船舶运动固有周期是指船舶在不受外力持续干扰，仅由自身惯性和恢复力（如浮力、重力）作用下，进行自由振荡时完成一次完整运动循环所需的时间，这一参数是船舶动力学中的核心概念，直接关系到船舶在波浪中的运动响应、航行安全性及乘员舒适度，尤其在船舶设计、航行操纵和耐波性评估中具有不可替代的作用。
船舶运动的固有周期可分为多种类型，取决于具体的运动模态，主要包括横摇、纵摇、垂荡等，不同运动模态的固有周期由船舶的质量分布、水线面形状、吃水等固有属性决定，且与外部环境（如波浪周期）的匹配程度直接影响船舶的运动性能，当遭遇的波浪周期与船舶横摇固有周期接近时，可能发生“谐摇”现象，导致横摇幅值急剧增大，甚至引发倾覆风险,精确计算和控制固有周期是船舶设计的关键环节。
以横摇固有周期为例，其理论计算公式基于线性假设，常用的是“傅汝德-克雷洛夫”公式：Tθ=2π√(k/(Δ·GM))，其中Tθ为横摇固有周期（单位：秒），k为船舶的质量转动惯量（单位：吨·米²），Δ为船舶排水量（单位：吨），GM为初稳性高（单位：米），该公式表明，横摇固有周期与转动惯量成正比，与排水量和初稳性高成反比，转动惯量越大，船舶抵抗横摇角加速度的能力越强，周期越长；而初稳性高增大（即稳性增强）会缩短周期，使横摇更剧烈，纵摇和垂荡固有周期的计算则需考虑船舶的水线面面积、剖面形状等因素，纵摇周期通常与船舶长度相关,垂荡周期则主要取决于排水量和水线面面积。
固有周期的影响因素可归纳为船舶主尺度、装载状态和船体几何特征三大类，主尺度中，船长对纵摇和垂荡周期影响显著，一般船长越长，纵摇周期越大；船宽和型深则通过影响转动惯量和稳性高间接作用于横摇周期，装载状态方面，排水量、重心位置和液体舱自由液面的变化会直接改变k、Δ和GM等参数，自由液面效应对初稳性高的降低会导致横摇周期缩短，船体几何特征如舭部半径、龙骨尺寸等，通过增加阻尼和恢复力矩影响固有周期，较大的舭部半径可能延长横摇周期，而龙骨则通过增大阻尼抑制谐摇幅值,但不改变固有周期本身。
在船舶设计中，固有周期的控制需兼顾耐波性和稳性要求，客船为减少横摇对乘员舒适度的影响，通常通过增大转动惯量（如设置上层建筑）或降低初稳性高来延长横摇周期；而渔船等需要稳性的船舶则可能适当缩短周期，避免在作业时发生大幅摇摆，通过调整压载水舱分布或设置减摇鳍、陀螺稳定器等装置，可有效避免固有周期与常见海况波浪周期的匹配,降低谐摇风险。
实际航行中，船长和驾驶员需掌握本船的固有周期数据，结合海浪预报信息，通过调整航向、航速或航线避开谐摇区域，当遭遇波浪周期接近横摇固有周期时，可改变航向使波浪从船舶艏部或艉部正面来袭，减少横摇激励；或加速航行，使遭遇周期（波浪周期与船舶航速的综合效应）偏离固有周期。
为更直观理解不同船舶的固有周期差异，以下列举典型船舶的横摇固有周期范围（基于经验公式和实船数据）：
| 船舶类型 | 长度（米） | 横摇固有周期（秒） | 主要影响因素 |
|---|---|---|---|
| 小型渔船 | 20-30 | 3-6 | 初稳性高较大，转动惯量小 |
| 大型集装箱船 | 300-400 | 25-40 | 转动惯量大，吃水深 |
| 客滚船 | 150-200 | 12-20 | 上层建筑质量分布影响显著 |
| 油轮 | 250-350 | 15-25 | 装载状态对排水量和稳性高影响大 |
船舶运动固有周期的研究不仅局限于理论计算，现代船舶设计已广泛应用计算流体动力学（CFD）和模型试验手段，通过数值模拟和水池试验更精确地预测复杂海况下的运动响应，进一步优化船型设计,提升船舶的安全性和经济性。
相关问答FAQs
Q1：船舶固有周期与遭遇周期有何区别？
A1：船舶固有周期是船舶自由振荡的固有属性，由船体自身参数决定；遭遇周期则是船舶在航行中实际遇到的波浪周期，与波浪周期、船舶航速和航向有关，当遭遇周期接近固有周期时，易发生谐摇，因此航行中需通过调整航速或航向改变遭遇周期以避开谐摇区域。
Q2：如何通过船舶设计手段延长横摇固有周期？
A2：延长横摇固有周期的主要方法包括：1）增大转动惯量，如通过增加上层建筑质量或调整质量分布；2）适当降低初稳性高，例如优化舱室布局减少自由液面影响；3）采用球鼻艏等特殊船型改善水动力特性，间接影响恢复力矩，设计时需权衡稳性与耐波性,确保船舶在延长周期的同时具备足够的稳性储备。
