船舶设计原理复习资料.doc

1船舶设计的特点：1）必须贯彻系统工程的思想，考虑问题要全面，决策时要统筹兼顾；2）设计工作是由粗到细，逐步近似，反复迭代完成的。船舶设计也可以说是一个多参数、多目标、多约束的求解和优化问题。23.船舶设计的基本要求：适用、经济； 安全、可靠； 先进、美观4船东对设计的要求是通过设计技术任务书的形式给出的, 主要规定新船的使用任务、主要技术指标和主要装备以及设计的限制条件等。航区和航线 船型 用途 船级和船籍 动力装置 航速和功率储备 续航力和自持力 船体结构 总体布置 设备 生活设施 限制条件5我国法规对非国际航行海船的航区划分为以下四类。 远海航区 近海航区 沿海航区 遮蔽航区 内河航行船舶的航区根据不同水系或湖泊的风浪情况划分为A 级、B 级、C 级等。6船舶必然具有许多相近的技术特征和内在规律, 这些特征和规律也是人们合理解决船舶设计中众多矛盾的结果。合理地吸取和利用这些经验和规律, 可以减少盲目性, 使新船设计有较可靠的基础。这就是船舶设计中经常采用的母型改造法的理论依据。7船舶设计一般分为初步设计、详细设计、生产设计和完工文件四个阶段。前一阶段的设计结果是后一阶段设计的依据，后一阶段是前一阶段的深入和发展。8船舶总体设计是最关键的。它需要对船舶主要要素的决定、总布置、主机选型、船体型线、主要性能等方面进行细致的工作, 通过计算、绘画、必要的模型试验及分析论证等技术手段, 得出决定全船技术形态的总体方案。与此同时, 在船体基本结构, 主要舾装设备、机舱布置、电力负荷及电站配置、机电设备选型等方面开展初步设计。9续航力是指在规定的航速（通常为服务航速）或主机功率下，船上所带的燃料储备量可供连续航行的距离。 自持力是指船上所带淡水和食品可供使用的天数。美国船级社。缩写A.B.S.法国船级社。缩写为B.V.中国船级社。缩写为 C.C.S.挪威船级社。缩写为D.N.V.德国劳氏船级社。缩写为G.L.韩国船级社。缩写为：KR英国劳氏船级社。缩写：LR日本船级社。缩写为N.K.意大利船级社。缩写为R.I.N.A俄罗斯船舶登记局缩写为 RS印度船级社 缩写为：IRS克罗地亚船舶登记局 缩写为：CRS1法定检验是指: 为保障船舶和海上人命、财产的安全, 防止水域环境污染以及保障起重设备安全作业等, 按照船舶与海上设施法定检验规则( 简称“法规”)和政府的法令、条例, 对船舶进行所规定的各项检查和检验, 以及在检查和检验满意后签发或签署相应的法定证书。船舶入级检验是指按照船级社制定的船舶入级与建造规范(简称“规范”)来检验船舶是否符合其规定, 如符合就授于相应的入级标志, 并载入该船级社的船舶录1.图纸审查是指新船或改建船舶在设计阶段按规定的送审图纸资料目录将设计资料送交审图部门审查，审图部门审查后提出对设计图纸资料的审查意见书，设计单位依此修改设计并提交对审图意见的答复书。这个图纸审查的过程通常称为“送审”。2.干舷是指船中处从干舷甲板的上表面量至有关载重线的垂直距离。最小干舷是根据规范有关规定计算得到的最小干舷值，它是保证安全性而限制船在劳动过程最大吃水而提出的要求。船舶具有足够的干舷一方面可以保证有一定的储备浮力，另一方面可以减少甲板上浪。最小干舷主要从甲板淹湿性和储备浮力这两个基本点来考虑。3.“A”型船舶专为载运散装液体货物而设计的一种船舶。“B”型船舶达不到上述“A”型船舶各项条件的所有船舶。4.船长L是指最小型深85%处水线部长的96%，或沿该水线从首柱前缘至舵杆中心线的长度，取其大者。5.B60型船舶：船长超过100m的B型船舶，在计算干舷时，其基本干舷取为B型船舶表列干舷值减去了对应船长的B型船舶表列干舷与A型船舶表列干舷值之差的60%，这种船称为B60型船舶。B100型船舶：当基本干舷的减小值增大到B型船舶表列干舷和A型船舶表列干舷的总差值时（即B型船舶的基本干舷取为A型船舶的表列干舷），这种船称为B100型船舶。6.完整稳性是指船舶未受破损时受外力作用发生倾斜而不致倾覆，当外力作用消失后，船舶仍能回复到原来平衡位置的能力。（气象衡准也称为突风和横摇衡准）。7.船体和上建及露天设备上结冰，结冰会增加重量并使重心升高，影响船舶稳性。8.船舶登记吨位（RT）是指按船舶吨位丈量规范设计得到的船舶内部容积。包括总吨位（GT）和净吨位（NT）。总吨位是以全船围蔽处所的总容积（扣除特别规定的免除处所容积以后）来量计，它表征了船舶的大小。净吨位是按船舶能用于营利部分的有效容积（即载货处所容积和以乘客人数折算所得的容积）来量计，它表征船舶营利的一种能力。我国法规对国际航行海船的法定检验技术规则与我国政府已批准、接受、承认或加入的国际公约(包括修正案) 、议定书和规则的内容是完全一致的。主要的国际公约和规则有: 1966 年国际载重线公约, 简称“载重线公约”; 1969 年国际船舶吨位丈量公约, 简称“吨位丈量公约”; 1974 年国际海上人命安全公约, 英文缩写“ SOLAS(公约)”; 经1978 年议定书修订的1973 年国际防止船舶造成污染公约, 英文缩写“MARPOL73/ 78 (公约)”; 1972 年国际海上避碰规则, 简称“避碰规则”; 国际海事组织( IMO)其他已经生效的有关决议和规则非国际航行的船舶不受国际公约和规则的约束。4影响储备浮力大小的因素船舶要求的储备浮力首先与船的大小有关, 船长大相应的储备浮力应多些, 干舷要求也大些。除了干舷以外, 封闭的上层建筑、舷弧以及船体的丰满度( CB ) 对储备浮力都有一定的影响。封闭上层建筑和舷弧都形成一定的储备浮力,影响甲板淹湿性的因素很多, 除了干舷大小以外, 船在波浪中的纵摇和升沉运动的幅度、舷弧的大小和船首的高度、船体型线( 特别是前体型线)、上层建筑的地位和大小等都是重要的影响因素“位置1”是指在露天干舷甲板和后升高甲板上, 以及位于从首垂线起船长的四分之一以前的露天上层建筑甲板上。“位置2”是指位于从首垂线起船长四分之一以后的露天上层建筑甲板上。空气管高度在干舷甲板上至少为760mm, 在上层建筑甲板上至少为450mm Fmin = f0 + f1 + f2 + f3 + f4 + f5 ( 2 .2 .2)式中: f0 基本干舷, 也称为表列干舷(mm) ;f1 船长L BDdCB4.船舶加固定压载的主要原因如下：1.某些船稳性不足，加固定压载以降低重心高度； 2.某些特殊船舶的满载吃水太浅或排水量太小，用固定压载以加大吃水和排水量； 3.有的船因布置的特殊要求导致浮态不理想，用加固定压载来调整纵倾或横倾。（通常，固定压载只是在某些特定的船舶上加载，例如托船、客船等，这些船舶的载重量要求不高，但稳性要求很高，或者船舶在使用中本身需要一定的排水量。对于一般运输货船，设计时采用加固定压载的方法是不允许的，因为它损失了船的装载能力。有一种特殊情况是新船设计建造完工后，发现重心过高或浮态很不好，用加固定压载来作为一种补救措施，以便在新船牺牲了部分装载能力后还能继续使用。有一客货船，主机2台，每台功率971KW，其耗油率，续航力为3000（海里），航速13kn，辅机和锅炉燃油储备为燃油的30%，滑油储备为燃油的5%，船员人数100人，旅客1300人，淡水储备400t，食品5t，备品15t，载货量。风浪储备系数K=1.1，船员按每人重65kg、行李50kg计算；旅客按每人重65kg、行李30kg计算。求该船的空船重量，及满载到港时的排水量。解：船员及旅客重量及其行李：100（65+50）/1000+1300（65+30）/1000=135(t)燃油和滑油：0.2179713000/132/10001.1（1+0.3+0.05）=144.4(t)供应品：400+5+15=420(t)载重量DW=载货量+船员及旅客重量及其行李+燃油和滑油+供应品=430+135+144.4+420=1129.4(t)空船重量LW=DW=2430-1129.4=1300.6(t)满载到港时的排水量=设计排水量-燃油和滑油的90%=2430-144.490%=2300(t)第四章1.运输船舶中，载重量DW占排水量比例较大的船称为载重型船舶，例如散货船、油船等。这类船舶对载重量和舱容的要求是确定船舶主尺度时考虑的主要因素。如果船舶的主尺度主要由所需的布置地位决定，而载重量不作为主要的考虑因素，则这类船称为布置地位型船，例如客船。船舶所需的舱容和布置地位的大小，是由船舶的用途、装载货物的种类和数量、人员以及设备的多少决定的。2.容积折扣系数kc是指船舱内能用于装货的容积与型容积之比。当货舱和压载水舱总容积不足时, 首先分析机舱长度能否缩短, 因为机舱所占的容积属于非盈利部分, 最大限度地缩短机舱长度是提高舱容利用率的重要措施,则加大型深是增加舱容最合理的方案第五章1.船舶总体设计方案构思主要包括以下几个方面的内容：1）.船型特征和总布置设想；2.考虑和初步选择主尺度；3.主尺度技术性能的估算与分析；4.其他重要方面的考虑（如船舶的主要装备、法规和规范的要求等）。散货船的货舱通常设有顶边(水) 舱和底边( 水) 舱,这种货舱( 剖面)形状的好处是: 减少卸货时的清舱工作量; 可以将散货装满, 减少平舱工作量; 顶边舱和底边舱用于装载压载水, 增加了压载量, 提高了压载重心, 可增加压载航行的首尾吃水和改善压载状态的横摇性能多用途船的优点是灵活, 在货源不稳定的情况下, 具有适应性强的特点, 特别适应中短途的货物运输。对于长航线的运输, 多用途船显然没有大型专用船舶效率高。考虑主尺度选择范围的方法主要有以下几种。 母型船方法。 统计方法 经验方法。影响快速性的原因 尺度比参数的影响 方形系数的选取不仅与Fn 有关, 还与兴波阻力的“ 峰”、“谷”有关。 船体型线的影响。 推进方式和效率的考虑。 新船采用特殊节能增效技术措施的可能性。2.船舶主尺度是船长L、型宽B、型深D、和设计吃水d，通常把方形系数CB及主尺度比参数也归为主尺度的范围。（习惯上把主尺度、排水量、载重量及载客数、航速、主机功率、船员人数等统称为船舶主要要素。）3.主尺度选择的方法主要有：母型船方法；统计方法；经验方法。（选母型船的标准：相近，优良）4.减小阻力，提高推进效率始终是船舶设计中研究快速性问题的两大方面。5.船舶的完整稳性包括初稳性和大倾角稳性。与初稳性相关的因素主要有：重心高度、型宽以及流水线面系数。与大倾角稳性有关的因素除了上述因素以外，还与干舷、上层建筑（符合封闭条件的部分）、进水口位置以及受风面积和形心高度有关。从保证稳性考虑，降低重心高度无论对初稳性还是大倾角稳性都是很重要的。船舶的初稳性高必须从上下限来考虑：初稳性高下限是从保证安全和使用要求来考虑的，其最低限度必须满足法规对各种装载情况初稳性高的要求。初稳性高上限是从横摇缓和性方面来考虑的。初稳性高越大，船的横摇周期就越短，横摇加速度也越大，这对船舶的安全性也不利，并使船上作业困难，设备易产生故障，货物受捐赠，更使人员易晕船或感到不舒服。因此，设计中对初稳性控制是要求在保证初稳性高下限的条件下力求使横摇周期长一些，横摇运动缓和些。（在船舶设计中，由总布置来调整重心高度的余地较小，初稳性高很大程度上由所选择的船宽决定。）提高稳性的方法有：降低重心高度；增加船宽；增加干舷高度；提高船舶的进水角色；减小自由液面的面积； 减小船舶受风面积即上建高度和长度；降低急牵力矩；增大船舶的横摇阻尼减小横摇角；舷墙上开排水孔；采取措施防止载荷移动，减小横摇附加力矩。6.耐波性中的主要问题：横摇、纵摇与升沉、风浪中的失速（舭龙骨是最简单又有效的减摇装置。舭龙骨、减摇鳍、被动式减摇水舱、可控式减摇水舱以及舵减摇系统）船在风浪中航行产生失速的原因, 在一般海况下是阻力增加和推进效率降低, 这种情况通常称为自然失速;7.操纵性包括：航向稳定性；回转性能；转首性及跟从性；停船性能。8.一般来说，总阻力会随着船长的增加而减小，但是L大造价会增加，虽然取较大的L对阻力性能可能有利，可节省燃料开支，但一般来说，船长增加对综合经济性指标的不利影响总是比较大的。所谓“经济船长”的杒不是从经济性有利的方面来选择船长。9.选择船宽时首先考虑的基本因素是浮力、总布置（舱容及布置地位）、和初稳性高（上下限要求）。 设计吃水的选择主要从浮力及保证螺旋桨有适宜的直径这两个方面来考虑。 型深的选择据不同情况主要从舱容、布置地位、稳性和船舶纵总强度等方面来考虑。10.载重型船舶因浮力的需要，选择大的CB，可以减小L和B，对减轻空船重量是很有利的。但是CB对阻力影响很敏感，所以，通常是选取与Fn的配合上不引起阻力显著增加的值，这样选择的CB也称为“经济方形系数”。 即设计吃水d 和结构吃水ds ( ds d)。船舶采用两种吃水来设计还有另外一种情况。当在其他因素影响下(如装载轻货的舱容要求) 所选择的型深对应设计吃水有富余干舷时, 通常可以将对应最小干舷的吃水取为结构吃水, 这样当船舶装载重货时可以增加载重量, 能充分利用船舶的装载能力。载重和布置地位船舶在主尺度选择的区别对于载重型船舶, 还可以首先从浮力和快速性两个方面来考虑。对于布置地位重要的船可以首先从布置地位和快速性两个方面来考虑。船宽对空船重量的影响程度小于船长, 故从降低造价方面考虑, 在同样满足浮力和布置地位的前提下, 以减小L、增大B 有利如果吃水不受限制, 对载重型船舶, 取适当大的吃水一般是有利的; 如果吃水受限制, 在不影响L 和B 满足其他要求的情况下吃水的选择一般总是用足所给定的限制条件。对于载重型船舶, 舱容要求不高时(如要求的积载因素小于1 .4 ) , 型深可先按最小干舷的要求来选择, 然后通过校核舱容和考虑其他因素来确定对于有布置地位要求的船舶, 型深取决于舱内的布置地位, 如集装箱船舱内集装箱的层数, 客船、滚装船上甲板以下各层甲板间的高度等。L/ B 参数对阻力影响较大B/ d 参数对性能的影响主要是稳性与横摇以及阻力性能L/ D 参数影响最大的是纵总强度。第六章1.控制船体型线的要素主要是：横剖面面积曲线；设计水线和甲板边线；横剖线形状；侧面轮廓线。2.在方形系数CB已确定的情况下，因Cp=CB/CM，所以菱形系数Cp的选择要和中剖面系数CM联系起来考虑。CP 的选择与Fn 的规律大致如下。低速船(如Fn 0 .2 ) , 其选取较小的CP 总还是有利的。低速船一般CB 都比较大, 所以这种情况下CM 都取得很大, 以利减小CP 。中等航速的船(如0 .2 Fn 0 .3 ) , 随着Fn 的增加此CP 不宜过小。当浮心位置改变时, 前体兴波阻力和后体形状阻力的相对比例发生变化。例如, 浮心位置向后移动, 前体丰满度就减小, 后体丰满度增大, 因而形状阻力由小变大, 而兴波阻力由大变小3.平行中体长度和位置：在一定的Fn范围内，船体采用适量的平行中体，无论从阻力性能方面还是在使用和建造方面都是有利的。从阻力方面看，将排水体积适当地向中部集中，采用一段平行中体，对于前体可使进流段尖瘦些，降低兴波阻力；对于后体，可削瘦去流段的船体形状，有利于改善形状阻力。但是，设置太长的平行中体后，过短的进流段和去流段，会使平行中体的两端形成过硬的“前肩”和“后肩”，这对降低阻力是不利的。在船舶的使用方面，因平行中体一段的横剖面形状完全相同，故使中部的船舱方整，便于装载货物。设置平行中体还简化了工艺和降低建造成本。因此，从实用出发，平行中体长度希望取长些，但以不引起阻力性能恶化为限。 航速高的船不能设置平行中体。原因是这种船体已很瘦削，设置平行中体后，平行中体和过分瘦削的首尾连接处会形成凸肩，航行时产生的肩波和严重的肩部旋涡使阻力性能恶化。航速高的船不能设置平行中体。设计水线的形状特征和横剖面形状特征是相关的, 设计水线丰满意味着横剖面在设计水线处较宽, 在一定的横剖面面积下, 下部必然较窄, 横剖面形状成V 形。反之, 设计水线削瘦横剖面形状成U 形在低速和高速情况下, V 形阻力明显优于U 形船在纵摇和升沉运动中, V 形剖面下沉时, 浮力和阻尼力矩大, 能减小纵摇和升沉运动V 形剖面能使进入去流段的水流较顺畅地向后沿斜剖线流动, 而且V 形剖面湿面积也小。U 形剖面船尾容易引起舭涡而且湿面积也大。U 形尾的轴向伴流分布比较均匀, 可以提高推进效率, 并能减少螺旋桨叶梢部分的空泡和激振力。甲板边线是一条空间曲线, 在侧视图上反映了其高度, 在平面图上表示甲板宽度选择母型船时, 不仅要考虑到母型船型线的优良性, 还要注意到新船与母型船诸要素(如F n、CP 、CM 、Xb 、LP P / B、B/ d 等)的接近程度, 否则修改量太大, 就很难保持母型船的优良性能选择母型船时, 要对母型船的性能和型线特征加以分析, 结合需要改造的参数和修改量对新船的性能作出估计, 使修改有的放矢, 做到扬长避短。对于双桨运输船, 常规双桨船型线( 如图6 .3 .14 所示) 的船身效率较低, 附体( 轴支架和轴包套)阻力也大。双尾和双尾鳍船尾型线取消了常规双桨的附体, 并使双桨的工作环境达到与单桨船相似的情况, 提高了船身效率。从阻力上看, 双桨和双尾鳍船尾的粘压阻力降低了, 但由于湿面积的增加, 摩擦阻力增加了。4.半进流角：近首垂线处设计水线相对中心线的夹角。5.前倾型首，这种形状的船首相对直立型而言，优点是：水线以上船首可以较为尖，具有劈水作用，减少波浪对船体的冲击； 可以改善迎浪中的纵摇和升沉运动，这对小船效果更为明显； 具有较好的防撞作用，减少了两船碰撞时水下部分破损的危险性； 增加了储备浮力和甲板面积； 外形显得较为美观。6.船尾轮廓线形状的选择主要是考虑舵和螺旋桨的布置以及与横剖面型线的配合。现代单桨运输船一般采用巡洋舰尾。（尾框设有底龙骨的称为闭式尾框，不设底龙骨的称为开式尾框）7.舷弧是指首尾垂线处甲板边线高度减去型深后的值，分别称为首舷弧和尾舷弧。（甲板线包括甲板边线和甲板中心线，甲板边线是一条空间曲线。） 甲板中心线在首尾垂线处相对船中处甲板中心线的升高值称为首尾脊弧。（梁拱是指在横剖面上甲板中心线相对甲板边线拱起的高度。）8.球首的作用主要是减小阻力，提高船舶的快速性。从耐波性方面看，球首增加了纵摇阻尼。设置球首的不利因素主要是增加了建造成本和影响锚泊设备的布置。所以决定是否采用球首，不能完全从性能上的利益来考虑，还必须结合经济性方面来分析，即将球首所能得到的平均节省与球首的投资增加联系起来考虑。 （船舶采用特殊船尾型线，其目的主要是改善螺旋桨来流的状态，从而提高推进效率和减小激振力。 从阻力上看，双桨和双尾鳍船尾的粘压阻力降低了，但由于湿面积的增加，摩擦阻力增加了。）第七章总布置设计的具体工作包括以下内容。 区划船舶主体和设置上层建筑, 包括确定机舱、货舱、油水舱、工作舱室、居住舱室和其他各种舱室的位置和地位。 调整船舶的浮态 布置船舶舱室和设备 规划各部位的通道和出入梯口。基本原则。 最大限度地满足和提高船的使用效能 保证船舶具有良好的航海性能。 注意船体结构的合理性和工艺性。 满足法规和规范的要求 尽力搞好外部造型和内部装潢。1.主船体是指船的连续露天甲板（通常为上甲板）以下的部分。2.结构计算船长Ls，即垂线间长，但不小于水线长的96%，且不必大于水线长的97%，Ls大于200m时，取为200m。3.机舱的部位与长度影响到全船不同区域的布局和上层建筑的位置，从而也影响到船的使用效能与技术经济性能。按机舱沿船长所处的不同部位可把船分为尾机型、中机型和中后机型船等。尾机型 优点：如对于干货船，机舱布置在尾部可使中部议事的船体用来设置货舱，便于货物装卸和理货及清舱，也有利于货舱口布置，这对于提高货船的使用效能和经济效益非常有利。 此外，尾机型可缩短轴系长度，提高轴系效率，降低造价，且不需设轴隧而损失舱容，并有利于结构的连续性和工艺性。 对于液货船，消防法规规定机器处所应位于液货舱、污油舱、液货泵舱和隔离空舱的后方，因此必须采用尾机型。尾机型 不利之处。例如浮态调整比较困难，因尾机型船货舱集中在中前，而空船重量中机电设备的重量集中在尾部，因此满载和空载的重心位置变化很大，导致空载时尾倾过大，首吃水不足。大船采用大量压载后，常导致静水弯矩过大，对结构强度不利。 此外，尾机型船的振动源都集中在尾部，位于机舱上部的上层建筑是船员生活和工作的处所，因此人员的舒适性较差。 尾机型另一个缺点是由于尾部型线的收缩，机舱布置地位的利用率较低，导致机舱长度增加，这对于方形系数很小的船更为不利。（由于运输货船是以运载能力和装卸效率为设计的主要考虑因素，因此现代货船仍多采用尾机型。）4.双层底：船舶无论从使用考虑还是从安全性考虑，一般都需要设置双层底；从使用方面看，货船装载干货时，为便于装货和清舱，货船区必须设置双层底，双层底的空间可用于装载油水和压载水。从安全性方面看，船舶触礁、搁浅等海损事故中船底是最易损坏的部位，设置双层底可大大提高船舶的抗沉能力。（双层底接近首尾尖舱处，由于型线尖瘦，正常高度的双层底施工困难，通常需作局部升高，为保证结构的连续性。）5.散货船货舱数和货舱长度的选择和划分，要考虑货物的合理配载，防止船体产生过大的弯矩和剪力。装载散装谷物时要注意防止产生过大的谷物侧倾力矩。（货舱每舱长度一般不超过30m。）主要用于装运谷物和煤炭的散货船，一般以均匀舱长来布置。谷物和矿砂兼运的散货船，为了不使装矿砂时重心过低，初稳性过大，可采用长短舱组合的布置方式。6.这里所指的上层建筑是指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（法规和规范中称船楼为上层建筑）。 船楼是指在上甲板上伸至两舷或距舷边的距离小于4%船宽的上层建筑（