (垂向), LCB (纵向) |
| 核心作用 | 决定了船舶的稳性（重心越低越稳） | 提供了浮力，决定了船舶的平衡位置 |
| 与稳性的关系 | G点越低，船舶越稳 | B点的移动产生复原力矩，是稳性的基础 |
简而言之,浮心是船“浮”起来的基础，而重心决定了船“浮”得稳不稳，船舶设计和营运管理的核心任务之一，就是在满足装载要求的前提下，尽可能地降低重心，并确保在各种工况下重心和浮心的相对关系都能保证船舶的绝对安全。
