自由液面（free surface）是船舶傾斜時船內艙柜中能自由變動的液體表面。例如淡水、燃油等液體艙柜未裝滿時，液面隨船的傾斜而變動，保持與船外水面平行。當液面因船舶傾斜而自由變動時，液體的形狀及其重心位置即產生變化，使船舶穩性降低。油輪可采用船寬方向將艙柜隔小等措施，可限制液體的移動幅度。
概念
船上裝載液體的艙柜，比如淡水艙、燃油艙、壓載水艙等，若艙內沒有裝滿，當船傾斜時，液體的液面隨船舶的傾斜會產生擺蕩而保持與水平面平行。由于液面可以自由流動，因此稱為自由液面。
當液體表面流動后，液體體積的形狀會發生變化。也就是重心向傾斜的一舷移動，產生一附加的傾斜力矩，從而使船的穩性降低。
自由液面修正
艙柜內液體的重心亦將向傾斜的一側移動，相當于船內有一重物移動，這種液體的自由移動，會對船舶的穩性產生不利的影響，這種由于液體的自由移動對穩性的影響，稱為自由液面影響，或稱自由液面修正。
由于各艙柜內的液體載荷隨船舶傾斜時會發生形狀的變化，從而會導致其重心發生改變，這就影響了船舶的穩性。自由液面
對船舶穩的影響關系及結論是：
（1）對初穩性的影響主要表現在橫穩性方面。當自由液面大時，自由液面的慣性矩也大，故對初穩性的不利影響也大。
（2）艙柜內液體體積的大小對船舶的初穩心高度無關。影響初穩心高度的主要因素是液體的比重和船舶的排水體積。液體比重愈大，自由液面對初穩性的不利影響也愈大：船舶的排水體積愈小，自由液面對初穩性的不利影響也愈小。
自由液面修正的理論公式
實船中可能出現的液艙液面形狀，可概括成圖1所示各種，這里將（a）～（i）各種液面形狀對穩性影響的公式一并給出，以供船員在生產中應用。
梯形公式
位于船中左右的雙層底液艙、橫貫左右舷的雙層底液艙、首尾尖艙、深艙等的液面多呈圖1中(a)～(d)形狀，這時各液面的面積慣矩 IX(m4)可以寫成統一公式，
式中，l為梯形的長度(m)，b1和b2分別為梯形的上底和下底寬度(m)。這一公式直接適用于(d)形液面的情形。
對于(a)形液面， l=b1=b2=b，即
對于(b)形液面，b1=b2=b，即
對于(c)形液面，b1=0，b2=b，即
橢圓形公式
一些液化氣體船上，艙柜呈球形、圓柱形、橢圓柱形,其自由液面呈圓形和圓形，如圖1(e）～（g)。這類液面的面積慣矩可以統一寫成
這一公式直接適用于（g)形液面。
對于（e）形液面，a=b=r，即
對于（f)形液面，
邊艙公式
位于首尾的邊艙（雙層底、邊壓載艙、邊油水艙和邊貨油艙等）的液面多呈圖1（h）形和（i）形，其自由液面慣矩可寫成統一的公式，
該公式直接適用于（h）形液面。對于（i)形液面，b1=0 ，b2=b，即
縱向隔壁的影響
設在矩形液面中部設置一道縱同隔壁(longitudinal division)，如圖2中(a)所示，則面積慣矩減小3/4，即
而在矩形液面中等間距設置二道縱向隔壁，如圖2中(b)所示，則面積慣矩減小8/9，即
自由液面對穩性的影響值
自由液面始終減小船舶的穩性，其影響值δGM為
式中，ρ為艙內液體的密度(t/m3)；△為船舶排水量(t)。
而且，從以上的分析中可以得出如下幾點結論：
（1）自由液面在縱向上、橫向上或垂向上平移，不改變其對穩性的影響值；
（2）自由液面橫向上的尺度對穩性的影響值遠大于其縱向上的尺度對穩性的影響值；
（3）自由液面橫傾軸由自由面積的形狀完全確定，該軸必過其面積形心，并與船舶首尾線平行。
自由液面修正的經驗公式
實船中可能出現的液艙液面形狀有時并不能在圖1中找到確切的對應形狀。這時，若進行理論計算，可能需要較大的工作量。這在船上常常不可行。為此，國際海事組織等國際機構建議采用下式進行估算。
式中，ρ為液體密度(t/cm3)；△為船舶排水量(t)；b為液艙寬度(m)；δ為液艙方形系數，即液艙總體積與其最大長L、最大寬B、最大高度H的乘積的比值；k以B/H為引數在表1上查取。查表中，
有效對策
航行前的船舶檢查
對運輸船而言，通過設置縱向水密艙壁，對其內部結構加以特殊設置，可使自然液面對船舶穩性的影響大大降低。此外，如果在航運中也需要使新裝入的自然液體艙段保持空艙狀況，又或者是都裝滿，則可以降低艙柜內自然液體表面的數量，從而降低自然液體表面對船舶穩性的影響。此外，在對當前船舶的研究分析中能夠看出，對于一般超大型的散貨船來說， 在保持空載運轉狀況下行駛，必須采用 1~2 個貨柜段壓艙。由于該類船舶貨柜的寬度和長度都較大，而且船上貨柜的長度和寬度都與船上自然液面有很大的關聯，若不做好相應的保護措施，對船上自然液面的危害也相當大。所以在實際操作過程中，該類船艙不能出現負壓狀況，而是按照船上的規定，否則容易受到自由液面的影響而出現事故。在檢驗過程中，重視對縱向艙的檢查，看其艙壁能否全部分離，是否仍具有相通的情況，看不同隔間內有無產生不必要的積水， 一旦出現這些情況，一定要及時加以解決，減少船舶 所產生的自由水平液面的規模，增強船舶在行駛過程中的安全與可靠性。
船舶發生橫傾時的處理措施
如果船舶在航行過程中遭遇意外情況，導致嚴重的橫傾問題，進而會延遲搶險救援的時間。采用高壓水流來調節，則可以有效地解決嚴峻的傾斜問題。比如在進行操作時，特別注意自由液面的影響，如果需要利用壓艙水解決橫傾情況，可考慮使用長度更窄的船艙。而假如該船已配置好了壓艙水，則可以在進行橫傾的過程中使用放置于橫傾一側的壓艙水。這樣的處理方法，能夠有效防止其他壓艙水艙出現自然液面，有效降低自然液面給船舶造成的危害，有效增強船舶的穩定性。
控制浪引起的自由液面
自由液面是影響艦艇行駛安全的關鍵因素，為了有效地抑制這一問題，建議通過改變航向，或者提前減速等相關措施，以抵抗海浪帶來的沖擊力，降低船舶的橫搖幅度。為了確保船舶的安全，排水口必須保持暢通，以便將隨風浪涌入甲母質的海水有效地排出， 從而有效地阻止海水進入船艙內部。
參考資料 >