10.客位渡船毕业设计说明书

前 言 本科毕业设计是专科教学内容中最重要的一环之一，同样我们船舶与海洋工程专 业的毕业设计也是一样的，我们做的是船舶的设计。船舶设计是一门综合性的科学技 术，必须从港口航道、水动力特性、船舶整个系统着眼，不能只考虑单船的技术经济 性，而要使整个系统的经济效益好。 一艘船的设计，依据设计任务书，经过大量而详细的设计计算和绘图，提供船舶 建造和使用所需的全部图纸和技术文件，工作量大，涉及面广。设计人员必须认真、 细致地做好每一步工作，才能保证整艘船的设计质量。 这次的毕业设计主要工作：船舶设计阶段中的初步设计。在我们做的初步设计中 主要是确定与船舶技术经济性能关系最大的一些项目，如船的主尺度和排水量、船体 型线、建筑型式、及总体布置、主辅机及主要的装置系统等等。同时要进行船舶主要 性能计算，绘制出全船型线图、总布置图、中剖面结构图等主要图纸，编制出全船说 明书和材料设备清单。这个阶段所提供的各项技术文件应能表明船的总体性能，应能 据此判断设计船在技术上及经济上的合理性、可靠性及满足任务书各项要求的程度， 并作为审批的依据。 我在本次毕业设计中做的是 xx 客位渡船的设计，其中我们做了船体主要要素估 算，总布置设计，型线设计，螺旋桨设计，舵设计等。 型线设计是船舶总体设计的重要内容之一，船体型线的好坏对船舶的技术性能和 经济性有重大的影响，型线图是后续的结构设计、性能计算、模型试验、舱室布置和 放样建造的依据。因些对于型线设计应以极大的重视。型线设计实际上是与总布置设 平行或交叉进行的，且要与总布置的要求互相协调。 总布置设计是船舶设计中一项非常重要的任务。总布置的结果对船的使用效能， 航行性能以及结构工艺性能有直接影响。总布置设计主要工作内容有： （1） 区划船舶主体及上层建筑； （2） 纵倾调整； （3） 舱室与设备的布置； （4） 规划通道与梯口。 本次设计总布置最终确定下来是在浮态调整完成后，总部设计结合形线设计和浮 态调整等内容一起考虑。 船舶主要要素估算中包括主尺度，载重量，主机，船员，载客等。主机选型的方 法有海军系数法，图谱设计法等。本设计用的图谱设计法，算出摩擦阻力和剩余阻力 从而求得总阻力，进一步求得功率，确定型号。 为了使船舶能保持一定的速度向前航行，必须给船舶一定的推力以克服其所受的 阻力，故船舶上还需要设有专门的装置或机构，把能源发出的功率转换为推前进的功 率，这种专门的装置或机构统称为推进器或螺旋桨。当螺旋桨转动时，桨叶使向后， 而自身受到水流的反作用力，其推力通过桨轴和推力轴承传递至船体上，螺旋桨构造 简单，造价低廉，使用方便，效率高，是目前应用最广的推进器。 船舶的操纵性，主要由舵的设计体现。 我们做的设计是渡船设计，随着人民生活水平不断提高，旅行需求多样化，水路 客运面临新的机遇和挑战。内河水路客运正朝着安全，舒适，方便的方向发展，水路 客运在客运市场仍占据相当重要的地位。渡船自身的特点促进着渡船的不断发展，以 应对不断扩展的市场需求。因此做好渡船的毕业设计对我们将来做好自已的本职工作 有着很大的实际意义。 2008 届船舶与海洋工程专业毕业设计（论文） I 目 录 前 言 3 摘 要 III Abstract III 第 1 章 绪论 4 1.1 概述 4 1.2 设计背景说明 4 1.2.1 本课题在国内外的研究状况及发展趋势 4 1.2.2 研究重点 4 1.3 设计任务书 5 1.3.1 航区,用途,船型与船级 5 1.3.2 总体性能 5 1.3.3 船体结构 6 1.3.4 舱室设计 6 1.3.5 主要设备 6 1.3.6 木作、绝缘、油漆及敷料 6 1.4 任务书分析 6 1.5 设计方法 8 第 2 章 主要要素的确定 9 2.1 概述 9 211 设计任务书提要 9 212 设计特征 9 22 排水量及主尺度确定 9 221 母型船资料 9 2.3 主要要素确定步骤 10 2.4 本章小结 13 第 3 章 总布置设计 14 3.1 概述 14 3.2 区划船舶主体及上层建筑 14 3.2.1 主体规划 14 33 舱室及交通路线的布置 15 34 船舶设备的布置 16 3.5 规划通道与梯口 16 3.6 本章小结 16 第 4 章 型线设计 18 4.1 概述 18 4.2 型线设计时注意的问题和控制型线的要素 18 4.3 绘制横剖面面积曲线 19 4.3.1 菱形系数 CP 和中横剖面系数 CM 的选择 19 4.3.2 浮心纵向位置 的选择 19BX 4.3.3 横剖面面积曲线形状的选择 20 4.3.4 绘制横剖面面积曲线 21 4.4 设计水线和横剖面形状的选择 22 4.4.1 设计水线 22 4.4.2 首部横剖线形状 23 孙美娜：xx 客位渡船设计 II 4.4.3 尾部横剖线形状 23 4.4.4 中剖面形状 23 4.5 侧面轮廓和甲板线 23 4.5.1 首尾轮廓线 24 4.5.2 龙骨线 24 由于设计船没设初始纵倾，所以龙骨线与基线平行。 24 4.5.3 甲板线 24 4.5.4 船首形状 24 4.5.5 船底 24 4.6 型线图设绘 25 4.7 本章小结 25 第 5 章 螺旋桨设计 26 5.1 前言 26 5.2 船体主要参数 26 5.3 主机主要参数 26 5.4 推进因子 26 5.5 阻力计算 27 5.6 取额定储备 15%，螺旋桨敞水收到马力 28 5.7.空泡校核 30 5.8.强度校核 31 5.9.重量及惯性矩计算 32 第 6 章 舵设计 34 6.1 舵的分类和选择 34 6.2 舵几何形状的确定 35 6.3 舵剖面翼型 36 6.4 翼型的几何特征 36 6.5 舵的水动力计算 37 6.6 舵杆 40 6.7、舵叶 41 6.8、舵叶内隔板 41 第 7 章 船体说明书 42 7.1 概述 42 7.2 船型 42 7.3 主要量度 42 7.4 主要性能 43 7.5 总布置概况 43 7.6 船体结构 44 结 论 45 参考文献 47 致 谢 48 2008 届船舶与海洋工程专业毕业设计（论文） III 摘 要 本文阐述了 xx 客位渡船的设计。 内容包括任务书分析，船型和主要要素的确定、船舶主尺度优化及性能校核、船体型 线设计、总布置设计、浮态调整、各种载况下的稳性计算、螺旋桨和舵设计、最小干 舷计算、总吨位与净吨位计算以及各系统特点及总体性能。 设计船的主要数据如下：总长 LOA=15m, 垂线间长 LPP=13.3m, 设计水线长 LWL=13.3m, 型宽 B=3.4m, 型深 D=1.0m, 吃水 T=0.5m, 排水量 =15t， 方形系数 CB=0.65, 棱形 系数 CP=0.736, 舯剖面系数 CM=0.814，水线面系数 CW=0.847。 关键词：渡船；主尺度估算；型线设计；总布置设计；螺旋桨设计；舵设计；母 型船改造法。 Abstract This paper expounds 30 Class Ferry. Contents include project analysis, operation and the main factors of principal dimensions, optimize and performance test, ship shape design, line layout design, the floating-state adjusting, various load condition of the stability calculation, rudder propeller and minimum design, calculation, the gross tonnage and the freeboard net weight and the system characteristics and overall performance. The ship design main data as follows: LOA=15m, LPP=13.3m, LWL=13.3m, B=3.4m, D=1.0m, T=0.5m,=15t， X B=0.264m， C B=0.65, CP=0.736, CM=0.814， CW=0.847。 key word: Ferry; Principal dimension estimate; Line design; Total arrangement design; Propeller design; Rudder design;The matrix ship transforms the law. 孙美娜：xx 客位渡船设计 4 第 1 章 绪论 1.1 概述 本次毕业设计的课题是：xx 客位渡船的设计。 设计分几个阶段进行，船型和主要要素的确定，船体型线设计，总布置设计，螺旋 桨，舵设计。设计过程中要完成总布置图、型线图、螺旋桨图、舵结构图。整个设计过 程以充分满足设计船的载货要求和保证设计船的设计航速为中心，确保设计的船具有足 够的稳性和抗沉性，改善设计船经济性和适航性。 1.2 设计背景说明 1.2.1 本课题在国内外的研究状况及发展趋势 我国海岸线漫长, 岛屿遍布四海, 在我国沿海海湾与江口, 车客渡存在巨大的市场 潜力。但现有车客渡基本上都是常规船型, 目前在航的性能相对较好的车客渡船基本上 是从国外引进的, 已属淘汰船型的二手船, 普遍存在船型老化、航速低的缺点、已不适 应时代的高节奏步伐; 同时面临的陆路运输挑战也迫使车客渡向高速化发展。对适合我 国国情的高速车客渡船型进行研究已迫在眉睫。另外, 我们也应看到高速水运和高速船( 包括高速车客渡) 技术的发展对增强保卫我国海域和海洋权益的能力具有重要意义。 近几年来, 川江航道的高速水运发展相当迅猛, 各种高速船型纷纷投入营运, 有人 将其形容为我国高速船的博物馆。从近几年的营运实践来看,高速单体和水翼艇在该区域 具有较好的航行性能和经济性。目前在该区域还无高速车客渡船投入营运, 但可以预料, 随着三峡库区的形成和库区经济的高速发展，两岸间的车客渡运输必然会成为高速船发 展的新热点。若能较好的解决这类内河航线存在的尾浪对周围船舶的影响和对岸堤的冲 刷, 高速客渡船将会有较好的市场前景。 1.2.2 研究重点 渡船船型开发要以集成创新为重点，加强船舶设计技术和关键建造技术的研究 与开发，力争取得新的突破。大力实施品牌战略，持续、系统地开展渡船为主流船 2008 届船舶与海洋工程专业毕业设计（论文） 5 型的开发和换代，力争打造多个世界品牌船型，使我国在渡船的设计技术方面达到 世界先进水平。在当前如何提高渡船的安全性和服务航速是开发渡船的一个重要的 研究课题，也是一个较难解决的课题，所以当前世界上对新的渡船的研究开发中， 大方形系数线型快速性和结构设计中安全性也已经成为重要的研究重点。 1.3 设计任务书 1.3.1 航区,用途,船型与船级 本船主要航行于长江三峡库区, 用于载客,柴油机动力推进的载重量为 5.4 吨渡船。 本船为钢制、甲板船、单体、双机、双浆、双舵，尾机型布置型船型。 本船按中华人民共和国船舶检验局海上船舶法定检验技术规则 、 钢质海船入级 规范及有关规范对遮蔽航区甲板货船的要求设计、建造并检验。 1.3.2 总体性能 1、主要量度 总长 LoA 15m 两柱间长 Lpp 13.3m 型宽 B 3.4m 型深 D 1.0m 设计满载吃水 d 0.5m 满载排水量 15t 方形系数 CB 0.65 肋骨间距 s 50mm 2、续航力及自持力 本船要求设计续航力为 100nmile 自持力 1 天 3、稳性及干舷 本船稳性及干舷满足中华人民共和国船舶检验局的海上船舶法定检验技规则对 遮蔽航区甲板船的要求。 4、装载及船员定额 本船设船员共 4 人，载客 30 人。本船满载状态为装载散货 15 吨左右，稳性及干舷 孙美娜：xx 客位渡船设计 6 均按此校核。 1.3.3 船体结构 本船采用钢质电焊结构,主体采用 A 级船钢，甲板室采用 Q235-B 级钢。构件尺寸 按中华人民共和国船舶检验局钢质海船入级规范对近海航区船舶要求设计。 1.3.4 舱室设计 设驾驶室、船员室、餐厅、厕所和其他舱室等。 1.3.5 主要设备 1、主机 本船按船东要求采用的是大连船用柴油机厂的 TAD532GE 型号柴油机，功率 100KW， 额定转速是 1500r/m。 主机 型号：TAD532GE 功率：100KW 转速：1500rpm 本船试航速率可达 13kn。 2、环保 机舱内根据要求设置污水井。 1.3.6 木作、绝缘、油漆及敷料 餐厅、船员室、驾驶室采用常规装修，铺木地板或复合地板，厕所按一般常规装修， 铺地砖。 本船主体水线以上部位除各层甲板及顶棚涂草绿甲板漆外，其余外侧均涂红色船壳 漆。 1.4 任务书分析 一 设计任务书提要 1)船型及用途 2008 届船舶与海洋工程专业毕业设计（论文） 7 设计船为钢质、单甲板船，船型根据调查结果确定。本船航行于长江三峡航区。 主要用于载客。 2)船级及稳性 本船的结构符合现行海洋船舶建造规范的条文要求，稳性及干弦符合“CCS”现行规范 对近海行区的要求。 3)载客量 本船的载客量为 30 人 4)航速、续航力 满载适航速度不小于 11kn，续航力 100nmile。 二 对本船的简要分析 1、本设计渡船的特点 （1）采用大功率的主机，具有较快的航速； （2）甲板布置较合理，具有较好的稳性； 2、本船设计流程图如下（见下页） 孙美娜：xx 客位渡船设计 8 W i= 满足 1.5 设计方法 型线设计和总布置设计按母型船改造法设计，其余基本自行设计。由于没经验和十 分缺乏母型船资料，设计任重而道远。 分析设计任务书，找出主要矛盾，确立设计思想 决定船型和总布置 估算 =DW/ DW 确定 L ，B ，T ，D，C b 估算W i W i=f(L，B，D) 性能校核 W i 不满足 修改主尺度及系数 或修改总体布置 修改排水量 得出满足要求的方案 选择最佳方案 2008 届船舶与海洋工程专业毕业设计（论文） 9 第 2 章 主要要素的确定 2.1 概述 本章主要要素确定的内容有：排水量的确定、船长 L、型宽 B、型深 D、吃水 T 以及 方形系数 CB。 设计船受尺度限制，设计时要考虑四点： 1、重量与浮力的平衡； 2、满足船对甲板面积的需要 3、保证船的各种技术及经济性能 4、考虑使用、工艺等条件 211 设计任务书提要 （1）航区、航线 内河航区，按照相关船舶设计和建造规范的要求。 （2）用途 载客。 （3）航速 航速不小于 11kn (4)续航力 续航力为 100nmile （5）载客量 载客量为 30 人。 212 设计特征 （1）渡船，要满足在内河航区中航行时吃水浅、机动性能好的要求，为了更好的利用舱 容，减少轴系长度，增加传递效率，本船采用尾机型的特点。客舱区域为了增强抗沉性 采用有双层底的结构形式。 （2）采用有球鼻首的船型，以有利于减小船舶阻力。 （3）当装运重货时，按最小干舷确定的结构吃水装载重货，以提高营运效益。 22 排水量及主尺度确定 221 母型船资料 本船设计时将下列一个典型的 xx 客位渡船当作母型船资料做参考，其主要技术如下 表： 孙美娜：xx 客位渡船设计 10 母型参照：xx 客位渡船： 总 长： 15 米 型 宽： 3.4 米 型 深： 1.0 米 设计吃水： 0.5 米 方形系数: 0.66 排水量： 14.326 吨 船型:本船为钢质、单层甲板、双螺旋桨、柴油机推进，球首、流线型平衡舵。本船 机舱位于艉部，客舱位于机舱之前。 2.22 对设计船的分析 设计船为长江三峡库区 xx 客位渡船，要注重满足总布置和稳性方面的要求，所以要 注意设计船的船宽 B 不能设计得太窄。设计船航速较高，从减小阻力和造价方面考虑， 船长不宜太长，因此设计船的 L/B 值较小而 B/T 值较大。型深由于受限制，吃水也不宜 太深，以满足干舷的要求，也不宜太浅，太浅对舵效和推进效率不利。船长主要从总布 置经济性、浮力方面以及限制因数考虑；船宽从稳性、总布置、浮力和限制因数考虑； 型深从造价、保证强度和保证干舷要求方面考虑；吃水从螺旋桨布置，舵效以及推进效 率等方面考虑，方形系数从浮力方面和经济性等方面考虑。 2.3 主要要素确定步骤 2.3.1. 船型的选取 本船为客渡船，参考相近船舶及本身要求，船型为单体排水型客船，考虑快速性方面 的要求及船后对螺旋桨直径的限制，采用双桨。 2.3.2 主要要素选定方法 选择船舶主要要素是设计者理论水平、独立工作能力、综合运用多学科知识和创新能 力最集中的体现。这项工作主要考虑五个方面： 1建造和使用条件的限制； 2.技术性能要求； 3.使用和经济性能要求； 4.采取的技术措施。 本船主要要素的选取参考重庆轮船有限公司科研所设计的 xx 客位标准渡船。 2.3.3 船长 2008 届船舶与海洋工程专业毕业设计（论文） 11 船长对于船舶来说是一个影响很大的要素,船长的选择所考虑的因素较为复杂，对于 本船而言，在满足船长尺度限制的条件下，初始选择船长时可以从空船重量、快速性及 布置地位三个方面来讨论，并兼顾强度方面的考虑。 （1）从空船重量方面看，船长对船体钢料重量的影响最大，随着船长的增加，空船 重量也会有较大的增加。但对高速船而言，控制船舶重量极为重要，可以说重量就是航 速。因此，从这个角度而言，船长不易选取得过大。 （2）从快速性方面来看，在一定的排水量和航速下，随着船长的增加，剩余阻力因 Fn 减小和船体变得更瘦长而减小 49，摩擦阻力因湿面积增大而增加。一般来说，总阻 力会随着船长的增加而减小。但是，船长的增加会引起空船重量较多的增加，如果快速 性上没有显著的增加，则增加船长会使船舶的综合效益下降，从这点来看，船长亦不能 过大。 （3）从布置地位方面看，在一定的排水量及甲板面积下，船长的增加会使船舶变 “窄” ，考虑到高速船前体型线较为尖瘦，若船长选取过大，则易横向布置较为困难，从 这点来看，船长的增加应该在布置地位满足要求的前提下。 依据布置草图，对主甲板以下各舱室长度分析如下： 各部分长度： LPP =Lm LC LF La 式中： Lm -机舱长度 (m) LC- 绘制布置草图，确定客舱长(m) LF-首垂线之前锚泊所需长度(m) La-尾部系泊作业区长度(m) 根据型船和有关规范，初定机舱长度、首尾舱长度。 机舱：参考型船取 2.5m 隔舱：参考型船取 1.5m 首尖舱：参考型船取 2.43m 客舱：参考型船取 7.5m 孙美娜：xx 客位渡船设计 12 最终确定船舶的长度。 Lpp=13.3m Loa=15m Lwl= 13.3m 2.3.4 船宽 在满足船宽尺度限制的条件下，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） 。最小船宽常由稳性下限调节和总布置 要求所决定，这对于小型船舶和布置地位型船尤其是这样的。对于本船，从如下几方面 考虑： （1）从满足浮力方面看，由于本船为限制吃水船，船宽应适当增大，以满足浮力要 求。 （2）从布置地位看，增大船宽可增加舱室宽度，加大甲板面积，对船舶的布置及使 用一般是有利的。 （3）从稳性要求看，船宽增大对提高船舶的稳性有显著的效果，但限制吃水的情况 下，B 太大（尤其是 B/d 过大）可能会使初稳性高过大，导致横摇加剧。故对本船而言， 船宽在能满足布置地位（主要是主机、会议室的布置地位）的前提下，应尽量减小。 （4）从船舶重量方面看，因船宽对空船重量的影响程度小于船长，因此，在同样满 足浮力和布置地位的前提下，减小 L，增大 B 是有利的。 （5）从快速性方面考虑，适当增大 B 以减小 Cb，对高速船而言是有利的。 此外，船宽的选取还应考虑尾部螺旋桨之间的干扰问题及高速航行时（尤其是考虑到 浅水效应）的尾倾。一般来说，船宽越大，桨的干扰越小，对于推进效率的提高是有好 处的，且尾部宽度适当增大，可使尾部变得丰满，可抑制高速航行时尾倾过大。 从布置草图上看，主要客位布置在主甲板上。 参考型船，船宽取 3.4m 2.3.5 型深 满足建造规范即强度要求： L/D25； B/D4 1 使用性：布置，容量，趸船的配合。 2 技术性能要求（注意法规对最小干舷的要求） 稳性：增大型深，进水角大，同时不易上浪进水，对大倾角稳性有利。但重心提高， 对初稳性不利，综合考虑。 耐波性：型深小，甲板易上浪，淹湿性不好。 抗沉性：型深小，干舷小，储备浮力小，对抗沉性不利。 2008 届船舶与海洋工程专业毕业设计（论文） 13 总纵强度：大型深对总纵强度有利，注意规范对 L/D,B/D 的要求。 3 经济性性能：增加型深，大船不一定增加船体重量，小船会增加船体重量。本船 属于小船类，增加型深，重量会增加。 4 初估方法 自行统计型船分析综合或利用前人统计图谱资料。 利用统计经验公式，特别是舱容计算公式及干舷规范计算。不同船舶、不同航行水 域具体处理。 参考型船暂取 D=1.0m 2.3.6 吃水 吃水往往受制于港口的航道和泊位的水深，可根据调查情况和参考型船定吃水。 1 限制条件 使用条件：航道、码头、泊位、桥粱、闸门等。 T=H-H 建造条件：船坞、船台、建造条件与设备等。 2 满足浮力方程式。 3 技术性能要求 稳性：减少吃水对稳性有利， B/D 增大，进水角增大。 快速性：增大吃水，可增加螺旋桨直径，对推进效率有利。同时减小 Cb，使剩余阻 力降低，特别对中高速船有利。但对浅水阻力不利。 耐波性：吃水浅的船舶易产生砰击和漂移现象，海上航行时耐波性较差。 4 初估方法 自行统计型船分析综合或利用前人统计图谱资料。 利用统计经验公式。 不同船舶、不同航行水域具体处理。 参考型船暂取 T=0.5m 样采用母型船改造法，取吃水 T=11.5m. 2.4 本章小结 主要要素：=15 吨，B=3.4 米，d=0.5 米，垂线间长 LPP=13.3 米，水线间长 LWL=13.3 米，方形系数 CB=0.65。由于没有找到和设计船载重量十分接近的母型船作参考，主要要 数确定得不是特别好，通过后面的计算可以达到设计航速和其它技术要求。 孙美娜：xx 客位渡船设计 14 2008 届船舶与海洋工程专业毕业设计（论文） 15 第 3 章 总布置设计 3.1 概述 总布置设计是船舶设计中一项非常重要的任务。总布置的结果对船的使用效能，航 行性能以及结构工艺性能有直接影响。总布置设计主要工作内容有： （1） 区划船舶主体及上层建筑； （2） 纵倾调整； （3） 舱室与设备的布置； （4） 规划通道与梯口。 本次设计总布置最终确定下来是在浮态调整完成后，总部设计结合形线设计和浮态 调整等内容一起考虑。 3.2 区划船舶主体及上层建筑 船舶主体是指船的连续露天甲板以下的部分；上层建筑是对上甲板以上各种围蔽建 筑物的统称。 3.2.1 主体规划 本船舱底为艉尖舱、艉机舱、燃油舱、客舱、空舱，艏尖舱等。 上甲板为载客区域与首尾锚系泊区域。锚链和首系泊设备设置于船首。甲板两舷布 置救生艇一艘，两舷各设置一个气涨式救生筏。驾驶甲板设有驾驶室。 船舶主体这部分的总布置设计有确定水密舱壁、甲板、机舱位置等设置与划分。设 计船的主船体布置比较简单，可根据型船设置。 （1） 首先布置水密舱壁 水密舱壁的数目 根据钢质内河船入级规范要求可知海船小于 60m 时，尾机型船（设计船为尾 机型船）水密舱壁数目不少于 3。设计船共设有 6 道水密舱壁. （2） 机舱位置的确定 客渡船一般都为尾机型船，有其优点：一般居住处所都在机舱上面，尾机型船上层 建筑在船后，便与中部方正的甲板上载客；尾机型可缩短轴系长度，提高轴系效率，降 低造价，且不需要设轴隧舱而使舱容有所增加。如果中部前部设机舱，不能体现尾机型 孙美娜：xx 客位渡船设计 16 的优点。由于船长不长盲区不大，不必要设为首机型。 （3） 甲板布置 甲板布置非常简单，前端为锚泊设备所用，尾部为上层建筑所用，中部载客，中部 两边设置座席，载客取有活动围板。 （4） 舱室分布 主船体舱室划分 艉#2为艉尖舱： #2#4为空舱； #4#5为燃油舱； #5#10机舱； #10#25为主甲板客舱； #25艏为艏尖舱 从船首到船尾分别为:首尖舱、客舱、压载、机舱、燃油舱、空舱、艉尖舱。机舱内 后设置油舱。机舱前面舱室设有纵舱壁，便于管系，电缆等维修，有利于总纵强度和抗 沉性。 （5）上层建筑 1、主甲板舱室 在艉-#2的左侧弦设有垃圾桶一个， #2-#5在两侧布置有厨房和厕所，厨房内设操作 柜、炉灶、餐具、排烟灶等。厕所内设大便器2个，洗面器2个。#10-#22设置客舱。 2、驾驶甲板舱室 #20-#25布置有一个烟囱；设有蓄电池室，充放电室，航海仪器室，储物室，领航员 室，洗手间；设有驾驶室。 3、罗经甲板 本船罗径甲板上设主桅杆、探照灯、船名牌、雷达等。 （6） 双层底 本船的船底采用双层底。这样从安全性上来考虑，可大大提高船舶的抗沉性。客舱区必 须设置双层底。从结构强度上来考虑可大大提高船舶的总纵强度。 从#10#25 设置了双层底，双层底高度为 340mm. 33 舱室及交通路线的布置 （参见总布置图） 1、工作舱室的布置 2008 届船舶与海洋工程专业毕业设计（论文） 17 2、居住舱室的布置 3、公共处所的布置 4、交通路线的布置 34 船舶设备的布置 1、救生设备 a.救生艇筏 本船在A甲板左右舷各配备玻璃钢机动救生艇一艘BJ2-5.5(CB*795-85)。 本船在C甲板后侧配备玻璃钢机动救生艇一艘BJ2-5.5(CB*795-85)。 本船在游步甲板两舷配备气涨式救生筏共2 只HAF-B10。 b.救生圈 本船在主甲板配备救生圈40 只，在主甲板两侧各配备救生圈15只，驾驶甲板配备救 生圈10只。 c.救生衣 本船船员4人，载客30人。配救生衣40件。 本船在船员间为每位船员与乘客配备一件救生衣，其余的救生衣安置于船员舱室。 3.5 规划通道与梯口 甲板室室内及附近的通道与梯口见上图，室内有一条从甲板室前到甲板后的通道， 可以连通室内所有房间和梯口。机舱口是作为主机等设备吊进和吊出的通道和机舱内空 气流通的窗口，设计船的机舱口大小合适主机的吊进于吊出。机舱内设有两通道到主甲 板室内，一个从机舱口上到主甲板室内，如果发生事故，机舱内的工作人员可以迅速从 机舱口梯道上到甲板室外或上驾驶甲板室，到救生设备位置；一道是直梯，在机舱前壁 处，是机舱发生火灾等险情时无法从机舱口逃离时作为脱险通道用。驾驶甲板室两边也 设有走廊，便于人员活动和发生险情时好逃避。 3.6 本章小结 本章设计到的内容很多，设计时要比较充分地考虑甲板满足使用和机舱安全要求， 孙美娜：xx 客位渡船设计 18 总布置符合法规和规范的规定。设计船的主体舱室比较简单，空舱和压载舱的位置和长 度可根据需要而调整，舱室布置重点在纵倾调整和甲板室内的适居性。 2008 届船舶与海洋工程专业毕业设计（论文） 19 第 4 章 型线设计 4.1 概述 本设计由于有母型船资料，有母型船的型线图和型值表，所以型线图的设绘方法主 要用母型船参考法。 （根据新船的具体要求，按型线设计的基本原则和规律，经过分析和 思考新船的船型特征，设计绘制型线图） 。前一阶段已经确定了主要要素 （L、B、D、d、 C B）和完成了总布置草图，可以根据船舶设计原理对型线进行设计。 绘制型线图要了解型线设计时注意的问题和知道控制船体型线的要素。 4.2 型线设计时注意的问题和控制型线的要素 根据型线设计的有关理论，在进行设计时必须遵循以下原则： 1、使新船具有良好的航行性能。 2、满足总布置的要求。 3、考虑结构合理、简易，易达到施工、维修的方便。 4、外观造型。型线设计除了应考虑以上几个方面以外，还应满足型线设计精度的基 本要求： 应符合要求的排水体积，其误差要求与设计中对排水量考虑的余量有关。 应符合要求的浮心纵向位置。在方案设计或初步设计阶段，由于重量估算和重心 估算比较精确，因此型线主要用于对基本性能的计算和总布置的安排，此时型线 设计的精度可以适当降低。 型线设计的结果是以型线图来表达船体外形的几何状态。控制船体型线的因素主要 是： 横剖面面积曲线； 设计水线和横剖线形状； 侧面轮廓线和甲板边线。 因此，型线设计因首要考虑和确定以上要素。选择好这些要素，生成型线时就可以 得到有效的控制。 孙美娜：xx 客位渡船设计 20 4.3 绘制横剖面面积曲线 横剖面面积曲线的确定是绘制型线图的关键，许多参数是为其展开的，其有五大特 征： 曲线面积等于船体水下排水体积； 曲线的形状表示排水量沿船长的分布情况； 曲线面积的丰满度系数为船的棱形系数 CP； 面积形心的纵向位置等于船浮心的纵向位置 ；BX 曲线的形状对摩擦阻力影响不大，但对剩余阻力有相当大的影响。 4.3.1 菱形系数 CP 和中横剖面系数 CM 的选择 形系数 Cp 表征了排水体积沿船长的分布。在 L 和 CB一定时，Cp 小，表示威者排水 体积集中在船中部，首尾削弱，则表示排水体积沿船长分布较均匀，首尾两端丰满。棱 形系数 Cp 对船的剩余阻力 RR影响很大，而对摩擦阻力 RF影响较小。设计船方形系数已 经确定（C B=0.65） ，因 CP= CB /CM，C P 的选择需要和 CM配合上考虑。棱形系数 CP的选择 从阻力上考虑是剩余阻力，设计船属高速船（Fn0.30） ，兴波阻力不大，但 CP 取较小的 值是有利的，这时需取较大的 CM。但 L/B 较小，船 L 短而 B 宽，为防止水线出现明显凸 尖而增加的阻力，C M取小一些为好，又因为设计船要求较高的初稳性，需要较大的水线 面系数 CW，C M可适当取小为好（需增加 CP） ，较大的水线面 CW系数也有利于型线在处理 上的协调，由上述分析可知取小的 CM为好，所以本设计船的棱形系数的选择采用母型船 改造法，Cp=0.736。 4.3.2 浮心纵向位置 的选择BX 浮心纵向位置 的选择主要是从快速性上有利的最佳浮心位置和总布置所确定的重B 心纵向位置相配合这两个方面来考虑的。 （1） 从阻力上考虑： 因此对应于给定速度的船，存在着一个阻力的最佳浮心位置，不少资料给出了棱形 系数 CP与较佳浮心纵向位置关系图(设计船选取的计棱形系数 CP与较佳浮心纵向位置关 系图是上海交通大学出版的船舶设计原理书中的图 6.2.5 图)，设计船的棱形系数为 0.736，查此图计算得棱形系数为 0.782 最佳浮心位置为 =1 米(单桨船)，而双桨船最BX 2008 届船舶与海洋工程专业毕业设计（论文） 21 佳浮心位置与同速度的单桨船相比最佳浮心位置约后移 1% （0.55） ，所以设计船的最PL 佳浮心位置： =1-0.55=0.45（米）BX 由图可知道：设计船 =0.45 米，在较佳浮心纵向位置范围之内，在其内移动对阻BX 力的影响不会超过 1%。 （2）总布置方面考虑：浮心位置的选取，还应注意与满载出港时的重心纵向位置想配合， 使船不致产生首倾和不允许的尾倾。对于像散货船这种尾机型的船，为了便于机舱布置， 缩小机舱长度，或为了避免桨轴伸出过长和轴包架或轴支架尺度过大，将浮心适当取后 些比起将棱形系数 Cp 适当取大些，在总体效果上更为有利。 本设计船的浮心纵向位置选择采用母型船改造法，X B=3.06m 4.3.3 横剖面面积曲线形状的选择 横剖面面积曲线形状的选择是指如何确定进流段和去流段的长度以及面积曲线首尾 段的凸凹形状。进流段和去流段长度的选择和确定平行中体是一回事。 1、平行中体长度和位置 进流段和去流段长度确定后，平行中体也就确定，对于设计船应设平行中体，因为 设计船为高速船，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：对于前体可以使进流段尖瘦些，降低兴波阻力，对于后体可以消 瘦去流段的船体形状，有利于改善形状阻力，但去流段和进流段的长度要适宜， 否则对阻力不利。 使用方面和建造方面看：有利于装载货物，利用甲板面积，设计平行中体，简化 了工艺和降低了成本。 适宜的平行钟体长度和位置可以通过对进流段和去流段长度的分析来确定。 根据兴波阻力理论，横剖面面积曲线进流段后部隆起的前肩会产生一格前肩波系， 这个波系可能与船首波系产生不良的干扰，从而引起主力突增。理论分析结果认为这种 不良干扰发生在下列情况： 或 或 。从模2/3.07ELFn2/9.34ELFn2/14.59ELFn 型试验研究的结果看，不良干扰作用发生在 时（另两种速度下的不良干51 扰模型试验不宜显出） ，理论和试验结果基本是吻合的。因此设计中进流段长度应避免 。为了希望获得首波和肩波的有利干扰，认为 在 和2/9.51ELFn /E29.51n 中间是合理的，所以有利的进流段长度为 。但是，从面积曲线的23.07 2/6.3ELFn 特征看，引起肩波的位置应该是面积曲线在平行中体前弯曲最急剧的地方。 。根据优良型 线面积曲线的一般特征，对此进行修改后可得到适宜的进流段长度： 孙美娜：xx 客位渡船设计 22 =2.25 22/6.30.1450.7EPPLFnC 设计船的 Fn=0.58，C P=0.65 带入式子得 LE=32.56 米，实取 LE=32 米. 去流段的长度太短容易引起水流的分离，贝克推荐的避免严重漩涡的最短去流长度： 或表示为 4.08RMLA/4.08/RPMPCBd 设计船的 LPP=13.3 米，B=3.4 米，d=0.5 米，进而平行中体的长度为 7.06 米 2、面积曲线首尾段的凸凹形状 在一定的棱形系数下，随着平行中体长度和位置（或最大横剖面位置）的改变，横 剖面面积曲线的形状会发生相应的变化，即使这些参数不变，进流段和去流段面积曲线 的形状也可以作一些调整。 面积曲线进流段形状的考虑，主要是处理好首端形状和平行中体前端是否出现突肩 的关系，这与船速和船体丰满程度有关，即应与 和 联系起来分析。高速船兴波集中PCnF 在首端，从这点考虑，固然希望首端尖瘦、面积曲线成凹形好些，但一般高速船 较大，PC 相应 也较大，首端采用凹形会引起明显硬肩，反而对降低阻力不利，因此常用直线PFC 形状。 对去流段面积曲线的形状，以减少水流分离产生旋涡为主要考虑因素，也要兼顾尾 端形状和后肩形状之间的关系。多数情况下，面积曲线尾端以直线为佳。 根据贝克确定的横剖面面积曲线两端形状可知：菱形系数低于 0.78 时，两端形状为 直线型，结合上述分析，确定两端形状为直线型。 4.3.4 绘制横剖面面积曲线 横剖面面积曲线的生成方法有多种，设计船采用自行生成法，可以根据选定的面积 曲线特征值（如 、 、 等） ，从一般理论个规律出发，用作图法直接生成面积曲线。PCBpl 2008 届船舶与海洋工程专业毕业设计（论文） 23 LWRE 图 5.1 画横剖面面积曲线示意图 由这个梯形，可以作出面积相等的光顺曲线，曲线的形状符合横剖面面积曲线的基 本要求。经过调整、计算和修改，最后得出符合设计要求的横剖面面积曲线。 4.4 设计水线和横剖面形状的选择 4.4.1 设计水线 设计水线的特征和参数与横剖面面积曲线相似，主要有水线面系数 、平行中段长WC 度、端部形状等。 （1）水线面系数 WC 水面线系数 的选取与航速有关，同时 值的大小也直接影响稳性和耐波性。从WC 几何形状的关系上看， 大者，对应的横剖面形状较接近 V 形。 从快速性方面看， 大者， 应取小些，而设计船为低速船，设计水线对快速性不nFW 大，但取小为好。 从耐波性方面考虑， 对耐波性的影响是显著的。 取大的值对改善耐波性总是CWC 有益的，无论从减小纵摇周期和垂荡周期以及增加阻尼均以大的 为佳。 从稳定性方面看，显然 大则初稳定性高些，而且 大，水上体积相对也增加了，W 稳性复原力臂也会增大些。设计船需要大的甲板布置面积，与此相配合的 应取大些。WC 根据分析可知，设计船取较大的水线面系数 为好，由经验公式估算取：WC CW= -0.025=0.847b （2）设计水线的首端形状 设计水流首端形状有凸形、直线形和凹形。其形状与阻力的关系和横剖面面积曲线 孙美娜：xx 客位渡船设计 24 首端形状相似。凹形的水线有利于减小首波压力沿船前进方向上的分量，从而降低阻力。 当船速增大后兴波向后扩展，压力增高区扩大，所以高速船必须削瘦整段首部水线，且 水线应为直线形。丰满的低速船兴波阻力所占比例较小，且大的 对应的水线面系数也PC 大，如采用削瘦的首端水线反而会造成严重的水线突肩，对阻力性能不利，故常用凸形 或接近直线形。 （3）设计水线尾段的形状 设计水线尾段的形状，从阻力上看，主要影响形状阻力。在一般情况下，它对阻力 的重要性次于首段形状，为减缓水流分离，尾段要求保证顺滑。通常以直线为佳，而不 宜成凹形。设计水线在尾端的宽度应能盖住螺旋桨和舵，以利于对桨和舵的保护。设计 船采用直线型。 （4）设计水线的平行中体长度。 一般这种类型的船取横剖面平行中体长度的 2 倍，设计船也是这样取的。 4.4.2 首部横剖线形状 （1） 静水阻力方面 V 形的横剖线形状湿表面积较小，可减小摩擦阻力，同时它的舭部较瘦，有利于减 少丰满船的舭部旋涡。 （2）耐波性方面 船舶在纵摇和升沉运动中，U 型剖面下沉时，浮力和阻力距大，能减小纵摇和升沉 运动，且缓和船底抨击但 U 型剖面增加波浪中航行的的阻力，设计船在遮蔽航区航行， 风浪较小，对阻力影响较小，而甲板上有矿石，升沉运动缓和为好。 根据上述分析，船的前体横剖面采用 U 型剖面。 4.4.3 尾部横剖线形状 通常考虑尾部剖面形状是从阻力，推进效率和震动方面考虑，设计船为常规双桨船， 而常规双桨船船尾形状对推进效率和震动影响较小，一般采用 U 型横剖面，所以设计船 采用 U 型剖面。 4.4.4 中剖面形状 设计船属于小型甲板散货船，船宽不是特别大，一般这类船舭部不升高，设计船采 2008 届船舶与海洋工程专业毕业设计（论文） 25 用圆弧舭部，其半径为： 12()/4MBdCR 式中：B=3.4 米，d=0.5 米，C M=0.814 带入式中得，R=0.86 米。 4.5 侧面轮廓和甲板线 侧面轮廓线包括：首柱轮廓、尾端、龙骨线、甲板中心线和甲板边线。侧面轮廓线 是船体形线最基本的边界线，也是船体形状特征的重要控制要素之一。 4.5.1 首尾轮廓线 设计船采用前倾型首，因为水线以上船首可以较为尖瘦，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；改善碰撞时的安全性；增大首部甲 板面积，利于总布置；外形美观。设计船尾用常规螺旋桨船尾，其实现代多数双桨船采 用特殊船尾，有利于推进效率和震动，但型线设计复杂，只能用常规双桨船的尾部轮廓 线。尾框架安装螺旋桨的地方，侧面轮廓线离基线 0.012 米，根据母型船螺旋桨直径在 0.44 米左右。螺旋桨叶梢与轮廓线之间的空隙为 0.02 米左右。 4.5.2 龙骨线 由于设计船没设初始纵倾，所以龙骨线与基线平行。 4.5.3 甲板线 根据舷弧修正，首舷弧为 0.05 米，由于尾部机舱足够大，舷墙列板比较高，为了便 于施工，尾部没有设舷弧。首部甲板边线采用抛物线型。梁拱值 fM=0.11 米取的 B/110， 内河船的标准梁拱值为 B/50，一般取 B/50B/100，因为设计船甲板上载客，全船重心 高，为了不使重心过高，梁拱取小值为好，加上货物空隙大，便于排水。梁拱采用圆弧 梁拱，为了施工方便，整个甲板的梁拱取为相同形状，其值为：f b=R-（R 2-b2） 0.5 甲板中心线由甲板变线值加梁拱而得。 4.5.4 船首形状 孙美娜：xx 客位渡船设计 26 本船船首采用倾斜首。在现代运输船舶，球鼻首的应用已相当广泛，获得了较为满意 的减阻的效果。但也带来了一些不利影响，如建造工艺复杂，建造成本增加，锚设备的 布匹及停靠操作困难。所以选取球鼻首，应综合各因素一并考虑，本船未采用。 4.5.5 船底 本船的船底采用双层底。这样从安全性上来考虑，可大大提高船舶的抗沉性。从使用 方面来看，货船装载干货时，为了便于装货和清舱，货舱区必须设置双层底，双层底的 空间可用于装载油水和压载水。从结构强度上来考虑可大大提高船舶的总纵强度。 本船从#10#25 设置了双层底，双层底高度为 400mm. 4.6 型线图设绘 型线图采用自行设绘法设绘。首先绘出格子线（站距按设计水线分成 10 等份，首尾各加 两个半站，水线连基线一共 7 根，其中底部加密一根，纵剖线设 4 根） ，然后根据前几节 的确定的参数，绘制出横剖面面积曲线，设计水线、中横剖面线、侧面轮廓线和甲板线。 设计水线以下的横剖线可按下图（图 4.2 和图 5.3）的方法进行。图中 Ai和 yi为别为横 剖面面积和设计水线半宽，分别从横剖面面积曲线和设计水线图上量取。 设计水线以上的横剖线根据初始确定的甲板边线对应点和和水下横剖线，用曲线光 顺连接。横剖线时绘制好后，再绘制水线，水线半宽从横剖线上量取，光顺后，再绘制 纵剖线，其上的点在横剖线上量取，最后进行三向光顺。型值表见型线图。 f Ai/2diyiBf2Ai/B-d 图 5.2 绘制横剖线示意图 图 5.3 绘制横剖线示 2008 届船舶与海洋工程专业毕业设计（论文） 27 4.7 本章小结 本章涉及的参数广，考虑的内容多，要要权衡各方面的利弊，设计型线时可供参考的资 料少，但设计出来的型线质量还可以，作为第一次设计，能设计出满足要求的型线图， 感到十分满意。 孙美娜：xx 客位渡船设计 28 第 5 章 螺旋桨设计 5.1 前言 本船为 xx 客位专用客渡船。常年航行于长江三峡库区，本船为全焊接结构的钢质客 船，设单层连续甲板、设单层甲板室，采用双机、双桨流线型半悬挂舵。 5.2 船体主要参数 水线长 L wl 13.3m 垂线间长 Lpp 13.3m 型宽 B 3.4m 型深 D 1.0m 设计吃水 d 0.5m 桨轴中心高