※第六章4 v, ?1 w+ }/ p; d
第六章 船舶主要要素的确定 $ g- F, C4 Z1 x" U4 l) W
6-1 概述 3 W2 b. E8 [) i% s2 Q
主要要素是描述船舶几何形状的一些最基本的特征数据。 4 T# O+ {) E+ k0 w8 r
对船舶设计质量起着决定性的作用。
. J/ P8 S* K8 }船舶主要要素: 船舶的排水量、
( H$ @4 r( S# F3 ~& ?主要尺度 (船长、船宽、型深、吃水)
5 ]. [. T, _3 l9 ~$ |$ s船型系数 (方形系数、棱形系数、水线面系数、中剖面系数)
: i/ a" U% D; D5 u- |/ i船舶技术经济性能: (快速性、稳性、耐波形、重量、容量、强度、总布置、经济性等)
/ r" b) U! d9 j' E4 W/ p& z5 |1 {) {船舶初始设计阶段:5 n/ R, s" q3 ?9 G6 Y" v& x
主尺度: 船长L、船宽B、型深D、设计吃水T和方形系数
6 v% h3 C6 W& B# h% C5 D! B1 m9 M一.确定船舶主要要素应满足的基本要求
6 r9 q& R: K: }7 K满足尺度限制的前提,以满足性能,尽力提高使用性能和经济性要求。 |! a" g4 ^" y0 F. c' a* Q7 J6 p
例: t≤2,圣劳伦斯B≯23.2m
- W/ E; [* J4 d2 x2 u6 b9 U T≤6—8m巴拿马B≯32.3m ; E# q6 c+ x/ J1 n" P
二.确定船舶主要要素的特点 % d4 R; C% B! k! i x9 c
1.综合性 ' f( C$ y. N1 z2 Q
2.灵活性与多解性 4 Z: `! i1 Q4 \7 `. N
3.过程的逐步近似 % c3 O3 M+ G7 l# h5 R0 U0 ~
三.确定主要要素的一般步骤 % |: B& A; j% ~0 r8 o4 z
(1)任务书 2 b1 b" S2 }7 L& R$ P
(2)调查研究 : l' B" s: u$ |& @9 U$ H
(3)确立设计指导思想 0 l/ @) N; d; }2 B( x
(4)估取第一近似值
: Z$ h5 u% X, n; u (5)性能校验 3 t/ i* G C' e) j v' H
(6)绘图核算 9 E; }5 l' |$ y) g
(7)主尺度选优
2 j8 E) U4 b4 y" ]6 {- E; e* s6-2 选取主要要素的综合分析
r5 h k8 Z+ d1 q* w2 K, s一.选取L时应考虑的因素 3 C, |8 W% Q# D+ m4 B
9 a; p% B+ ^4 I. P" sL ↑
6 ^7 s- r8 i# O+ y, c2 } ! N- t, j7 i- G
浮力
' b* {" Y+ G8 h" k0 F ↑ 7 C: ~& l- Q' M
- m) v b0 Z% i, Y3 J; N; x
总布置
3 S- Y+ B# R# _3 g w8 {4 s- z Vc↑ 2 K+ m, t9 t4 `0 b/ E+ w# x- I
; [# y0 |; `4 \; K快速性
$ L( q( r+ U' ~' w3 X# c2 `" h Rf↑,Rr↓(▽不变)
4 M8 S- K$ l& L% H) Q# ] ( J1 |/ v' v ]( v; k9 O
经济性 s/ I% B! ?' D' t; s) i
Lor<LE<Lropt (临界船长,最佳船长)
' [' s4 G: {' v% H. k : Q9 f3 A& u- Q5 J1 d) n, v
操纵性 U/ F' a+ ]& }8 l
↑,纵摇升沉减缓,回转性↓
; M3 \# u5 M0 Y8 [
' J x1 ~7 k5 ^耐波性
7 E- m$ J8 M* x! O+ C0 w* B ↑, 1 e! G6 Z# L$ f5 \/ u
* q' o# d8 d" ` m; |# f; s/ b% D
稳定性 6 {/ D- u$ b. G8 a7 y4 B+ }& ^! R" @
L/B↓,↑,
7 L6 x" X/ j, U9 l2 o 9 T* o- u' @6 A1 u4 t6 O& |
0 [4 y4 q! ~- B/ N5 J# e5 W二.选取B时应考虑的因素
( }4 H3 g0 e+ F" a, Y9 Y, h9 u! X3 P) n% l" D8 F: p, E2 ?
B ↑
, `7 o. Y0 c& o6 ?3 u5 l
: J3 A5 E) y: V; |总布置 2 \/ h! z6 c+ z' D& A/ p
↑,布置地位型船和中小型船舶,B多取决于布置 : i& m2 v+ F) q# `6 p; j7 s; ?
& @1 w6 A- E. _. D* `初稳性
7 e+ b0 f( O. b' m% Q% a e GM↑ ) R# Z0 @# t8 n7 c/ k
5 w# g, j2 c6 g7 ]1 W快速性
8 B& N2 i, L# i% \ 取决于B/T,当B↑同时Cb↓,阻力↓ 6 ?* A/ c/ s" b3 G. J
: Z* |+ {. e: v( _+ ?- i2 p1 F( p* g耐波性
+ U- h7 w' ~! b# S- P 横摇周期减小
! y) s0 d4 T: m7 ~2 d
( J4 {% \! e3 o4 P& A/ z
1 D9 m7 l; i! w) ^; E% R三.选取T时应考虑的因素
9 z% Q* z) M9 k2 ~4 N" s/ c# r
T 增加 + i; C4 V2 ~" f; L# `# s2 b
, i0 x# t- e: {: X△
8 S6 P6 \0 u1 D; T" w. P 增加, 4 a" K3 Z! e1 }4 {: t5 A
8 y( @$ i5 Y4 v快速性
7 j+ s$ z s4 e) {3 n △ 不变时,Cb↓(对于中速船),R↓
1 _0 g/ H7 _% C/ \ D螺↑,敞水效率↑
0 Y+ i6 A) R8 {! H( ?% j+ O/ G" mVs↑
. x; u3 g7 o& N7 J ( k1 }# X! w% k& j; g7 u2 s
耐波性
% @* C% }+ W- y( U3 H1 U* _' r 甲板上浪↓,抨击,飞车↑ 3 x& O: A& z. p. z8 _
- g O) M2 a6 V4 l' Y1 M经济性
8 A a9 c& z; ?! g. B% ` 不变时,L↓,B↓ ,Wh↓,Ps,S2↓,经济性改善。 7 @+ M+ Y5 I7 q
* f9 C- n m6 N9 Y( f
1 \' Q5 L( g1 Z( n! o# J) v四.选取D时应考虑的因素 3 d3 v& p; [" W7 f
! l' C7 e$ s- k2 c; i* }- x sD 增大
! C0 L( A6 S, N" X; b) D m
r( u, R: Q4 M总布置 , W# @& a% i6 D
有利于布置
' f* q# E$ ?( `% F/ T- _; y , `/ `9 n/ c( @8 e8 s3 @
快速性 + ?: V* i6 r8 j$ {9 y. A. x2 S
无影响 * h4 D. Z6 U$ j/ z- t( f! Z7 R- {
' z: }9 v7 M+ ~* {7 ~经济性
% Y+ l8 Y/ Q' u7 |7 n 对于中小型船舶,Wh↑Ps↑,E↓ 5 n) n3 k9 N- ~3 p( m g% ]
" S+ ~( g* F( ^. k3 U/ k耐波性 ( z6 w* V( `3 h/ s2 }4 t
甲板上浪改善
8 M- n' i7 Q. ?4 t + ^ l, `5 g' e
操纵性 % c0 Z4 O6 l4 f2 f
无影响 5 A9 K) Z1 t3 J, b$ r& D4 g% t
7 O( e2 G" y0 r, x8 G0 P' x& i0 m
抗沉性 % c* K( b" _( p# W
# l O. j5 \7 I9 F9 l& q" y: [- z
. D. `- {1 D2 [- }# U稳性
0 L" ~) @) _& O 9 h6 j+ g# ?- b$ C _0 \
$ C5 j' r- Q' O: ~. K. F# N# J0 ]
9 q7 M Q; H; Q2 F2 M, A7 ~. a5 R
五.选取时应考虑的因素
. C( O0 ]1 b# Y3 GCb是协调因子,当重力和浮力不平衡时,用它来调整。 L1 h8 L5 I0 B5 ~% e. G
. j4 Z) @& G6 k2 N
Cb 增大 , q2 b" h0 f. _2 j4 c2 u3 V
. J# P/ N) b. ], \. ]4 C# B/ o+ k浮力 # H# M7 p8 S9 W7 B
增大
9 ~8 S$ D+ Q# P- p. i
% n4 o6 y) |+ ~总布置
1 r- \* Y! [( t2 Q$ \ 有利于机舱布置
+ F& I( L1 Y) B" n 8 A) Z5 `: `* o' B1 B
快速性
; }/ N+ h9 h4 u: K4 ^ Rf减小Rr增大Cbopt,Cbor,CbE/ Z$ w: q: h% N
: ^" W! B+ _, t& r7 P. |3 r经济性
+ H! g6 Q' ~! ]& L
1 Y3 }7 m1 s1 _3 k8 v9 k) m# o ^2 K6 f5 f6 @+ |, d
耐波性
1 @% e$ K4 A ? v 不利 * S4 I& X! [- V8 A6 y# `) C8 m! [
2 ~, h. } r; b* w4 Q2 w; R- o操纵性
4 G. h$ q+ G. }$ `9 _2 _$ p 回转性稍微增加,直航性没影响
, y3 B& u3 T3 k/ c* w& Z+ w$ F * s' ~+ | m( c2 e
$ V" @& T1 [7 V2 H
六、实船设计时综合考虑
& r+ Y h) T. V/ ?" [8 S2 YL: 浮力,总布置,经济性,快速性, ! {2 Q" a6 U# B& \0 P( R3 z9 S3 B
耐波性
# B4 V) q' ?* |# q! \B:浮力,总布置,稳性
* I5 @9 b8 ]: q4 m8 uT:选较大吃水(T限) 3 t m8 m3 Z& y
D:中小型船舶,控制D,大型船舶。适当增加D6 [3 t% ^* o! B2 s* ?# ]1 |5 l7 d
Cb:货船选经济方形系数
1 H6 f7 K7 U, c k/ t+ p k, I! h客船,中小型船和海船适当减少方形系数 * {: ?7 J! m; Y1 @: c, [
6-3 载重量船主尺度的确定
. Z5 f. P- m. h2 G" [. @4 h一、船舶类型划分 8 t" d$ T8 y* U8 V
1.载重型船 8 @: d1 D, q1 {( f
指载重量与排水量的比值(DW/Δ)较大、较稳定的船舶。(油船、散货船及杂货船) ' t" o9 [0 t c- ]+ v
DW是设计时主要矛盾,其主尺度确定往往从重力与浮力平衡入手。 2 Y0 w( J; H& [+ I3 ?, l
2.布置地位型船
% c) p1 q7 I' T4 x指为了布置各种用途的舱室需要较大舱容或甲板面积的船舶。(客船、科学考察船、车客渡船、集装箱船和载驳船) - o- J ^6 q& p: \! w# ?
容量是主要矛盾,其主尺度确定通常从总布置入手。 + E, F6 Z: m, q7 k% A) `
二、排水量估算
9 \. o9 D+ p" I9 U8 M0 F(一)载重量系数法 3 V! s2 [/ g- K( ?+ u
3 r% c" J, E! J, D* G' ^: @DW—设计船的载重量; 6 o' J) h) C! C G u
—载重量系数; ) O- i! a9 y" s# q
,可取自母型船或统计资料。
m. L- `" L& }5 X6 C* Z& U3 v(二)诺曼系数法
6 m5 \' [% O" w三.主尺度初选
$ o+ t0 C4 S5 O3 b7 Z4 z. I6 O(一)母型船改造法 ; ~! V0 l3 l0 r
(二)经验公式法 7 Y! `$ J6 ?- t9 [9 _
1.L的选取,
3 x) |; _4 ~' L6 w( c7 q巴斯裘林公式L=K*(Vk/(Vk+2))2 Δ1/3
6 u; C! ]* f, p, N: _, d( W, y(在商船中计算经济船长) # y4 h; H6 f [# u3 c$ c
2. Cb的选取,
) h" C) N( o/ @8 }Cb=1.08-1.68Fr 经济方形系数 . E# R5 v3 q# s0 R+ s1 M/ g/ A' M4 V
3. B T的选取,
9 N v2 B! f: p) n% u' ~BT=Δ/ρkaLCb.2 k+ R+ E/ }6 P9 k, B. r, F" s
1)T=T限,
' }: y: R- l. s1 }2)取B/T=C j# U; w, O! c# n* t0 ?7 J
. s* t% Q2 c& Z. s" R: X(三) 系列尺度法
2 [: ~( J" b2 Z7 C1 w# Q6 g 1)L,B,Cb,
/ B, \/ M, s T; z2 @# H2 O" M6 a2)L/B、B/T、Cb
+ h2 l2 @+ O- o. z o1 _3)L,B/T、Cb
! b9 M C; v6 n7 b8 T1 `" K9 f0 z8 I四.性能校核与主尺度调整
* r4 Q" j5 ^4 i(一)重量校核 ) O* C) h3 ?( v, F* x: w
(二)舱容及最小干舷校核 * ^! a. D7 U. h* P' S7 S# }
1)全船容量方程式
# X* { \3 B1 V+ F; c7 Q& V# D2)货舱容量方程式
* j4 |3 f# s3 {" T2 `% Z8 F; I(三)稳性和横摇周期校核 ; P2 }& z! o+ a
GM=ZB+r-ZG (设计状态,满载出港)
( d2 J6 l- l: D c2 r+ TGM=a1T+a2B2/T-D(取母型船) q+ l m$ h& u" @% s. P; J- i) w
- `( x% `3 v. y1 n! O' e! x! O(四)航速校核 3 u' N U. ^4 _1 m0 i
1.初估:海军系数法
& x, P/ j) h+ E. P- k2。较精确估算
B# x# E) Y& {, v. ~由 PE----Vs Pt----Vs
. f8 u/ C% v; \' I$ {2 I得Vs) P; w5 T' |$ W9 H
流程图 & e! W7 M2 Q$ j5 A
6-4 布置地位型主尺度的确定 3 ], @" K& b1 ^9 |7 T% K( b5 a' d
布置地位型船的主尺度主要取决于所需的船主体容积及上层建筑甲板面积。因此,设计客船、集装箱船、推拖船等布置地位型船舶时,一般都需从布置上所需的地位入手,计算所需伊L、B、D值,然后再根据重力与浮力平衡、快速性、稳性、耐波性、抗沉性等条件,综合确定合理的主尺度。现以集装箱船为例加以说明。
9 Q" M$ c& Q, J: _- i一.按布置要求初选主尺度
3 ?" n1 E @! b(1)确定新船装箱的行、列、层数 ( W. s9 A8 X) ^% w' \# b
(2)选船宽B% P3 Z( N3 T" I/ J+ j( l
(3)初选船长L
8 c1 c1 D. p2 b5 `& n(4)选型深D
, Z7 g/ y ]6 _& H二.排水量Δ估算
8 W1 E8 i M7 @8 f5 X(1)估算空船重量W ,。
. r# A9 S8 Z, O$ T$ D2 N" y如采用固定压载也应计入LW中, * v$ t. C+ ~) I* C
同时,一般还应计入Δ储备。 . m2 p' p/ U7 `+ `# G# p
(2) 估算DW
% }- J! G5 w: ?- T载货量按总装箱数乘平均箱重计算.
: I: O4 s7 L6 u5 |; y平均箱重可为表6—3中最大重量的60%70%;
. h0 Q1 e9 \$ w+ D9 P# |+ F其他项目的重量见第二章。 ' z$ d* u0 m, ?8 y6 ]1 X) F* t
(3)估算新船排水量 新船Δ=LW+DW。 # s9 s4 s( a8 k# k$ z* R8 z$ }; |
三.方形系数的确定
2 U; A! }% [! j! g: c方形系数按重力与浮力平衡要求 ! C/ a- |7 y8 B3 |9 x; B
由浮性方程式, T=Δ/ρkLB,
4 r) R2 M2 T% N4 C+ H根据与、T与螺旋桨推进性能的配合合理性
* @( q) c+ u }7 ~. k- {协调确定值。(高速船见表) ' C+ ^) ~( y8 Q- _3 k# e
四.性能校核 " X, o* |8 s/ V
校核GM,Vs7 Z0 d" C. e3 \) Z
6-5 主尺度选优
$ e4 Q5 T8 |8 J8 I7 B
: e9 T2 s( |3 n8 Y; o一. 概念
. E+ e( G" t; Q, V1.船舶主尺度的约束条件。设计船的主尺度不仅要满足任务书的要求,而且要受到各种因素(其中包括各种规范的要求)的制约。 ) u* t' B6 ~+ c# A: d! L
2.可行方案。每一组主尺度的组合都可构成一个船型方案,但并非每一个船型方案都能满足约束条件,满足约束条件的方案为可行方案。
7 d X: S9 F9 o O+ h3.最优方案。在可行域内众多的方案中,选取一个技术、经济综合性能最佳的主尺度组合。 4 q9 Z% j0 w, n7 k' w
二.选优衡准 m8 R u' l/ _& A k; {4 P9 J
衡准设计方案优劣的标准有两类:
9 d5 c! d2 a( _(一)能够用数字表达的技术与经济指标。 ) R/ F! k4 S8 i: x* A( [
海军系数、航速、初稳性高度、横摇周期、载重量等技术指标;
8 [+ Q) ?' o: C% n年运输能力、年总成本、必要运费率及净现值等经济指标。 : b3 u ]" t! o- q& `- e% K
(二)另一类是不能用数字表达的指标 ( Z9 e* s, q K& g: V
有关法规、乘员的工作生活条件、防止环境污染等。 . ]6 g5 L/ _& E5 o0 I
三.选优原理 0 Y* Q" L0 u" `5 q+ V
实际设计中,可根据新船的特性,采用不同的具体步骤.获得最佳的主尺度组合。但从基本原理上讲,寻找最佳方案的途径可大致分为两类:从个别作扩展寻优和从一般作收缩寻优。
% K9 t" E) g' y9 u1 W四.优化方法 ' r) S) ]( k4 b7 i. l! f% |0 y& z
(一)变值法(亦称网格法或参数分析法)
9 y- M- b$ y0 f6 r9 b: l1 h一般较常用的方法是变值法,即系统地改变对设计船的主要性能有显著影响的船舶要素,组合成苦干组尺度方案,对每组方案都进行各项性能计算,然后在各级方案中比较选优。
0 ~* f$ Z2 T# n5 ^0 g(二)最优化方法 ( A" \/ [: K; i# |7 I
最优化方法是利用近代数学力求有约束多元函数极值来求解最优方案的一种方法。
, |& T5 O% E2 k+ z6 f" n2 ^6 g(三)正交设计法 . \6 F: m. ~7 K1 W" C% ?
正交设计法是一种科学地安排多因素试验的方法.又称正交试验法。它的工具是正交表,利用正交表来安排试验、计算和分析试验的结果。采用正交法的优点是:计算工作量小,宣观,方法简便。
+ N, t; K7 j1 v# R/ h% e/ s(四)、层次分析法
' y$ P: J) i7 _- I1 @) C(五)、遗传算法 + ?' G) M! L/ X( |
(六)、神经网络
/ `" D$ y( Y& z+ l: K五.实例——用变值法求50000DWT油轮的最优主尺度方案
, J- z2 t0 t1 |* `( w复习思考题 $ N o9 C- X. S f1 H1 \
1.何谓船舶主要要素?确定船舶主要要素应满足哪些基本要求?
; n3 X9 M# t8 ^6 E* t& A) n2.简述确定船舶主要要素的一般步骤和特点?5 ?) U s/ [" k: v
3.选取船舶主尺度(L、B、D、T、)时,各自应综合考虑哪些因素?实船设计时着重考虑的主要因素是什么?( K+ K& X7 k8 U8 Q: B
4.释词:经济船长、经济方形系数、载重型船、布置地位型船、载重量系数、诺曼系数N、可行方案、可行域。
7 x Q$ z# r/ `7 w1 H5.试用框图描述载重型船确定主尺度的步骤? ( L+ D t' h$ `, ?0 q6 I
6.试用框图描述布置地位型船确定主尺度的步骤?
1 h$ y: ]* ?! O* Q7.载重型船初估排水量Δ后选取主尺度的方法有哪些?
3 U" U) _: `$ X5 _3 k0 v( Z8.简述载重型船主尺度初选后性能校核的步骤与方法2
( _3 J+ c. ]6 u) r2 z9.何谓主尺度选优?主尺度选优的途径有哪两类?选优衡准如何确定?: y( e3 `# K0 I2 U
10.优化主尺度的方法有哪些?各有何特点?
, O( v; ^$ |# \3 Y7 P. f- M11.船东要求设计圣劳伦斯型远洋货船,要求如下:DW=20000t,航速14kn,主机功率为5648.6kw,转速150r/min,限制吃水;试求: 8 W* V+ L; R6 N- C
①初选设计船的主尺度(拟取L/B=6.9、D=13m);0 v- ^$ ~7 Y( o6 j; K6 Q, ?5 _
②重量校核,调整与确定主尺度;$ e) s( U. G- O+ x0 }2 M
③设计舱满载出港的初稳性(=0.62D);
! g( P) q, i+ p) u- r+ g' N! |④设计船满载出港的横摇周期, , k7 v8 d4 b# p% P( G! r4 S7 {0 a
⑤设计船满载试航速度(用瓦特生公式估算);
" T# I. X# v" V" o6 `. V) M! u7 N9 k提示:按母型船资料,可取=0.73,附体系数k=1.005,机电设备重量=616t;=0.0202,=0.2624, .
+ Y ?1 |, |. t+ k2 q. \9 n12.远洋散货船如单程空放时,一般须加压强水作压载航行,其压载水量≈DW/3,上题中续求: . f) y% |1 g, @6 p. r
①设计船压载出港的平均吃水; 5 y9 t$ L$ I! R$ C
②压载出港的(=0.5D)和; 1 M7 S/ o. o! S& s0 o: X, x, d6 }5 b
③压载出港的。 1 I% J z: i! L( o5 O5 T" \( P
) E! N5 \% V: Q9 P3 v
※第七章5 ~% C1 ]! a4 C/ c$ `: \
7.1概述" p. c x, L7 b7 I
4 V: O2 p [" V1 X. S' h7.2 横剖面面积曲线- R f6 [; K+ E4 z6 M
% g7 J; s3 E1 k7 ~ E% [1 C# G7.3设计水线% U! J( }# ]+ k- `% b
2 `# g$ Z. j6 y& C! m: w g z7.4首部及尾部型线
- \0 B" r7 S2 ^; I$ Y0 u- L4 Z. G) \- G, ~
7.5甲板线8 e r: _% A- L; }8 j N( V; t
6 F) G5 B" Y/ h1 [- N7.6型线生成
2 k5 L3 q% S3 G* I: \, H. w) G) l9 h% v3 c
7.1概述7 S& y6 S2 N: e% G8 O5 H! w5 G
1 U7 B! W' ]6 ]1 p$ B7.2 横剖面面积曲线0 m# t7 V* E p1 D
/ m4 A6 [( } b一.棱形系数CP和中剖面系数Cm的选择 - z- j& {5 c0 U6 G. ^4 `4 U/ }
8 J6 j5 K$ o/ Z0 O, i5 z二.浮心纵坐标xb的选择4 y) h6 w* P& D S- w
9 z- g; z7 I l; N- J1 _
三.平行中体的长度和位置,最大横剖面位置
! _, T' @" I# [& m1 h" x/ Z! C
1 I5 C% {' N3 A! x9 c, `7 t" a8 n四、横剖面面积曲线两端的形状0 p# B7 X, h! ~6 q3 H& I
1 q' P0 P/ l8 i h+ I9 y' l9 E+ p
7.3设计水线
3 Q, k1 j# A& M+ O' o1 z: {3 y5 w( b2 I$ _
一、首段形状
! ]& M. ]5 _3 A8 R4 g Y7 m' R2 s/ H( z+ p/ S
二、尾段形状) W0 S1 s5 \6 ?
/ f/ C- T5 U; B# r
三、水线面系数Cw5 P4 O {, L1 h, W L' U
7.4首部及尾部型线5 ?6 a; \5 m) C E( v' T6 ^5 b* [
$ G G# s2 J# b) M4 ?5 B
一、横剖面形状
: h: r! P% }, {" ?
& | ]) W* r' R5 j q, H2 n二、首轮廓线, G# x" [% Y! S6 g
$ q4 w5 D1 I, u( A" C/ L) E I* \三、尾轮廓线
* l( Z7 Y5 {& J2 o9 L3 T; M! G4 u
. [4 _+ h9 i( p l; e. _四、球鼻首
' x4 V0 u8 S8 V% X1 ]1 c- N/ O
% U2 H0 Y% h, _五、球尾
4 |" y5 E) S) _
5 G( _7 w( Y$ J8 J6 y7.5甲板线
5 ]. Y# t3 I# t( l. `# J4 B
- \0 R0 q+ s0 b l7.6型线生成
& O5 H& S* h( {2 I4 \0 k |8 Y- J. Z5 ?$ j; ~1 B
一、自行绘制法) Y8 a0 Q# v7 Z# U3 `% n
8 O% H! G& K! q# Y
二、改造母型法% M ^$ x& k& y. \
* Z9 q0 A- n6 D
三、系列船型8 ]; m" Q6 t! ?& D4 H0 Q9 | f4 N
8 y' W' M* Y8 `
. k6 [' _- _* @% y- T& s' Q8 Y" y& X4 x4 `; }' v" Y; Z
5 v3 t4 ~" Y; m, r; L
2 [5 b7 F. a0 ]
0 ?9 [# m0 h: h( m' q
# B, L1 e( k' V. D( |* ^2 Z$ v& w
概述
. i5 P+ A& N7 z" e" [
5 `& d9 S' _1 B1 Y: B% Z& o; m( @
( D Y$ q" U) E# s• 型线设计是船舶总体设计的重要内容之一;& _ ^. e7 h( a7 i$ D S% f
• 船体型线影响船舶的技术性能和经济性;4 c) \3 i; s* b/ f
• 型线图是后续设计的依据; L* Q8 I( o4 Q, @* [* p% {4 z
结构设计、性能计算、模型试验、舱室布置
& w0 C# G: `+ y. T, p; e# M% H5 B' [/ ^ L
. v6 j" a) Q' i9 W! O9 i1 g6 v• 型线设计与总布置设计平行,交叉进行- b F3 H# X. G4 C( y% d4 p
+ z& e: |9 r' C
1 \3 ^, Q6 F; m* h$ f
型线设计须注意
$ T. N$ R" Z0 R. g2 e; ^, J( w2 U( a9 m9 c$ f& f# m
6 s9 [8 C7 N/ V- R: F+ c
(1) 型线对船的快速性和耐波性影响很大
6 @/ [2 o t0 `6 K3 `! b& G4 G2 @(2) 对稳性、抗沉性及操纵性有一定的影响: l; \" ~4 |4 |* V: L# z
(3)须满足总布置要求
/ P9 F5 `3 m: K/ ^! S8 M% x1 D8 }0 B C, J' P, ~
(3)考虑船体结构的合理性和施工、维修的方便# A6 N: n7 \/ L
! Z+ g, ~& Z- D+ Q! G+ {( k) k! \8 L( `) a2 a6 b- Y/ \
7.2 横剖面面积曲线
; A$ e+ C* S- Z" ?1 V+ @- X, q7 ]3 b# z! c5 S# L. G5 U
核剖面面积曲线:. @, i# A- m- Q! k
以船长为横向坐标、设计水线下各横剖面面积为竖向坐标所绘制的曲线,如图7.1所示7 w/ `3 F: h2 @- V K
( C6 e& a; ~) U5 X G该曲线具有下列特征:6 u3 Q: @. b, B3 Z9 t% `* @& {5 m
! Z7 T* [+ G( @
排水体积V,2 U# A, g. A Y2 f3 [# w
4 x9 _* o( t) O& C- h+ P; l纵向棱形系数Cp,
5 }0 W4 ~" W1 O' f+ s3 Z浮心纵向位置XB
$ [, x+ ~" X4 o0 k- M平行中体长Lp,进流段长Le, 去流段长Lr
N: [0 W9 S) ] (1)曲线与横向坐标轴间所包围的面积:v( p O6 Z5 g! |3 c
(2)曲线的丰满度系数:船在设计水线下的Cp: y3 i. U1 V+ \: {
(3)与横轴所包围的面积的形心横向坐标: XB
" f# Y( u$ {8 X (4)最大纵坐标值:最大横剖面面积Amax/ q& W a2 {2 E
(5)平行中体长Lp,进流段长Le, 去流段长Lr。Cb小的船一般都没有平行中体,最大横剖面在中后。- D2 e/ H: z/ S$ [2 r1 D
7 ?1 E+ u0 Q3 ~9 c
一、棱形系数CP和中剖面系数Cm的选择 7 G: @; o1 G3 W2 Z# H! P1 |
0 j3 C( `+ b& W4 Q" \2 a
从对阻力的影响( y8 y, J7 h3 F+ \3 u+ G
" _2 Q- p9 F* NCm的影响是不重要的。
" I! n+ U1 D9 X* `) y
8 z& L U" F+ s8 S( [9 o+ yCp对剩余阻力Rt的影响很大,并且与速度相关," o! X D& s4 B
0 v: H8 W" K7 ]. S# g( p3 w对摩擦阻力Rf的影响极小 j9 T$ `, ], W- x$ _0 {
3 R# ^% Y6 m- X
9 v: G6 [ N9 A* X6 O3 a& x1 v M& H- Z( J3 \. v; e/ I! O4 \
低速时. d5 v5 u# v' {% x3 G6 v9 Y6 H# f
: W9 d+ @, h( c5 E" r
Fr<0.18
; h/ G8 ~; b7 K; \: y 中速时
: P# O3 ~; W' C7 _2 b1 M$ [
- t0 n; q; y9 g& i4 P8 Y+ j4 W0.18< Fr<0.30
. O U M1 ^" A, T
/ m+ |+ C; s! i 高速时' N9 j6 ?/ a6 m4 g4 e# g. h- h
' e& g; ~, f, h8 f U/ h B
Fr > 0.30
, @0 o6 e2 g/ k' w
( O4 r7 e! |& p. C" U hCp1 R, ~* H1 G4 u1 z
取小值
' I7 ~( R; M2 u5 C6 @
" S* A0 N. P _1 D- L. ? cp值一般比剩余阻力最佳时的cp值要大3 u }9 |$ o% g
取较大值: v2 ?0 m3 e1 |- ?: x* C
& l0 F; u) Z1 n. K/ o. P/ A$ \+ P
O9 k0 I3 R$ D* \0 _) E j/ `
摩擦阻力
9 D5 D- ^+ J, Q7 @) |! Q7 s3 F1 I
8 M h w. K5 E+ P) f
1 ?. v" L0 ~- ^$ u6 Z. W
小Cp,L↑, ↑
- ^! C" i6 x) V/ ^3 e2 c
- D5 K/ P0 H. k$ M
0 q% S# [- s' F% m* x# d
+ h! r1 J/ ?2 i7 Z# _ R \ ' C# B. k* v+ S. p, \
剩余阻力
! {( I. `% `; b. s }# z " z& |7 s: |( [6 z( U1 G4 v# d
3 |; A2 _" p; o& s
# M9 o Y( O" o1 x, v; P6 K% |6 W( k4 z+ C
- }: v% l1 P1 z- E% c
~# y! k1 j3 y5 P5 T; d ; V: Y. S( z, s6 v3 P4 h1 m& B
# F% _1 Z# `- L8 F
& L3 n+ T8 @- w+ }. F% r- X' ~兴波4 z: K' a) ^8 W; ]( u
阻力. T& U+ t% Z N! k- A
↓
4 |! y" c7 N# A/ F2 V, ^' U6 T" W8 E) T( z3 k, Y" B
小Cp,↓/ \) N/ C& H9 i4 a Q& Y; m
" A& u8 H1 z" \' x
Cp过小,↑/ F" m* X3 E; [! n
5 z; x' `7 B4 X, i# a' _
4 ~' O; e/ m2 \1 Y' V& [3 A# R总阻力* j% Q: S8 a7 E' l6 [6 e
" _0 J+ x1 ]% x+ t# k1 K" \. c4 e
影响甚微' y" }: D# ?1 x
- \5 s) b& Z( M0 ^# S 小Cp,- u) I% D$ i8 o2 c+ _
↑+ ?/ U y+ O4 M3 @0 { q2 E
2 J- v, e3 I. I; L' K5 x
: d3 s8 b$ m p7 P+ M" F9 ]' M2 J
, x0 }+ s& _. ~$ |+ a6 f+ k3 x
5 e' I% l* ~; N2 y7 B& E0 n7 d" G, ?5 u5 A* @0 w2 x( G) O4 q3 _9 i; ]
选取Cp时应考虑船舶的经济性, 布置的影响
$ c$ J9 |+ K( P& g图7.2给出了Cm、Cp、Cb 的关系曲线
6 I8 W- q9 S( g/ r* [' V: f& e1 q3 _( J
7 ^" t! v8 \0 j( _, r
% g' H* h: C& w( H. Q- c
二、浮心纵坐标Xb的选择
& J' R, ~( S3 }1 q0 `
; ] `' o2 F3 I0 E8 k在一定的棱形系数下,浮心纵向位置,决定了船的前半体和后半体的相对丰满度。% i5 C& q; e( [9 i+ E+ Z
: m6 P* S3 u# i (一)从阻力方面考虑.
Q* N. J3 v5 g. j3 c4 Y7 l图7—3是单桨船最佳浮心位置( z' V1 W p" _0 e
! D. M7 e1 M) y; K双桨船要比相应的单桨船的向后些(1%Lbp)。快速双桨船的约在船中后2.0%一3.5%Lbp
' m3 j u8 R# ~, X6 W(二) 从推进效率上看. y! V$ m% w7 V g
- Y! F, W" S9 o/ k9 u$ W, I. Q浮心位置稍后于阻力上最佳位置是合适的(如向后0.2%一0.3%Lbp)。3 m# |& i0 o! v9 B; \# M$ Z3 e4 o
6 N6 [! H! t8 ?7 O2 n; |# o (三) 从布置上考虑
' G, B1 x# s1 o# q5 I$ T
' b o1 W* I! i! f满载出港时,不产生首倾和不允许的尾倾
7 _6 \& h- u5 [, t# l) Z; w: |, i9 e) a J# m: F( s
2 k, k1 u+ D$ b# v( o
4 x) u8 U$ F4 i; Q; a1 [* R$ ~; S三、平行中体的长度和位置
1 d2 e, ^* B" k- J5 ]
+ p$ d) G+ f. a. ^* B8 ` v
& h K: x; G) Y6 h5 B" k6 t(一)平行中体的长度和位置; a7 O7 w7 s" ~6 H+ `3 ~( h
2 a! W& `; Z! P t/ y" E Fr<0.24时,用一段平行中体,
# {' \! E+ F% d, I, q6 ]6 J1 I N
对于前体: `6 ?5 i" G$ }1 b/ ?8 i
+ ]7 F. M& q5 f$ b. p可使进流段型线尖瘦些.降低兴波阻力;
" K! G& x1 _. O( n0 N( G& h
3 x: [- v$ a" ]$ W3 C0 _! a2 g2 P对于后体:0 Z* y& s$ q* p4 ]) J) ]0 b* A, |
5 B7 @' s- _5 b* m可削瘦去流段型线,有利于改善形状阻力。
/ r# Y H0 \* Z. }
3 X V/ @$ U! o# E0 y% F选择平行中体长度和位置,就是对前体和后体的徘水体积沿船长进行合理的再分配。
: K, K, q z6 Y, s9 a2 N
- h& h5 w% U' S, s( Z3 W9 S(二)最大横剖面位置
q4 B, ^9 }( B1 J+ g8 N! y; R8 E1 \4 W+ R) j% {
无平行中体的船舶、其最大横剖面位置决定了进流段和去流段的长度。- f5 ?" X! u% ^, @- s" ?
! u. Y4 k5 K2 c0 b; v( V( m
Fr<0.30时.可在中后0%一3%Lbp;
- G( ~6 G3 A3 Y# E
1 P* U, M l: y0 I/ X. F Fr>0.30时,则在中后3%一4%Lbp;高速军舰更后。
/ k( H, f0 n: N8 @# X) ^ ~/ ]* Q" N' P2 n& L$ T& }3 h
8 ~) w& e" {# a+ R7 }8 u8 K0 @2 l8 m
* m) S) L5 d3 F四、横剖面面积曲线两端的形状
1 a U. V/ j- C" \/ S1 ?, j4 S# a: W) F, V$ {
首尾端部形状.与Cpf和Cpa,Le,Lr密切相关。
, ~, s: [; B0 d9 N# ~( q; n) }4 q; y4 z' u
! c+ a& T: o# @' b: u# D9 d6 V) A$ a• 图7—4表示进流段棱形系数Cp相同的三种典型横剖面面积曲线的首端部形状,
8 b" Y- y8 k+ C8 v& }9 ?• 其中a为直线形,b为凹形,c为微凹形。
7 p, \$ b; i a" D
, i8 P# T2 `/ V2 K
3 X+ i8 u& e3 Z4 _, R3 ~ 首端部形状) Z% p+ Q9 W0 q- X- w
+ k3 A' V; g3 C4 o3 @5 p
+ Q* o% {$ f# U3 s0 L
Fr<0.2~0. 22
; C$ y# K: q5 U7 P% K 直线
3 H, H4 {& X9 d5 }( p, V/ `8 v0 S
' a8 ~1 ?0 B% K7 N
Fr=0.22~0.28: u+ N, R+ y/ i1 a8 q
凹形或微凹形
6 n0 B5 w+ y) `6 y4 C' S1 z7 z: u* ~ V1 g
& f7 T$ d' c: d. [6 cFr>0.28
+ u' c0 X+ L1 I) P7 } 微凹或直线形为宜
& h3 p/ |# _6 w' I
* M+ F% Q. F- Q, R5 v6 r ( f/ h8 o9 N* \+ H/ [& a1 v T
6 j- {8 w, @" I4 f2 @8 \* c1 i4 H去流段的形状,尾端段一般取为微凹或直线形。
' F7 q7 e6 O. f. Z" l+ u3 T2 a% v; b6 h1 [2 n7 V
) N6 a0 j' i, u8 n+ T
/ x( \+ D8 s" \5 X" y: ]( g g
实际设计中,端部形状应根据母型或系列船型资料,并结合设计水线的形状、首尾轮廓线的形状、端部横剖面形状、统一加以考虑、作到适宜配合。
! v" Z9 L3 T5 S2 n) o g' m& w" ?0 h: {2 ]) h9 A8 s
+ @2 U- _+ n( ]: K& T9 I
+ _) O0 q+ V6 u3 P; M7 S! u% K9 \/ s7.3设计水线3 k+ Z1 {$ }. k1 z6 v1 Q) j4 S
, @3 E, f) f4 o1 p
设计水线的特征和参数包括:
2 p. ]! t/ r: }/ E" m, l1 m2 J: ]5 Y2 S$ E/ W0 K3 r [
水线面系数Cw。; `; }+ [- E) C& }6 f9 |+ _ U9 n9 X
& u9 v, y& n- T- \: m5 U9 i3 G前后半段的丰满度系数Cwf和Cwa ie
! _8 J5 f' L. C9 o! {2 A7 t, g2 w0 `0 o3 L
平行中段长度、端部形状半进流角、以及尾部的纵向斜度等。
7 u1 [: k. V8 u# P" _4 ] n: m2 q% f: l; `& }
一、首段形状$ a; C/ R# ]8 R4 Y# V1 h/ u" c
. V: }; y# u& s& U: G( `
, F3 _( S2 V4 x$ R1 D1 ^$ X• Fr=0.16~0.19 由凸形到直线形;" Z7 h3 @0 M6 N. l" M
• Fr=0.20~0.22 直线形或微凹形;
~# e% _+ y3 y. C7 T" W- y% K! x7 Q• Fr=0.23~0.32 微凹形;
. S. T5 z; q% e' z& E; f% w• Fr>0.3 直线形,整个进流段保持和缓曲度
7 C C7 r1 L, V( l6 i' A( D! T
* e, r- X& T& q3 B$ t4 t+ s, V/ T; Y) U7 b% }6 G+ z: s# W: l
半进流角ie
% g) S& [8 H% {- S$ o) p/ }+ b+ v主要与Fr有关,其次与Cp、L/B、Cwf有关。0 f/ e% w. @% _: l: Z7 {& U
, U1 C+ T6 }8 Y( ?5 m
如图7-5所示。这些资料是对应于L/B=7.0 左右的情况、当L/B较小时ie应随L/B的减小而适当地增大。/ S9 W6 p! P" f1 }' I+ u
. i/ t& N3 \; I: w
% D4 D* s- M& N q1 w# I; r从耐波性方面看,设计水线首段适当丰满些较有利,而成S形的则不利。小型船舶常从稳性和总布置的要求考虑,设计成较丰满的首部水线。: R; S7 z. }/ ?; g% L
9 y2 u9 j4 i. T N
二、尾段形状
" i/ z. q% V' { T1 A( f8 P! I# {9 D1 n: s
+ s1 w) y0 n0 m; p/ _设计水线尾段的形状、
2 ^0 F1 g6 T, d g, K
, N5 ~! s0 W8 E从阻力上看,主要是影响形状阻力。. m& H9 J% N3 [7 `
' s% ~) g4 y4 X! C9 l
通常尾段型线以直线型为佳,而不宜成凹形。尾段的纵向斜度应不大于30。: [/ }' s( w; H7 ^
7 w& j" Y# _0 |8 z
设计水线应盖住螺旋桨和舵,以利安全。
x8 @$ A4 p. ?- a, \; o, d$ ]9 Y+ Z/ V0 V; [
+ I; T) D4 G ~3 `9 f/ w4 {
2 \) k; _# T: y6 G三、水线面系数Cw, ?9 v. I( D9 j0 s5 h# S. I
水线面系数Cw与多种因素有关.
9 O% w( w5 m3 E$ k; w9 `6 Y' E5 I1 C
稳性、快速性、耐波性、总布置、型线协调等* T$ C3 w9 R* b2 {" E f
$ x$ K; g! q3 M; `' }, `船舶设计中,对Cw的选取是从快速性着眼,然后校核稳性、总布置及型线配合等方面
' Q0 i7 N# {6 `+ o. x2 }, j
+ D b& T5 G' }. H# @通常Cw与Cp或 Cb有一个大体的协调范围,如:Cw=(0.97~1.61)Cp2/3
$ [6 l5 C0 Y! h% w: JCw在此范围内变化,对快速性影响不大。
& d. a: j' }3 n; i+ q
# u9 V- R) H, e6 z3 ?! u+ N6 N/ U
# X0 z! \" e3 ?
7.4首部及尾部型线4 a/ W. [1 |* M: F0 ?4 y7 k
& N% T9 b, T2 j+ E& Z& l _# |
一、横剖面形状" R V9 Q6 `$ K( M# R
2 z2 p2 V% c, G3 C! {) S5 P( O* O2 F3 w& [
+ @, w7 M1 e1 _" M8 m4 j
; v; o# S# n2 s! ~# k四种常规船舶的横剖面型线:
% b0 o& n( o! @3 g6 h1 J* H( y2 P6 ?, I1 {& z4 E$ W3 {) b4 ^; G
V、中V、中U、U形。如图7-6& v9 P) a, C4 B( N" q
(1)U形
( j. a7 c. U4 r# B大型运输船及中、高速船舶采用- w% w: K' j8 z* l* n9 F7 z
z, F' L2 D# v; [设计水线削瘦,半进流角小,减小兴波阻力;尾部伴流比较均匀.提高船身效率;, l" G5 o$ h) z5 f
0 E+ {$ I6 C( B改善螺旋桨的工作条件,降低激振力;0 T9 N* b+ T, k I
; x. m' [; u( g: ~* J- t* t1 ]) s0 p但湿面积较大,摩擦阻力大些;
6 o6 ]- B! a. m3 A7 K# k6 i% ^" @ T
9 M) ~: }; x# m耐波性也差些。7 }3 m$ n8 S6 h3 |& H6 K! h
4 W$ b: b- v5 r# r' Q. o, }$ O
(2)V形; d& p- u. P( @( F
小型船舶多采用7 e5 H# b, u/ t9 e {* ~% ]$ e
$ m- \5 I) N2 [8 _湿表面积较小,对减小摩擦阻力有利;( O9 j0 T. {" e7 O7 h8 x
) |2 p8 L0 t- I尾部去流段水流顺畅,可减小游涡阻力;增加纵摇和升沉的阻尼,对耐波性有利;/ @9 i! ?7 }0 Q( m+ w$ A( j' b- B
; ?% [6 U# [) I
(3)中U形或中V形
. }/ E6 C0 y m2 s大多数中型船舶采用。兼顾阻力和耐波性两方面的要求。. E# I+ w! t' x2 _* i) j9 t+ j o
3 }1 f4 A% c6 F$ i' v
二、首轮廓线
* t, Q; V& I4 x
0 N( @: S J0 o) {2 v/ m6 q船首的外形,对全船的外观造型有较大的影响。一般船舶的首柱是做成前倾15。~30。(图7—7)。
0 W( Q, I$ J5 R9 Y) q- V( D
5 x0 u6 x3 J3 L C三、尾轮廓线3 o D3 t8 l0 m
. X3 o! j1 V* ?8 v4 I8 S
现代运输船一般采用巡洋舰尾(图7-8)
. C: V, r" U9 j, |% E! O- `, @, r9 D
% U. E7 G% Y5 W9 f: E高速舰艇采用方尾(图7-9)( W# y5 S. V" r% g+ i6 r$ S
# h u2 p% h" R3 q
& h" ^0 Y% q4 x
* B& B7 X' d7 p四、球鼻首
" l) \# M3 Z, k3 E/ n: ^! e
! q6 K% K) i5 H* G4 m: ?* V(一)球鼻首的减阻机理
7 J* u9 C$ p2 e3 e- U6 w
# D2 z" z4 W# \- Y* c. ?! x不同速度和形状的船舶,减阻机理是不同的。3 o/ C+ k2 N" m
% ~3 \& g7 }8 \7 H8 h7 B1.减小兴波阻力 # C* A' M4 Y# @! f9 j
- g" @8 Z# W1 [4 b" V: T9 @. P4 N
对于Fr在0.27~0.34之间的中高速船,安装球鼻首可以减小兴波阻力。( \3 e4 _$ v5 u4 D) I* ~+ f( G$ [
4 d; o) ?4 \7 ~
因为当球鼻的大小和位置选择恰当时、在一定的速度范围内,球鼻产生的波系与船体波系发生有利的干扰作用,使合成波的波高降低.从而减小了兴波阻力。
! P! w2 x2 _/ V8 e( V0 q- B- n' o c" z/ _) q( M) O9 S2 B) Y* ^ A
2.减小舭部涡阻力
" _. w# ?# J# I8 B: q" h6 ~8 |0 v+ \* A: G; n" _6 w8 e. t
5 K, t9 k* r S& e& _/ u6 U: k肥大船型在航行时,通常在船首底部会发生大量漩涡,并产生埋首现象,从而增加阻力。这是由于舷侧的水流绕过舭部斜向进入船底,与船底原来向后的水流交叉相混.形成漩涡。安装具有整流作用的合适球鼻首后,可以改善首部流场,降低鼻涡阻力和减少埋首现象。
E! x; g/ N0 x, e6 M! z# S' } G6 W
* v. M8 C$ O4 ?% U0 J+ n P) D2 i% [3.减小破波阻力 / z5 G. m$ p9 O
+ e9 n" r4 v- a! V7 Q4 D j6 f$ F1 H" G1 h& d" S/ H
肥大船在压载航行时,首都水流情况容易恶化,所以破波阻力相当明显。安装球鼻首后,首部船体前伸,该处横剖面面积曲线的陡度和首部水线半进流角减小,这可改善船首柱附近的水压力分布.因而缓和了船首破波情况,降低了破波阻力。
, o! E8 e$ H4 U* s4 p& h& G) V9 i7 Q6 p9 |
, ~7 s8 v' c# x. V
另外,安装球鼻,还有利于提高推进效率.但其效果一般不如降低阻力那样显著。
& {* f8 K6 p0 d/ D
% `1 I( g; s( F% {6 X, e4 ?
i1 S4 w4 o: \" l, F" X) H9 H. s+ U' s
(二)球鼻首的形状特征
& v g( V! K" A
3 I5 H$ s( G% K+ u* M( V, x: r# p" O) y5 b8 |
# M- n0 Y+ L: V" ]% L$ v2 r球鼻的种类多,图7—10为几种典型的形状。水滴形球鼻常用在船型较瘦船速较高的船
& k! W! L/ P# H. c9 v- b8 B. n3 A \( N. l% I. ~; |1 a
撞角形球鼻和圆筒形球鼻适用于低速肥大船“sv”型和犁型适用性较广。
8 j' G# [7 W: d4 F" p, H: n# L5 H3 ^6 C
五、球尾4 n3 j( Z6 v. v5 }% [* R8 h
& {; U7 S; [/ [
% {4 u. a7 ^* ^ h$ W
经过实验研究并得到应用的常见球尾有;
# e3 K7 ]2 `- a8 g0 I; C( k& t4 ^, g& W, B0 k% ]
(1)雪茄形球尾
1 C, W6 \- Z4 C( `& y它使螺旋桨的来流均匀,对减小螺旋桨的空泡和激扳力较为有利当Fr>0.28时,在快速性方面稍有收益。
' h% T' E0 E" D. e6 @! Q9 H1 n8 {! ]& M- Q5 _$ v% ?6 e
(2)同心球尾% ~) H+ G4 [! A- q2 ]) a
对Cb=0.571、Lbp/B=5.70、Lbp/△1/3=4.85船型的研究表明,与普通尾形相比,这种尾型在试验速度范围内可降低阻力2%,主机功率可减小3%。$ C7 X9 Q! C$ U4 M! [+ t' X+ o
" |6 x/ A- K* ^* R# j8 f
7.5甲板线* v- `: y5 K9 |) N
+ L; l6 r, | ~: n: X* q
(一)概念& j( {6 a: [: j/ B, X7 R8 j
" W1 u" R8 P8 B7 Y舷弧线是甲板边线在中纵剖面上的投影线。
: \: W1 n3 B: r+ d5 g" v0 m; d* m2 D$ ?: `% {! N3 v
脊弧线是甲板面与中纵剖面的交线。
- L$ W" R* ]5 X9 n; s1 R, D" q: H* }
甲板宽度
% g: N! _7 H% M- @1 L) D( R I8 D
6 B6 i3 c# T! _6 I; W梁拱
7 z9 H6 y8 Y) Z$ \
1 H3 X& S' g1 n( Q4 F' J8 Q(二)设计
0 g" V) H: g/ r7 U" r& ^4 ?7 C$ b( q+ A( N1 E
1、舷弧! A {) V& B, |. T4 ~3 O
6 c1 p! r7 A: K5 }4 D* m
船舶载重线规范规定标准舷弧为二次抛物线,4 l1 h. v, s4 Z
- @ h: o( O7 n9 \对于海船,也可取其为非标准舷弧。
2 n5 y0 i3 E% r, r4 P) c" _. \: ~+ `3 m3 O- E+ [$ n
首舷弧值的大小,一般是由甲板上浪和淹湿性的要求来决定。通常尾舷弧为首舷弧的一半,这也是考虑甲板上浪或小型船舶尾部舵机舱高度的需要。( C( K, J! c, K9 b1 s) r# [5 f
; b6 m! i7 D$ D* p( q8 L
2、梁拱
- n5 y R ]0 @" l# e; F2 f* M5 v0 m) c- ?
- k5 Z/ d0 |2 V" k它一般取为(1/50一1/100)B。
! ?2 S0 }: o5 m- ?! ]6 V! T8 B- W' V) i! h; n/ C4 ?9 e
对于海船.常用1/50。: _( @* u- C q- u0 d$ y
: t/ @+ B/ R: k* c, h
对于内河船常用1/100。
( j+ b0 y8 Q3 ?0 Z, f
# R5 h3 i% w/ d6 T( T5 T8 X梁拱线一般为抛物线形状。0 e' }" X3 s y w& y& x
9 a& D7 }, a9 o% s g# X! Q( E4 a. @; r! w
, w# R' D6 J+ [1 s7.6型线生成
) Y, x+ I4 Z+ W) [( I9 k2 ~6 n$ Y0 k
7 U2 X' G. h% T. W* l
2 v0 N' X5 Y# w+ X; C2 M3 [/ X- u9 z• 一、自行绘制法$ ^- f p2 d# S" ]$ X, V V/ _1 Z
(一)绘制网格线
7 `0 V* h) B( V" P: G) o
5 R. ]* n0 A8 u, T/ z(二)绘制横剖面面积曲线、设计水线、
1 ]. x# G: ~: _' i6 [! } `3 g! I: }# A: i4 Y, r+ [
侧面轮廓线、甲板线和中横剖面线
5 T6 f( j d" w. H6 U' B5 r, j1 t) i( k
1.绘制横剖面面积曲线+ X' F. A4 d8 I
6 j6 N& W) n# p7 ?' `+ y4 @2.绘制中横剖面线(或最大剖面线) , m& M( L0 p3 M' l2 [$ n% F
(三)绘制横剖型钱、水线与纵剖线
9 U; G6 G2 O: ^- R) D1 S$ T( K
1. 绘制横剖型线" W0 C9 A4 [8 o
) [3 Z3 s3 D4 M* v5 _2.绘制水线半宽图5 f5 k! K4 s% T
* n) d `% S' [
3.绘制纵剖线' y, h7 x1 G- k) ^: E2 U
- S2 B% A0 ^7 s: A3 B8 A$ r- _& o: E5 r% F( i5 I' F, c |; a( v
5 A1 j5 s9 ~" t2 f+ P
二、改造母型法5 R; M4 |2 }! h7 S
( ]+ R1 `! Y# h; }4 X1 T% J(一)主尺度改造7 d+ e9 c3 e' {+ m1 g% C
5 p; P# u8 J w" p
! g) H$ g+ T Q9 O& S L6 D
& o9 Q7 V& c* R9 g7 \4 A5 a(二)横剖面面积曲线的改造
) U9 A* X# y3 y4 I" h
+ i3 \3 C5 n! @# n. v% _& {1.“1一Cp”法" y" X! H, r* O5 |! x/ j
8 F- G- [+ R2 p, O/ I. s
2.莱肯贝法
. R+ `# r- t# c& n, y& d, J! x" w" P2 H+ J" L: b9 ]
(三)其他参数的改造及型值的产生
" q: f ]# l. ^3 B
6 g( G! D0 ~0 K0 a# |2 n1 M) k# a7 @8 m6 f
2 M1 l% D# X( W
# a% D+ Y5 e& t! Q) I- b1 H$ i' q; e( f- @8 r
三、系列船型法
& a1 Z9 S) x3 g/ w8 h2 W* H
" M! Z4 v8 Y# `: b. \5 ~! x- l
& C0 R% b" F" ^4 M8 O5 T
4 p8 G+ p( S; C" J5 h& R直接选用优秀系列船型的型线资料。
" D a. D, f: s# I/ J# U( w, ~$ d5 B: D7 t1 n+ W: f6 g/ ]% m3 N6 `
系列船型一般都经过广泛的系列模型试验,其阻力、推进等试验资料较全面。
1 m2 D, z, q. m8 D( Y. M) J @$ l
+ B0 R7 O( n ~0 r R' K: |2 X- d每个系列船型都有它的适用范围,在应用时,应注意它们的适用范围若
; k3 S! c/ D6 a A+ }- J0 e7 Z7 R7 D9 u$ ^" D
6 w: r. K( x1 ~1 t
※第八章; b5 `% P9 B3 l
第八章 船舶总布置设计" q" g, |% S4 }; e. h; p% x
§8-1 概述5 z" r* o& c8 S* ?/ i# O0 N- d
§8-2 总体布局的区划+ U/ Q2 Z4 U3 C, F6 i
§8-3 纵倾调整
" Q$ M* H! I4 z5 U o! T# T3 X§8-4 舱室及梯道的布置* F8 n9 v& n) M" j6 w1 w
§8-5 舾装设备的选型与布置
$ a& z$ z# U* }- f5 S* v0 L§8-1 概述
# A! X* W: t5 W, h8 N: | q* C, i' p3 J3 Z& o
所谓总布置设计。是以满足船东提出的使用要求和航行性能为前提、合理经济地确定新船整体布置的工作,具体地说,就是要完成新船总布置图的设计与绘制。船舶总布置图,一般包括侧面图、各层甲板、舱底平面图及平台平面图.有的还要绘出横剖面图和阴影图。
, y9 V9 ]: z6 y0 d; q总布置设计的持点是涉及面广、考虑因素多、实践性强。
' c3 `: i0 b* z' ~/ q& h$ T/ T8 I在总布置设计中,除了注意各类船舶布置上的特殊要求外,一般都应遵循下述基本原则: (1)最大限度地提高船舶的使用效能。 (2)保证船舶的航行性能。 (3)满足各有关规范、规则及公约的要求。 (4)便于建造、检查、维修及设备的更换.船上各处所应有良好的可达性。 (5)舱室布置时.要努力改善船员与旅客的工作和生活条件。 (6)在经济适用的前提下,注意外部造型与内部装磺,给人以“美”感。
7 o. B& R" {. r% N4 O7 v
: p; P: H+ h4 i+ j( @9 D* F" `6 q§8-1 概述' M' W" F& J- k$ f1 g& H4 {5 R- `* z
# T* j! A$ O# T
总布置设计一般分两步进行:! v0 ~: x2 b9 |, y2 \" N! k6 U O
第一步,在调查研究和分析母型船资料的基础上,根据新船的使用特点和技术任务的要求,确定船舶主尺度并进行总布置草图设计。
% _, r( S5 V/ C- X. T第二步,根据方案审查的意见,修改总布置并进行草图的深化细化工作。, I" f1 q9 t9 i6 |6 p* I& Y
总布置设计的工作内容主要包括: (1)主船体与上层建筑的总体区划; (2)纵倾调整; (3)梯口与通道约规划、舱室布置; (4)绷装设备的造型与布置。" ^0 u' W) a9 B3 r
7 A# n9 A: E4 W& c§8-2 总体布局区划
9 S; B! y" O S* a' o, {8 w1.主体内船舱的划分 1.1纵向区划 (1)肋骨间距: H) U5 k2 j: d1 x% ~( S
我国《钢质海船建造规范》(1996)规定;标准肋骨间距 : Sb=0.0016L十0.5。+ l3 i! L' l/ |: z. @
《钢质内河船舶入级和建造规范》建议内河船的肋骨间距S=0.5~0.6m,全船统一。 (2)水密舱壁的数目/ r H" G5 [3 c Y. X. z
《钢质海船建造规范》(1996)从保证船体横向强度出发规定了海船的水密横舱壁一般要求不少于所列的数目,并且规定机舱的前、后端壁应为水密舱壁;除尾尖舱舱壁外,其他水密舱壁均应通到舱壁甲板。' B' m8 l$ j8 H# t6 K
0 _$ u0 B: `1 H
" i \# |. R# m! @! b
# u+ a e4 i) T( J% b§8-2 总体布局区划+ i& _; u9 X4 T# N
(3)首尖舱长和尾尖舱长
1 I% n" G) y7 `8 c& m) ~9 ~$ N规范对海洋货船作了规定。
8 s7 J" E1 k3 O1 {. X- }' }$ v# X+ [% E《钢质内河船舶人级和建造规范》对防撞舱壁位置的规定与海船相似。而其他各水密横舱壁的间距一般应不大于6倍舱深。 (4)机舱部位+ @$ G+ K* l% v$ a' A* o
通常,按机舱部位的不同可将船分成尾机型船、中机型船与中尾机型船,等等。总布置设计时、应根据新船的具体任务与使用特点选择合理的机舱部位。 (5)货舱及客舱的划分$ K8 S* d9 S+ H6 T3 P
对于货船,当确定了首、尾尖舱舱壁的位置及饥舱的部位和长度后,根据规范规定的最少舱壁数,便可确定货舱的数目。
}# w! g" O, e: p$ i- B4 D客船主体内船舱的划分,一般根据分舱与破舱稳性的要求并结合防火主竖区长度的规定来确定。
}. g. D5 V$ X3 ?- u& b; u6 s
: g9 q. C& `: |3 D# x+ t- U2 x§8-2 总体布局区划
$ r' R2 j1 @: t! P1 W9 ` A% J1.2竖向区划
( k' |0 c1 ?# O: s船主体部分甲板或平台的设置,涉及到层数、层高(甲板间高)及双层底等三方面。
& v5 G& y& c# [$ h! z9 [双层底的设置.主要是为了保障船底触礁或搁浅时船舶的不沉性,同时可作为燃油、淡水储存舱或压载水舱。 1.3舷边舱与顶边舱
$ T+ Q# `/ \+ X0 o5 z9 H0 t矿砂船、运木船、集装箱船及多用途货船,常设置舷边舱,顶边舱则为散货船所采用。8 Z- b7 [8 m" F) l, w
整个舷侧自上而下设置舷边舱,大多用于单甲板船或载运重货的船,即容量要求不高、压载量要求大且船体强度要求高的船。
" k7 z: G. I' Z: M+ o; p% T( [多用途船的舷边舱的主要优点是在上部形成箱形结构.对总纵强度及扭转强度有利、故该舷边舱亦称为抗扭箱;空载航行时它用作压载舱可提高重心,改善压载航行时的耐波性;同时甲板间货舱的宽度减小。有利于载运谷物,改善谷物装载稳性;并且船体结构重量较轻,大舱舱容较大,经济性较好。 G2 r# v* f% h5 |/ u/ P, ]
散货船为便于装载谷物都采用顶边舱。4 N8 n4 _3 ]$ y( l
3 K% n' }# p" u5 d+ f6 z$ w" v
§8-2 总体布局区划( U* \5 {: \6 n3 ~, p
1.4油、水舱(柜)的布置& r+ [, t5 h* g2 J
布置油、水舱(柜)时、应考虑和注意以下几方面的问题: (1)充分利用不便装货的狭窄处所装载液态的油、水,在满足使用要求的同时,力求缩短管路以提高船舶经济性。 (2)注意油、水分离。各种油舱与清水舱之间、清水舱与压载水舱之间、燃油舱与滑油舱之间均应设置隔离舵;燃油舶与淡水舱均应分舱布置,以免集中于一舱.一旦该舱破损进水后油或淡水失去供应。 (3)尽可能将燃油、淡水舱的公共重心布置于近船中处,以免油、水消耗后产生大的纵倾。 (4)注意防火安全,避免燃泊舱与居住舱相邻布置(小船不得巳时应按规范涂设防火敷料).燃油舱的出气管不要通过生活舱室。 2.上层建筑部分 2.1形式
* n: g/ a( c$ L- o5 h4 X5 M上层建筑是上甲板以上各种围蔽建筑物的统称。上层建筑分船楼和甲板室两种。 2.2确定上层建筑尺度应考虑的因素 (1)甲板面积要求 (2)浮态与稳性 (3)驾驶视线 (4)其他尺度限制因素% n1 _9 G' ]0 q8 m/ W# L9 _
3 i, q8 t9 |2 x; o. x§8-2 总体布局区划4 ?. n2 p8 ^7 O2 K2 M
2.3上层建筑的设置与尺度的确定
0 c2 N* a$ C: H; W4 k新船上层建筑的设置,应根据船的使用要求与特点,参考同类型船进行考虑。但各船又往往各有其具体特点。
" }2 | r0 q5 R V上层建筑尺度,要根据设计船的具体情况综合考虑各因素而定。- q9 [3 {& p3 }% `( ]+ k# _
上层建筑各层舱室的划分与布置,应根据各舱室的使用要求、特点进行考虑。具体勾画总布置平面草图时,一般参考母型船进行,但应注意结合新船特点加以改进、使之更美观、适用。1 }8 h A- Z2 H0 C
) @) h! U4 o, v# O! s( C§8-3 纵倾调整
& \, T4 C* S+ U! U. f% @7 F3 u; r% V- }& m' Y
船舶在各种装载情况下的浮态(指首、尾吃水与纵倾)对船舶快速性与安全性有较大影响。一般在完成了总体布局区划后即要对船的浮态进行计算(或估算).根据计算结果调整总布置,直到浮态满足要求为止。这种浮态计算与调整的过程称为纵倾调整。 1.船舶浮态要求
2 |) o5 @/ ` N6 S8 s% `0 L船舶装载情况变化.船的浮态也随之发生变化。如船舶产生较大首倾.则阻力增加、首甲板上浪,同时尽吃水减少,螺旋桨推进效率降低并可能发生空泡现象.严重时可导致“飞车”;反之,加产生较大尾倾.则首部船底可能出水并产生歼击;在限制航道中行驶可能发生搁浅或触礁。因此.营运船舶在各种装载情况下应有适宜的浮态。船舶满载出港和空船压载工况的浮态是设计时要重点考虑的。 2.浮态计算
$ |$ ]+ l/ u! Z3 S技术设计阶段,根据设计船的型线图计算并绘制静水力曲线及帮戊曲线。绘制总布置草图,进行总体布局区划后即可进行浮态计算。# h" D5 P0 o" M2 T3 _7 Q
船舶初始设计阶段,当新船型线尚未绘制时,可粗略估算船顾重心与船舶浮态。6 }; r, G4 R: Q8 N4 t- B
3 [0 b& ]+ F. }8 G3 I2 n8 b§8-3 纵倾调整( a' r: Q# `2 c# h( j- X1 ]
3.货船纵倾调整的方法 3.1满载出港状态 (1)改变油舱、淡水舱的布局 (2)中机型及中尾机型船可适当移动机舱位置 (3)改变浮心位置 3.2压载出港状态 4.其他类型船舶纵倾调整& } J% G, a* [* u* \& B% [1 W
& w1 C. B, ^6 \9 C* F. `( z
§8-4 舱室及梯道的布置% d. ^; K* I z/ b t$ R! f
1.生活舱室的面积和设备标准 (1)居住舱室 (2)公共处所及服务处所1 ]8 Z a* V' Q; a( \6 {5 p( i1 b5 ^8 \' W
生活舱室的面积和设备标准,一方面要考虑乘员的工作和生活条件,另一方面也要照顾经济性和实际可能性。实际上由于各船的大小及乘员人数的不同,实船可能达到的标准也极不相同。我国已经对海船及内河船分别颁布了《乘客定额及舱室设备规范》(下简称《规范》)。交通部还编制了标准《沿海客货船舱员和乘客主要舱室面积及家具设备配置》(JT4523—84)(下简称《标准》)。《标准》从使用、安全、经济等方面出发考虑到有关规范的要求,对船员和乘客居住的舱室采用简化和统一方法.以减少舱室型号和非标准舱室的建造,这对设计、建造、提高经济效益都是大有好处的。设计新船时可参照《规范》和《标准》并参考近期的型船来进行。* K3 [% T: _2 g
5 o2 t& c% V# A( r§8-4 舱室及梯道的布置
/ _9 J0 V; Q. J7 T" T1 `2.生活舱室的区划和布置 2.1舱室区划 (1)船员舱室(2)客船旅客舱室(3)生活舱室 2.2舱室内部布置 (1)舱室布置要有明快感。 (2)大的公共舱室,如客船的餐厅布置上最好形成小的“区块” ,以免给人以低沉感,并注意内部要有宽敞方便的通道。 (3)床铺有纵向和横向两种布置方式。船横格时纵向布置要比横向布置舒适些、但前者所占的舱室地位较大,视具体情况二者都可采用。 (4)海船上居住室的门部设在内舷围壁上且向室内开、门的宽度应不小于0.6m。通向露天定廊的门则向外开。根据建造规范的要求上层建筑的底层要设置水密门,上层设置一般门。大的公共处所应有两个出口,相距位置应远些,门应向外开或用双扇门,以利安全。 (5)海船各部位的窗的形式应根据建造规范及载重线规范对舷窗水密性的要求来选取,客船还须满足抗沉性规范的规定。居住室窗的尺寸应大些,以利于危急时逃生,窗的位置应有利于舱室采光、并应尽可能位于两根肋骨或扶强材之间。
: F$ w: @, _6 Z; ?" L B
" ~ S0 ~' P/ Q" J§8-4 舱室及梯道的布置5 B- k* I4 M! k
3.工作舱室及其他舱室的布置 3.1驾驶室、海图室、报务室、雷达室 3.2应急发电机室、应急蓄电池室 3.3变流机室、电罗经室 3.4各种贮藏室 4.机(炉)舱棚的尺度与布置; g4 ^" ]1 s+ b) g9 E, ^4 a
舱室区划和布置还涉及到机(炉)舱棚的大小相位置。机(炉)舱枷的作用是把机(炉)舱围蔽起来,保证机(炉)舱的安全,减少机(炉)舱的噪声、热气对舱外的影响,也有利于机(炉)舱的通风采光。上层建筑甲板间机(炉)舱棚的最小尺度应能方便地吊进(出)主机、锅炉和其他设备。 5.通道与扶梯的布置 (1)满足有关规范的规定 (2)建筑内部各处所之间,内部与外部之间的通道要直通,不要迂回曲折。单出口的走廓要短,且不应超过13m。各层的扶梯尽可能上下对齐,扶梯的位置应明显易寻。 (3)梯道要分主次,主梯道应宽敞。4 ^5 r$ C! A0 M5 k; R
! a& _6 t) @& A
§8-5 舾装设备的选型与布置
7 J7 d* \( ?, | G6 `( R1.锚泊设备的布置 (1)舾装数N与锚泊设备 (2)锚链舱与锚链管 (3)锚链筒的位置与尺度 (4)系缆设备的布置 2.起货设备 (1)货舱口(2)起货设备 3.其他设备 (1)救生设备(2)信号设备 (3)通风设备(4)消防设备
+ Z1 _2 _: R: {4 R
- L5 Z+ J" ?! s. n4 S2 v* i, y※第九章
: X. C9 `( Z: C! F4 T: N第九章 典型船舶设计实例9 O' S- _) h5 v
9.1 17500吨多用途货船设计 设计技术任务书 (1)航区、航线
7 w) l3 v* l' R, O2 P' i( r& R无限航区,不定线航行。 (2)用途
; q) u; _: D8 [) W) I3 J0 i" ]本船适应于装载下列货物;集装箱、包装杂货、散装谷物、工业成品、原材料、成形木材等。在装载重货时,载重量不低于17500t。 (3)货舱容积' k* B! e$ V$ d+ w; [6 ~. y
包装容积不低于25000m3。 (4)船级% ~$ H8 [, x1 L+ T( T/ z
除须满足中华人民共和国船舶检验局颁发的有关规范外.还应符合有关国际公约及规则。 (5)主机3 l# a# v% Z d1 V0 B3 V: U0 l3 R! a
主机型号:B& W6L67GF。
- m, r6 w, T% \* x8 Y5 H" Y主机台数:1台。) m% ]: {' c3 F! ]
常用功率:7497kW(10200PS) 转速 115r/min。 (6)航速
: L0 @* x" R/ h1 X2 @在静水中、风力不超过蒲氏3级时的满载试航速度不低于15.9kn (7)续航力 12000n mile。 (8)起贷设备
: b& p6 ?9 b- B4 D, r/ J+ N1 Q7 C采用25t电动液压起重机.以便于集装箱的装卸。 (9)舱口盖负荷
% H! Y5 _' l1 \. {7 S上甲板舱口盖的设计负荷为2.5t/m 2。 (10)船员人数
3 G8 `9 P* a: Q$ B& {- e' x0 v高级船员:14人; 一般船员:23人;
. |& k/ i) r, H$ e# Q各
: X( _: k* G m4 B. q员:2人;总
$ u/ [% \$ J! N1 o计:39人。+ P9 Y( A# j" w" F
; L3 d5 c ~' K2 u! X
第九章 典型船舶设计实例$ G3 b* D \8 `6 A
9.2 1200/1500吨江海直达货船设计 设计任务书提要 (1)航区、航线+ {+ e0 I' i9 w) S
长江中下游至我国东南沿海各港口,稳性符合近海(Ⅱ类)航区的要求 (2)用途9 j ?( m; ?- E, e' ~
主要运载钢材、煤、铁矿石、建材等干杂货。也可装20’标准集装箱30只。 (3)航速9 _) E- V+ L! t0 B& D5 D" l
航速不小于9.0kn. (4)续航力 G* I/ T2 s( j& i; u) }7 R! _4 ?
续航力为2400 n mile (5)主饥: s: Z" p, P# L& L
主饥型号616013。616014一台,功率为183KW*2 (6)船员人数5 `9 T4 C( O3 N+ @! P4 |
船员人数为23人 (7)载货量- }3 E" W7 e. H: a) T
载货量为:1200t(设计吃水) 1500t(结构吃水) : [! J- `* b5 h) M% P7 I( b
第九章 典型船舶设计实例
7 ^1 ]$ E4 C4 Y# E$ u9.3平头涡尾600客位内河客货轮设计 任务书提要 (1)航线3 S: y( z( _% \6 j; e& W' Z& _4 s: {
宜昌至重庆,B级航区.J级航段。 (2)载客量. u6 `" G8 Y3 s5 N" a; v
旅客600人.其中卧铺不少于300入。 (3)尺度限制
+ f% }6 l% M6 t' `0 S总长Loa不大于50m.设计吃水不大于1.6m。 (4)主机/ k6 Y9 o, ^; d5 ]( \
采用62002c型柴油机,左有机各一台;! b- C/ M6 A# z ^9 D' f: g$ b
额定功率为316.5Lw×2 持续功率为287kw×2 转速为750r/min 减速比为2.92:1 (5)航速
7 Y% D4 h+ q1 t( f- t4 L满载深静水航速不小于26km/h。 (6)稳性
6 s+ l# o: B5 `* o% T S满足ZC《长江水系船舶稳性和载重线规范》(1980)对B级航区J级航段船舶的要求。 (7)船员 30人。
& N; F4 p% G9 \+ s3 @+ q8 B+ F- w9 C u2 M
第九章 典型船舶设计实例9 Q! m( k6 }' W/ O% i. `
9.4 3234kW海洋救助拖船设计 技术任务书要求 (1)任务! W6 x, U5 n d; v6 G1 j) }" g7 z
具有救助、拒带、消防、潜水作业等多种功能的无限航区海洋拖船。 (2)主机+ x/ e6 F' S: s' S! l- P
两台12VE 300ZC柴油机,每台功率为1617kw、转速为285r/min,双螺旋桨,可调螺距。 (3)航速及拖力
9 {$ ?: l& t* C1 l4 R自由航速不低于15kn,最大系住拖力不小于400kN。 (4)续航力$ O6 |4 {* ~6 j1 o! ^
按服务航速计算,续航力不小于10000n mile,自持力为40d。 (5)稳性及抗沉性
5 Y# u, _4 t( s* P9 Z* D# H稳性满足我国稳性规范的规定。抗沉性满足一舱不沉。 (6)吃水% R# O" n) `2 ~4 G7 X" ?$ \% C) ^
不超过5.5m。 (7)结构
' Z/ Z0 y! E2 V B% M4 P% ^满足Ⅱ级冰区加强的规定
2 o' r- O" }* G8 ], ~8 p M; o1 O, ?$ d: {6 v# ^1 @
" B4 b0 Q9 p" j; J
※第十章* R" P! D# G7 `# n& f3 l2 B
第十章 新船型与新技术在船舶设计中的应用4 U2 L/ ~' E& I! s6 A" g! X# [
§10-1 节能船型船舶设计中的应用" `1 p! d( q& ^( _1 B
§10-2 节能技术船舶设计中的应用
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第十章
7 V4 U4 u" X4 p+ X0 W% A新船型与新技术在船舶& N' K `# `7 }. h3 U. q
设计中的应用
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船舶节能研究主要在两个方面:一是节能船型与节能技术研究,旨在降低船型阻力、提高推进效率和回收桨后尾流的能量;二是从主机与动力装置入手,提高热效率、降低单位功率的油耗量以及余热利用等。其中,后者主要是轮机人员的任务.而前者则是船舶工程技术人员的使命。
& }4 K; R- F( Q9 m7 c0 ?本章简要介绍节能船型与节能技术研究的若干成果,重在明晰节能机理,以开拓读者在船舶设计中应用新船型与新技术的视野。7 L0 J: H# s. T, w3 u# S U4 G
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所谓节能船型,就是在相同的功能下所需功率比常规船型更小的船型。节能船型就是阻力小、推进效率高的船型。* J Q% w. i/ n- \
一、平头涡尾船型, t/ w# }" E% y9 g: t7 i
平头涡尾新船型在目前国内研究的内河新船型中,节能效果是非常显著的。它除了具有良好的快速性能外,还具有良好的稳性、操纵性、甲板面积大、船体振动小、在一般的江河湖泊航运时能触坡上下客货等优良性能。 (一)船型特征
( G& Q* E+ O, t$ r3 x2 ?" R平头涡尾船型的主要特征是平头纵流压浪首与涡尾的有机结合。所谓平头纵流压浪首,是指继承了我国民间平头船的外形,采用相当宽而平坦的首底型线以形成纵流.同时采用与设计水线成小角度(d)的平直的纵剖线.并在首垂线前方伸出相当长度(l)以起到压浪作用。! s' `5 q1 g8 [
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4 l5 F1 R& a2 z$ {. G# h* |(二)节能机理
1 |: N: H: | O) c5 S E$ R内河船因受航道水深的限制。其B/T较大而L/B较小,致使常规型内河肥的阻力性能较差。同时,常规船型的来流主要绕船体两舷侧流动,为侧流型。
2 b" p/ \: l9 a# R5 L平头纵流压浪首型线,可使阻力与消波性能获得显著改善:平坦的船底横剖型线和平顺的纵剖线,使船的来流沿船底以纵流方式经较短路径流向船后(即纵流型),同时由于船底纵剖线与水线面成相当小的夹角(d)、且船首又有一段压浪长(l),从而制约了来流水面在船首附近的升高并压迫水流向船底流动,起到压浪消波的作用。! d4 w% k* }" n3 J! l6 B! E
涡尾,经大量船模试验与实船航行发现有下列五种作用:, r( D2 a1 o d- W4 W5 G
(1)形成假层,涡尾与中央隧道的纵流作用,能使船模自航试验在开Fr>0.20左右时就形成假尾,从而使船体阻力显著降低。* F" {( ~, B- i) ~6 M
(2)消减尾浪,理论上和实际测试均说明,涡尾的兴波高度比常规船尾有显著降低。6 ^. g9 _* y4 f7 I* c1 t, I
(3)提高推进效率,Q.P.C值主要依靠推力减额t的减小、伴流分数的提高和涡尾的反桨效率而获得提高。1 V9 f1 w0 i8 d, H. G5 c
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& Q9 K3 M* U' H1 @$ O3 R0 _/ i(4)回收螺旋桨尾流中的旋转能量 ,由于涡尾能诱导反桨的预旋流,从而有可能将尾流变成向后喷射的直流,减少螺旋桨尾流因旋转而带走的大量能量。' O7 V4 k& {- b! x) Q
(5)消减振动,由于在涡槽尾处轴向与周向的伴流,大体上都沿着以涡尾中心为圆心的圆周上均匀分布,而且,桨轴中心线和涡尾的中心线重合.故螺旋桨各叶片上同一半径处的叶原体旋转一周所遇到的水流基本上也是均匀的,加上消耗在螺旋桨尾流中的功率大量减少,因此,作用在船体上的机械振动将显著减小。
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; b$ D1 E1 }5 U6 z1 H2 S1 p/ l(三)船型设计要点 1.平头涡尾船型船首设计 (1)纵流角! p! W# b5 W8 u2 c
在0.27<Fr<0.36范围内,存在一" F% y" C5 w) ^& R: H; ?
个最佳的纵流角大小约在6。左右。 (2)首压浪长度
2 o x) s" H- l D8 E一般情况.选取5%L工作为压浪长度,
& [9 h3 K. S$ E N可以保证有较好的阻力性能;若考虑到超载航3 K7 r( b9 f1 c/ W+ K
行,则可略长些。 2.平头涡尾船型船尾设计
7 D- L8 p7 ^, Z9 R- h, m涡体:和螺旋桨相接的突出的船体。
* \$ t3 b% a4 T3 S涡顶线:涡槽内最高点的连线。
( e9 F0 A3 J7 N: F! S外切线:涡体上圆台部分和舷侧面相切的切线。
' {4 C$ [1 g0 j/ k) m$ \! f内切线:涡体上圆台部分和船底相切的切线; {- S+ U9 H: U/ T9 Y7 M0 f4 T8 P
圆心线:涡体上圆台部分的轴线。
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平底线:PW船型水平船底和舭弧相切的切线。。
) E0 l0 y( O: A" f在平头涡尾船型上,螺旋桨的安装位置通常在L1.5站附近,因为螺旋桨是靠螺旋面来工作的,只有使涡槽表面形成螺旋面才能有效地抵消螺旋桨的周向诱导速度,因此、涡槽处约表面基本上应该用螺旋面来构成。其与平底相接的部位用圆弧来过渡。 (四)实船应用$ _# W( J/ Q4 u/ m& h3 G
第一艘平头涡船实船于1979年在浙江下水,实船试航结果表明,与常规船型相比、节能效果达15%一22%。 1981年,平头涡尾船型增加宽吃水比(B/T)且吸收了隧道船型的优点.使船身效率由原先的1.1左右提高到1. 26以上,称第二代平头涡尾船型。其实船代表是600客位客货船“丰都6号”。 1984年研究了用于内河推、拖船的平头涡尾新船型,它采用了深隧道尾和盆式横剖面形状、径深比达到1.4。试验表明,船模的似是推进系数在中、高速时,达到0.80左右。在拖航状态、航速为(11—17)km/h时,似是推进系数可达0.55一0.75,称第三代平头涡尾船型。
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二、双尾和双尾鳍船型& l! F/ R9 j/ z+ F3 P
对于螺旋桨负荷高的船舶都需采用双桨。但常规双桨船的船身效率低、附体阻力也大。怎样克服常规双桨船的这些缺点。是造船工作者的一项重大研究课题。 (一)船型特征
2 X3 l% F+ k# f. J: O$ e1 d双尾型线是在肥体尾部形成两个尾体的型线,两个螺旋桨的工作环境类似,针对螺旋桨的工作状态(如外旋、内旋),尾鳍的形状可作相应的变化,以充分提高推进效率。 (二)节能机理
0 r! m. F1 r7 X' N; u" P0 t双尾船由于两个尾细长体使中央隧道平顺,船体的去流段可以缩短,允许最大横剖面自船中后移10%一15%船长,这样对前体而言就相当于较长船的前体,因而其兴波阻力系数也有所减小。8 t5 t& p' J, Z; [8 D: E
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双尾船型为降低螺旋桨转速创造了条件,在双桨效率较高的基础上通过降低转速可进一步提高螺旋桨效率。 (三)双尾舰型的线型设计
$ E& S, Q+ H+ F* O7 m根据试验结果可知,双尾线型应以中央隧道的纵中剖面形状和尾轴间距作为主要参数。 纵中剖面线确定以后,再选定尾铀之间的距离b最大横剖面后移程度,并配合后体的方形系数来确定尾部的体积,最后完成尾部线型的设计。 (四)实船应用6 r6 x& n% q: I) b$ D2 }* x, N
双层船型因其在较高Fr时具有明显的节能效果,故大量应用于客船设计,成为长江第三代客船的换代船型。
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; K3 e1 z% D _! r2 R三、不对称尾船型" X% w9 B4 U$ e. ?* ?
中国船舶及海洋工程设计研究院等单位也进行了不对称尾型的试验研究,得出了与“Thea—s”号船模相近的结论。 (一)船型特征* ~0 `. u! {' s. ^8 o6 P' c
将常规单尾左右舷对称型线向一侧加以扭曲,即生成不对称尾船型。 (二)节能机理- P$ o$ l$ Y8 |+ c+ S: ?
采用不对称尾型,将螺旋桨上方船尾中线向左扭曲以减小水线左侧的去流角,桨左上前方3 k" q! r7 p, J; l; h4 s
船体表面沿水线面向尾方向的纵向梯度也减小.因而,该区域内的分离流动减弱、分离区缩小,减少了能耗、从而降低了船舶阻力。3 K, e6 }) v( u3 T& o* N* l
不对称尾型以其扭曲形状成功地改善了桨前、后的流场,降低了船舶阻力,回收了部分船后尾流旋转能量损失;同时,由于其桨前预旋流的产生获得反桨效率使螺旋桨推进效率提高,取得了较好的节能效果。
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/ ?' `: n) N1 D0 ~1 A四、隧道尾船型 (一)船型特征- t' ?/ B1 {2 r! O
隧道尾型线的形式有以下几种:从纵剖面图看,隧道有开式和闭式,从横剖型线图看,有深隧道和浅隧道; (二)节能机理; G+ J6 Y& a) K {6 ?* \
采用隧道尾型线的主要理由是适应浅水航道要装置较大直径的螺旋桨以提高敞水效率,改善船舶的推进性能的需要。 (三)船型设计要点' t" C" Q. W3 V- |6 P
隧道尾设计基本要求保证螺旋桨有充足的供水,使尾部水流能顺畅地流向螺旋桨并充满整个隧道,这是隧道尾设计的基本要求。 2.隧道尾型线主参数的选择
9 I% q% x: ^) F# a. U(1)隧道长度l1 隧道顶线与船体基线的切点至船尾隧道出口处的水平距离,称为隧道长度。$ \1 j0 f- v, }' {0 O3 F- }
(2)上升角
* T: d4 y6 L5 h& e4 h隧道顶线越平坦越好,顶线曲率也不允许突变。4 h2 V: p3 B B# l9 e3 i2 F' z) T, ?
(3)有人建议隧道顶线出水角应小于12。3 P$ U+ r: @" _% J/ V0 z
(4)闭式隧道尾封板在水下浸沉深度t约为(1/10一1/20)D,至少为50mm。) e" D+ {8 W9 ^5 w0 o1 z i
(5)双桨浅水船的轴线距离,一股约为B/3,如机舱布置许可可加大至0.4B,对于内河推船,可达0.5B。 (四)实船应用" D2 y0 X: Q' t% D
隧道尾型线主要应用于内河浅水航道中航行的船舶.
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10—2 节能技术在舶舶设计中的应用
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一、前置导管 (一)节能机理% E* K ?" E* u3 t* N7 w, p
前置导管能起到桨前导流作用,使桨的进流趋于均匀、稳定从而减小阻力,提高推进效率。
' N: H/ y9 \" T* n% _前置导管在船尾流场中产生附加推力,这使螺旋桨的负荷相对减小,也使推进效率提高。8 x4 K, j7 O% @* A
前置导管使螺旋桨叶片空泡的面积减小20%一60%,因而可获得较高的螺旋桨效率。 (二)前置导管要素的选择 1.导管的外形
1 Q% |7 f/ D/ t( o& o; X前置导管的外形应设计成上部具有较宽弦长并向底部逐渐缩小的不对称形。这样,上部的水流在进入螺旋桨盘面处前先经过一段较长的导管而被加速,下部的水流则加速较慢,因而在导管的出口处进入螺旋桨的水流就较均匀了。 2.前置导管的长度
4 S9 r0 q$ z7 O/ v _$ E2 K% J, d0 C前置导管位于螺旋桨前方和船尾后方之间的有限空间内,其长度受到一定的限制。 ; J8 |# p/ B6 L) ~( Y: x
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10—2 节能技术在舶舶设计中的应用
3 S# i/ M9 `: ~' I2 E( j(二)进流补偿导管的要素选择 1.导管内径 d=(0.35一0.40)D 式中,D—螺旋桨直径;d一补偿导管的最大内径。 2.导管水平宽度 b=D 式中、b—补偿导管水平最大宽度。 3.导管的长度及剖面厚度
) L7 B5 }- t9 r: d9 g0 C. m" y' N补偿导管长度约为导管直径的50%,剖面的最大厚度约为长度的15%19A型常规导管剖面形状,即 l=0.5d 5=0.15l 式中,l一补偿导管长度;5—补偿导管剖面最大厚度。 4.补偿导管中心线方向
2 z: b3 s' Y# Z- P0 V补偿导管左有两个半环安装时,均有各自最佳的中心线方向,应根据具体的船舶尾部流场情况通过模型试验确定。/ w2 H8 e$ X+ C8 o0 o! _; Q2 y, Y% i
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10—2 节能技术在舶舶设计中的应用
8 s. h& I) R7 F. e(三)进流补偿导管的特性和应用 (1)与常规导管相比,进流补偿导管的尺寸小,安装方便。 (2)与各种桨前、桨后节能装置相比、进流补偿导管在静水中和在波浪冲击下所承受的载荷小,并且与普通导管相比,它不受螺旋桨空泡剥蚀的影响。 (3)对于因螺旋桨的激振力引起强烈振动的船舶,加装进流补偿导管能使螺旋桨进流均匀,减小振动,对限制燎旋桨直径的情况、其效果更加明显。 (4)加装进流补偿导管的费用小,并能获得一定的效益。 三、反应鳍 (一)反应鳍的节能原理
/ e$ {8 T4 y: R2 g {) k; }! Z4 |它是由若干片与水流成一定攻角的鳍叶组成,水流流过具有一定攻角的鳍叶后被改变原来的流向,形成了一股和螺旋桨尾流方向相反的预旋水流.起到了减小螺旋桨尾流旋转能量损失的作用,从而达到节能目的。 (二)反应鳍的设计方法
: {; j8 F- }% U6 Q6 p/ |* `+ s! ?反应鳍的设计主要是确定各鳍叶的攻角,因为要使反应鳍产生一个与螺旋桨尾流的旋转方向相反的预旋流,必须使鳍叶具有一定的攻角。/ E5 k t, l Z9 z! h( d
反应鳍的攻角可以利用斯托克斯定理通过简化理论进行计算。% X, v! Y% J! }7 O# w' N: G& b+ E
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10—2 节能技术在舶舶设计中的应用
: j) B- _, ^4 \+ _) D7 D" }四、最佳纵倾节能技术
; x" D, R. F4 z8 B8 ^2 [/ v船舶利用压载水舱调整纵倾、使船舶处于最佳纵倾状态航行,是一项简易可行,安全可靠而又不影响船舶的基本结构及无需增加任何设备的有效节能措施。 (一)最佳纵倾航行节能特点 (1)节熊效果好 (2)经济效益好 (3)调整简便 (4)不影响船的营运能力 (二)最佳纵倾航行节能原理分析
4 t+ J0 l0 B* u船舶的快速性能,通常是在设计装载状态时最佳。0 r5 o8 ~; Q, g) p) W3 L
船舶在最佳纵倾状态航行时,船体阻力降低.推进效率提高.航速相应提高。引起螺旋桨的进速增加。扭矩系数减小,从而使螺旋桨持性曲线变得平坦。# C8 _! P' v" G& O7 I j
/ _- C* g; ~1 T+ F7 O5 s10—2 节能技术在舶舶设计中的应用
" G% Y" p. W7 o5 U5 R(三)最佳纵倾曲线绘制及应用 1.最佳纵倾曲线的绘制 (1)利用变吃水、变纵倾的阻力、自航试验结果,作为绘制最佳纵倾曲线的依据; (2)节能技术在舶舶设计中的应用作变纵倾状态的稳性及强度校核; (3)根据试验结果,对各种装载状态,从功率—纵倾变化曲线中找到各种不同航速时的最 佳纵倾值,并绘出最佳纵倾曲线; (4)根据最佳纵倾曲线提出合理的配载方案,并计算其节能效果。 2.最佳纵倾曲线的应用 |