（机械工程专业论文）19米观光船计算机辅助设计.pdf

摘要 摘要 j l i lt i lf li i ii i ii ii iiii y 2 0 4 2 3 0 6 伴随着我国经济的飞速发展，观光船的市场需求在持续的增加，中国观光 船业面临着良好的发展机遇。内河观光船因为其较低的价格、较强的观光性， 必将成为观光船市场增长的重要部分之一。通过1 9 米观光船的计算机辅助设计 探索出一条实现1 9 米观光船高精、高效设计方法，为同型船舶的设计奠定基础。 本文基于1 9 米观光船的设计要求，结合观光船设计规范进行了观光船总体 设计，采用计算机辅助设计方法利用t r j b o n 软件和船舶静水力计算及稳性横 准系统4 1 ，完成1 9 米观光船的型线设计，分析研究校核了船舶静力学的各项 性能，以达到中国船级社观光船设计规范要求。具体内容如下： 首先，阐述了观光船技术发展以及应用。涉及到计算机辅助船舶设计发展 和国内外研究的现状以及相关新概念和新技术，及其在1 9 米观光船的应用。进 行了1 9 米观光船总体设计研究，结合内河小型船舶和观光船设计规范分析对其 船体的主要结构及尺寸进行计算和校核为下文的内容做好准备工作。 其次，研究了船体型线设计。型线设计是船舶总体设计的重要内容之一， 对船舶的技术性和经济性有重大影响。船体外轮廓是一个具有双曲度的流线体， 船体表面是一个复杂的光顺的曲面，这就使船体曲面的表达和线型设计增加了 不少难度。通过船体型线的光顺的数学描述，应用t r i b o n 软件中的l i n e s 模 块实现对1 9 米观光船型线进行设计及光顺。总结出相关特点，为研究以后的优 化设计提供依据。 最后，通过中国船级社开发的船舶静水力计算及稳性横准系统4 1 ，进行静 水力计算、重量重心估算、完整稳性计算、破舱稳性计算等性能计算。数据表 明：性能计算结果符合标准，满足规范要求。 在1 9 米观光船的设计阶段，根据1 9 米观光船的总体特点和船东需求，利 用计算机辅助设计对1 9 米观光船的型线进行设计研究及性能进行计算并校核。 目前对观光船的设计并没有最优化方案，所以将计算机辅助设计方法应用到该 领域具有一定的实际意义和指导性。 关键词：1 9 米观光船；船舶c a d ；型线光顺；性能计算 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fc h i n a se c o n o m y , t h em a r k e td e m a n do f s i g h t s e e i n gs h i pc o n t i n u e st oi n c r e a s e ，a n dc h i n a ss i g h t s e e i n gs h i pi n d u s t r yi sf a c i n g g o o dd e v e l o p m e n to p p o r t u n i t i e s b e c a u s eo fi t s l o wp r i c e ，s t r o n gs i g h t s e e i n g f u n c t i o n s ，i n l a n ds i g h t s e e i n gs h i pw i l lc e r t a i n l yb e c o m ea ni m p o r t a n tp a r to ft h e s i g h t s e e i n gs h i pm a r k e t b a s e do nc a do f19 ms i g h t s e e i n gs h i p ，ad e s i g nm e t h o do f 1 1 i g l lp r e c i s i o na n dh i 曲e f f i c i e n c yh a sb e e ne x p l o r e d , w h i c hw i l ll a yf o u n d a t i o n sf o r d e s i g n i n gs h i p so f t h es a m et y p e b a s e d0 nt h ed e s i g nr e q u i r e m e n t so f19 ms i g h t s e e i n gs h i pa n dc o m b i n e dw i t h d e s i g nc r i t e r i o n so fs i g h t s e e i n gs h i p ，a no v e r a l ld e s i g ns c h e m ei sp u tf o r w a r d a d o p t i n gc a d a n dt r i b o na n du s i n gs h i ph y d r o s t a t i cc a l c u l a t i o na n ds t a b i l i t y s t a n d a r ds y s t e m4 1 ，t h es h i pl i n e sd e s i g nf o r19 ms i g h t s e e i n gs h i pi sa c h i e v e da n d e v e r yp e r f o r m a n c eo fs h i ps t a t i c si sa n a l y z e da n dc h e c k e di no r d e rt om e e tt h ed e s i g n c r i t e r i o n so fc c sf o rs i g h t s e e i n gs h i p s f i r s to fa l l ，t h et e c h n o l o g yd e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no fs i g h t s e e i n gs h i pa r e e x p o u n d e d ，i n c l u d i n gt h ed e v e l o p m e n to fc a du s i n gi ns h i pd e s i g na n dt h ep r e s e n t r e s e a r c hs i t u a t i o n , n e wc o n c e p t sa n dn e wt e c h n o l o g ya th o m ea n da b r o a d ，a n dt h e i r a p p l i c a t i o ni n19 ms i g h t s e e i n gs h i pd e s i g n a no v e r a l ld e s i g nf o r19 ms i g h t s e e i n g s h i pi ss t u d i e d c o m b i n e d 、) l ，i mt h ed e s i g nc r i t e r i o n sf o rs m a l li n l a n dr i v e rs h i p s ，m a i n s t r u c t u r ea n dd i m e n s i o n so f t h es h i ph a sb e e nc a l c u l a t e da n dc h e c k e d s e c o n d l y , s h i pl i n e sd e s i g nh a sb e e ns t u d i e d s h i pl i n e sd e s i g ni sa ni m p o r t a n t p a r to fas h i p so v e r m ld e s i g na n dh a sg r e a te f f e c to ns h i p st e c h n i c a la n de c o n o m i c a l e f f i c i e n c y s h i p so u t e rc o n t o u r , w i t had o u b l ec u r v a t u r e ，i ss t r e a m l i n e d ，a n ds h i ph a s ac o m p l e xa n ds m o o t hc u r v e ds u r f a c e ，w h i c hi n c r e a s et h ed i f f i c u l t yo fs h i pl i n e s d e s i g n a n dt h e e x p r e s s i o nc u r v e ds u r f a c e t h r o u g h t h e f a i r i n gm a t h e m a t i c a l d e s c r i p t i o no fs h i pl i n e s ，t h el i n e sm o d u l eo ft r i b o nh a sb e e nu s e dt oa c h i e v et h e d e s i g na n df a i r i n go f19 ms i g h t s e e i n gs h i p r e l e v a n tf e a t u r e sh a v eb e e ns u m m e du p t op r o v i d et h eb a s i sf o rt h es t u d yo fo p t i m i z a t i o nd e s i g n f i n a l l y , t h ep e r f o r m a n c ec a l c u l a t i o nh a sb e e nm a d eb yu s i n gs h i ph y d r o s t a t i c i i a b s t r a c t c a l c u l a t i o na n ds t a b i l i t ys t a n d a r d s y s t e m 4 1o f c c s ，i n c l u d i n gh y d r o s t a t i c c a l c u l a t i o n ，g r a v i t yc e n t e rc a l c u l a t i o n , i n t a c ts t a b i l i t yc a l c u l a t i o na n dd a m a g es t a b i l i t y c a l c u l a t i o n t h ed a t as h o wt h a tt h ec a l c u l a t i o nr e s u l t sa c c o r dw i t ht h es t a n d a r da n d m e e tt h er e q u i r e m e n t so fc r i t e r i o n s d u r i n g t h e d e s i g n o f19 r n s i g h t s e e i n gs h i p ，a c c o r d i n g t oi t s g e n e r a l c h a r a c t e r i s t i c sa n dt h eu s e r sr e q u i r e m e n t s ，c a dc a nb eu s e dt od e s i g na n ds t u d yt h e s h i pl i n e s ，a n dc h e c ki t sp e r f o r m a n c e a tp r e s e n t ，t h e r ei sn oo p t i m i z a t i o ns c h e m ef o r s i g h t s e e i n gs h i pd e s i g n , s ow i l lt h ea p p l i c a t i o no fc a di nt h i sf i e l dh a sp r a c t i c a la n d s i g n i f i c a n tg u i d i n g k e yw o r d s ：19 ms i g h t s e e i n gs h i p ；s h i p b u i l d i n gc a d ；l i n e sf a i r i n g ；p e r f o r m a n c e c a l c u l a t i o n 第1 章绪论 第1 章绪论 随着市场经济的发展，产品的竞争越来越激烈，通过高效的设计快速研发 出新的产品，缩短产品设计、制造周期成为赢得市场，求得发展的重要方式。 进入2 0 世纪9 0 年代后，伴随着计算机技术的迅猛发展和计算机应用的普及， 计算机被广泛的应用的社会的各个行业，使得人们的学习、工作、生活方式都 发生了巨大的变化。计算机辅助船舶设计技术正是把船厂工程设计人员丰富的 实际设计经验和先进的计算机辅助设计技术结合起来，以代替传统的船舶设计 方法的有效手段。本论文结合江西罗伊尔观光船工业有限公司校企合作项目 1 9 m 观光船进行参数化设计研究，探求该观光船优质、省时、高效的设计方案。 1 1 观光船技术发展 观光船，作为一种水上娱乐用具是在2 0 世纪5 0 年代后才开始普及的，到 了8 0 年代中后期，其销售额已接近海运货船的销售额。尤其是1 9 8 8 年，世界 观光船工业产品( 包括观光船及观光船上的设备) 的零售额达到了3 0 0 亿美元的历 史最高纪录。 我国大陆于7 0 年代后期开始制造观光船。由于经济水平不高，主要发展公 共型观光船，如城市内河、内湖及海边用的划桨小船、机动小艇和观光小船。 后来随着各地旅游业的发展为适应旅游区的需要逐渐建造客位较多的观光船， 大多是用作旅游观光和交通的公用型观光船。随着我国经济的迅速发展和人民 生活水平的日益提高，人们对休闲活动的要求越来越高。乘游艇观城市美景， 已成为国内知名城市吸引游客的一大亮点。上海的夜游黄浦江、广州的夜游珠 江、天津的夜游黄海，还有夜游桂林，夜游鹭江，推动游艇产业发展方兴未艾。 在鄱阳湖生态经济区上升为国家战略后，来自省内的庐山西海、仙女湖也纷纷 谋划新的水上项目，致力引进豪华游艇【l 】。为了适应人们的这种迫切要求，近年 来，沿海地带以及内河内湖地区先后成立了多家以建造玻璃钢游艇为主的中小 型船厂，建造一批装饰豪华，布置舒适，航行速度高的高级游艇。对丰富人民 的休闲活动以及各项工作中发挥了重要作用，受到人们的欢迎。但是，因为我 国在设计建造高级观光船方面时间不长，经验相对缺乏，技术人员以及设计软 第1 章绪论 件也少有专门针对玻璃钢观光船的设计。因此，以玻璃钢观光船制造为主的中 小型船厂在船舶设计生产中常面临着一种技术力量缺乏导致效率不高的情况出 现【2 】。 1 2 船舶计算机辅助设计 船舶计算机辅助设计即是船舶c a d 在船舶专业设计中得到具体应用的产 物。由于船舶设计是一个多工种、多专业的工作，因此船舶c a d 技术是一项综 合性很高技术，它所具有很多高质量、高效率以及人工所不能及的优点，使它 一问世就获得了巨大的经济效益和社会效益。 1 2 1 船舶设计国内外研究现状 伴随着2 0 世纪5 0 年代c a d 技术的起步发展，国外就开始在船舶建造领域 应用计算机技术，但由于当时计算机硬件的水平使船舶c a d 技术的发展受到很 大的限制，这些应用还只限于简单的计算、简单的数控编程和简单的绘图方面。 自2 0 世纪6 0 年代初成功研究数学放样以来，各造船国家竞相致力于造船c a d 系统的研究开发，使造船c a d 技术得到了飞速发展，相继进入船体放样、船体 加工、管系放样、管系加工、船舶轴系校中、船舶电缆总体布置和螺旋桨加工 等设计制造领域i 引。 计算机辅助船舶设计研究工作最早在d u r r y ( 1 9 6 0 ) 他开发的s k e t c h p a d 系统 中，第一次利用非线性方程将几何约束表示来确定二维几何形体的位置【4 】。后来 k r o u s e 、e n r i c h ( 1 9 7 0 ) 5 - 6 ，进一步发展了这一思想，并使其工程化。在应用此 方法( 数值迭代法) 的过程中，发现了这个方法的许多问题如迭代的收敛性问题等 等。此外，人们也提出了一种运用人工智能思想的方法一几何推理法( 1 9 8 7 ) 【_ 刁。 这种方法把约束集及所约束的几何元素用图论的方法表示出来，然后对约束图 进行几何推理以确定各几何元素的参数值。 到了7 0 年代，随着计算机硬件的升级，船舶设计和生产管理等方面的技术 都得到了迅速的发展，不但可以使用计算机进行船舶结构设计、结构计算和结 构分析，还可以在生产中利用计算机进行简单的辅助制造哺j 。 到了8 0 年代，在船舶设计、建造和管理一体化的思想推动下，许多造船集 成系统软件被开发出来，船舶的设计和建造周期得到大大缩短，很大提升了船 舶建造质量和生产管理的科学水平。但是在系统开发初期，这些系统的功能并 2 第1 章绪论 不十分健全，而且售价昂贵。到8 0 年代后期，随着计算机的普及化，造船集成 软件系统的强大作用得到了充分的凸显，创造出巨大的经济效益。当今世界上 主流的计算机辅助设计软件有瑞典k c s 公司的t r i b o n 系统、美国p t c 公司的c a d d s 5 、法国的c a t i a 和芬兰的n a p a 等系统都可用于船舶设计。我 国船舶企业中应用的船舶计算机辅助设计制造软件，大多数是引进国外研制的 已经比较成熟的船舶c a d 系统，我国的船舶c a d 技术在2 0 世纪6 0 年代末起 步，从上世纪8 0 年代开始船舶c a d 软件开发才得到较大的发展，在系统的发 展与应用方面获得巨大的突破，这些c a d 软件为我国船舶设计制造做出了巨大 贡献【9 】。 在过去一个世纪的时间里，瑞典的k o c k u m s 船厂作为世界最著名的船厂 之一，曾经建造过数以百万载重吨的大型船舶。除了在造船方面取得的巨大成 就之外，k o c k u m s 船厂还成立了一家专门开发造船和近海工程总体设计和信 息系统的下属公司_ k c s 。k c s 是t r i b o n 软件系统的开发者。t r i b o n 软 件系统正式面试后，立即在国际造船界引起了广泛的注意。 如今，全球至少有3 0 个国家，将近4 0 0 家船厂和船舶设计公司，采用t r i b o n 软件作为船舶初期乃至最终阶段的设计和执行工具。k c s 公司更名为t r i b o n s o l u t i o n s 公司( t r i b o n 解决方案公司) ，2 0 0 4 年被a v e v a 公司收购。 t r i b o n 软件系统是一个集成的船舶设计软件，涵盖船、机、电等专业设计的全 部过程。从t r i b o n 系统的使用角度来说，可以分为若干模块，模块和模块之 间是相互关联且相互依赖的。从应用角度来说，主要分为两大部分：船体部分 和舾装部分。l i n e su t i l i t i e s ( 型线实用程序) 是用来对型线进行设计及光顺的模 块。型线光顺采取以计算机自行处理为主，人机图形交互处理为辅的处理方法。 可生成三维立体型线和曲面模型。特点是光顺精度高、光顺效果好，光顺效率 高、设计周期短。 1 9 米观光船是观光船家族中的一种，以船舶总长度为1 9 米而命名。船舶设 计时采用内河小型船舶设计规范。从观光船c a d 的基本特征并结合船舶设计 的实际情况和观光船c a d 系统的内在进行系统分析。根据人们对c a d 系统的 了解，传统的认为一个功能齐全的观光船c a d 系统应当是一个按照观光船设 计规范把船舶参数计算、船舶数据管理、船舶图形处理这三个方面的功能集合 为一体的完整系统。因此，一个单独的绘图程序、例如船舶基本结构图的绘图 程序，或者一个单项的计算程序。例如船舶强度计算程序都不能成为船舶c a d 3 第1 章绪论 系统，即使它是包括了静水力曲线计算、舱容计算、完整稳性和破舱计算等计 算功能的船舶性能计算程序集，它也只是一个“软件程序包”，还不是真正意义 上的船舶c a d 系统。利用观光船c a d 系统的数据计算功能除可以对观光船 性能计算、强度计算进行数据的处理，还可以利用计算机强大而精确的计算功 能通过差值、数值积分等计算方法对性能计算和强度计算，这种方法下所获得 的计算精度则远远高于人工计算获得的精度。通过计算机辅助设计系统的有限 元分析和优化分析，利用其强大的计算能力，可以使利用观光船c a d 系统进行 设计的质量大大提高。在系统中存放了大量利用船舶c a d 系统获得的计算程 序，设计人员可以根据需要随时调用。在局域网服务器的硬盘数据库里存储了 各种计算结果和数据。某一数据可能出现是一个设计人员的结果但同时是另一 个设计人员的已知参数，不同专业或同专业不同项目的船舶设计人员无需重新 计算，只需通过数据库中的数据调用便可，这样大大节省了重复计算的工作量， 提高了设计效率。 1 2 2 存在问题 船舶计算机辅助设计是一个复杂而专业的过程，其中往往需要绘制大量的 船舶图纸，如：型线图、总布置图、基本结构图、横剖面图等等。为了完成这 些图纸的绘制，需要船舶计算机辅助系统应当具有很强大的图形处理功能。通 过计算机辅助的设计，通过系统开发的程序，船舶设计人员只需要在一些特定 的参数化表格中填入特定的参数，便可以自动获得相应的图形，以达到生成图 纸的效果。如船舶计算机辅助参数化系统，只需输入主尺度、船舶轮廓尺寸、 型值表中各纵剖线、横剖线、水线、甲板边线、舷墙定线的高度值和半宽值， 便可以自动生成船舶型线图。设计人员利用服务器将绘制好的型线图存入，可 供自己和其他设计人员方便调用。通过服务器数据库，设计人员还可将他人的 设计图形结果当做块用于自己的设计图形中来。这在绘制船舶总布置图和全船 舾装布置图设计时显得特别有用，c a d 参数化设计系统除可以绘制普通二维图 形来满足传统的船舶制图的需要以外，还可以进行虚拟的三维整体建模。船舶 的三维模型可以通过放大、缩小、自由旋转、剖切等方法可以坚持观看船上所 有结构及尺寸。三维建模的应用使得船舶设计变得更加直观、立体。 4 第l 章绪论 1 3 论文课题研究目标和内容 1 3 1 研究目标 我国船舶工业己确定了“由造船大国走向造船强国”的宏伟战略目标，江 西作为中部省份，位于长江中下游，江西省出台了关于加快船舶工业发展的 若干意见，提出打造“三个基地，即九江船舶制造基地、九江船舶配套基地、 南昌游艇产业基地。江西大力建设鄱阳湖生态经济区，为江西游艇经济的崛起 带来新的契机。江西“襟三江而带五湖 ，丰富的水系资源也造就了丰富的湖 泊资源，为江西省发展游艇业提供了绝佳的条件。随着建设鄱阳湖生态经济区 上升为国家战略，江西发展游艇产业恰逢其时，机不可失【l 】。 我院为了响应高职人才培养方案，采取工学结合教学模式，积极与校外造 船企业合作设计船型。对于某些船型如1 9 m 观光船，我院有配备t r i b o n 软件、 船舶静水力计算及稳性横准系统等造船软件。本文利用t r i b o n 软件的l i n e s 模块和船舶静水力计算及稳性横准系统实现了对1 9 米观光船计算机辅助设计， 其目标在于从新设计方法和手段角度出发，探索一条实现1 9 米观光船高精、高 效且满足中国船级社内河小型船舶建造规范( 2 0 0 6 ) 及中国海事局内河小 型船舶法定检验技术规则( 2 0 0 7 ) 对b 级航区第四类客船要求的计算机辅助设 计新方法，为相似船型的计算机辅助设计打下良好的设计基础，并具有巨大的 参考价值。 以上述分析可知，本课题的研究具有很大的应用前景，且对其他高职院校 参与船舶企业相关产品设计有参考借鉴作用，因此具有很好的理论价值。 1 3 2 主要研究内容 1 9 m 观光船的计算机辅助设计核心工作是该船的型线设计，然后将线型进 行光顺处理，经过光顺后的型线进行性能计算。性能计算包括静水力计算、空 船重量重心估算、完整稳性计算等。最后进行结构计算和绘制各主要结构图纸。 船体型线是船舶的总体性设计项目之一，型线设计是船舶总体设计的重要 内容；船体线型的好坏对船舶的技术经济性能有重大的影响。型线设计的内容 通常是指船体型线特征参数的选择、生成型线图和型线光顺的方法。 船舶主要要素只表示船舶的主要特征，而确定船舶形状的是船舶的型线。 在进行型线设计时必须注意保证所设计的1 9 米观光船具有优良的航海性能，通 5 第l 章绪论 常船体水线以下部分的型线设计应从船舶的浮性、稳性、抗沉性、快速性、耐 波性及操作性等方面加以考虑，而稳性、快速性和耐波性会影响到水线以下部 分的外形尺寸。进行型线设计时，应该力求做到是船体水下和水上部分型线满 足几何上的合理配合。设计型线，绘制型线图的方法归纳起来有：修改母型船 法、自行设计法、系列型线和数字型线等。无论用哪种方法，都必须掌握船体 主要形状特性和参数对船舶性能、布置等的影响规律，以此作为型线设计的基 础。 t r i b o n 系统能够创建模型并具有十分强交互功能，同时设计结果能实现了 数据在局域网中的本地共享，大大方便了设计人员的设计，所以也被称为船舶 制造专家系统。其特点在于利用计算机建立船舶的生产信息数据库，即在计算机 里建立一个实船三维模型数据库。它强大的设计、管理功能不单单体现在绘制 船舶生产用的各类船舶图纸，它更重要的是庞大且易于扩展的结构型材剖面库， 结构肘板，带补板的结构开口，型材端切细节，焊接标准形式以及大量的报表 和数据提取手段。还能产生为满足其他设计过程而要求的数据和文件，例如： 生成图纸，输出板的套料文件和n c 加工信息。由于通过服务器可实现本地数 据共享，故可实时的实现设计作业的平行和各专业之间的协调。它运行于高配置 的计算机和工程工作站上，使用w i n d o w s 操作系统作为系统支撑软件。由于 该系统采用了较好的硬件平台和网络环境，加之t r b i o n 系统又将船舶初步设 计和生产设计融为一体，各个专业之间的数据有良好的兼容性和共享性，所以 它在世界造船c a d c a m 市场中占有十分大的比例【l 引。 到现在为止，世界上已有2 0 0 多家厂商采用该系统进行产品设计和制造。 在欧洲有挪威、法国、英国、丹麦、德国、芬兰等国家，在亚洲包括中国、日 本、韩国、新加坡等国家的多个厂家安装了该系统。目前，在中国有外高桥造 船厂、沪东中华造船厂、大连造船厂、扬子江船业集团、中远船舶修造厂、山 海关造船厂、广船国际公司等一些大型船舶企业都安装了该系统，并且有许多 高校也引进了该系统。但由于t r i b o n 系统是根据欧洲船舶企业的实际情况开 发的一个船舶设计软件系统，而国内船舶企业的实际情况与欧洲船舶企业有很 大的不同，所以自从t r i b o n 系统引进到中国的造船企业后，各个船舶企业的 工程技术人员就立足于自己船厂的实际情况开始了对这个国外先进造船软件的 二次开发研究工作，并且针对船舶企业实际情况进行二次开发，形成适合自己 的c a d c a m 系统，使之能很好的为本企业服务。 6 第1 章绪论 船体型线是船舶的全局性设计项目之一，型线设计是船舶总体设计的重要内 容；船体型线的好坏对船舶的技术经济性能有重大的影响。型线设计的内容通 常是指船体型线特征参数的选择和生成型线图的方法。型线图是表示船体形状 和大小的图样，型线图要表达的船体形状包括外板的形状和甲板的形状。为了 使船舶具有良好的航海性能，船体外板的表面通常是一个具有纵向和横向双重 曲度的光滑曲面。船体型线设计还应考虑船体结构的合理、简易以及施工、维 修的方便，船体形状若过于复杂，不仅会增加船舶的建造工时和消耗材料，而 且施工质量不容易保证，同时还会影响结构强度；过长过浅的尾悬体影响尾部 的强度和刚度；外飘过度、底部平坦船首增加波浪的冲击和船底的抨击；上翘 过大的首尾龙骨影响进坞搁墩和强度等。型线设计时需要选取的船体主要形状 特征和参数主要有：横剖面面积曲线的形状和参数、设计水线的形状和参数、 横剖面的形状和参数、侧面轮廓线的形状等。 船舶设计的基本要求是：一是使船舶按预定状态浮在水面上，即要求船舶重 量和浮力平衡，重心与浮心在同一铅锤线上：二是使设计船满足预定的载重量， 而船舶载重量通常是排水量与其自重的差值；三是使设计船满足任务书中规定 的各项航行性能指标。船舶性能计算主要包括：静水力计算、重量重心估算、 完整稳性计算、破舱稳性计算等。静水力曲线是船舶的重要技术资料，船舶设 计部门用静水力曲线来计算与船舶航行性能有关的性能参数。船舶重量、重心 估算准确与否将影响设计船的航行性能与经济性。稳性按是否进水分为完整稳 性和破舱稳性。对船舶的安全性和使用性都有重要影响。各国都有规范对船舶 稳性作出具体规定，我国船舶检验局颁布的内河船舶稳性规范是用于1 9 m 观光船，以保证船舶的安全。 研究内容具体包括有以下几部分： 本文针对船舶计算机辅助设计( c a d ) 的特点，结合内河小型船舶设计的 有关经验和知识，对为江西罗伊尔观光船工业有限公司设计的1 9 m 观光船c a d 领域的理论和实践进行了探讨。 第二章在1 9 米观光船总体设计部分，主要分析了观光船的设计说明。对设 计规范进行了分析涉及到结构设计原则、总纵强度、外板、甲板、舱壁、骨架 等得规范说明要求并进行了相应结构的尺寸计算及校核。同时对船体型线光顺 进行了数学描述。 第三章讨论了t r i b o nl i n e s 模块，使用该模块进行了型线的创建及光顺。 7 第1 章绪论 通过它的使用可以快速地设计、光顺大多数船型包括1 9 m 观光船，直接达 到生产的要求。它是基于正交的网格和3 d 曲线的。 第四章介绍船舶静水力计算及稳性横准系统。目的是校核本船的静水力特 性，通过该系统进行了静水力计算、空船重量重心估算、完整稳性的计算。 第五章全文结论与展望。总结选题的意义、工作内容及对创新性和推广型 进行分析，最后提出进一步的工作方向。 把整个观光船的设计任务分模块组合，内容涉及型线的生成和绘制中包括 线型库、光顺，静水力计算，阻力估算，结构设计出图，稳性计算等等。 1 3 3 研究技术路线 结合1 9 米观光船计算机辅助设计的内容，依据主要尺寸的论证、型线创建 与光顺和性能计算，1 9 米观光船计算机辅助设计技术路线如图1 1 所示。 图1 1 研究技术路线 1 3 4 研究意义 江西罗伊尔观光船工业有限公司与九江职业技术学院有着长期友好的合作 8 一一圈圈圈 嚣 第1 章绪论 关系，本院船舶设计所与该公司校企合作，完成1 9 m 观光船的计算机辅助设计， 很好地缓解了企业设计能力及人员不足的问题，同时通过对船厂真实船型的设 计提高了教师进行船舶设计的能力。本课题利用本院船舶设计所拥有的配置 t r i b o n 软件、船舶静水力计算及稳性横准系统等造船软件。用t r i b o n 软件 和船舶静水力计算及稳性横准系统和技术对1 9 m 观光船进行参数化设计，生成 船体型线，对型线进行光顺，进行性能计算。减少人机交互过程，缩短型线光 顺和大量繁琐计算、校核的时间，提高效率，缩短设计周期。通过本课题的研 究除在工程实践领域产生巨大影响外还将其成果应用到船舶设计教学工作中， 达到扩大船舶工程技术专业学生的知识面、提高他们的职业技术水平。它符合 职业技术发展潮流，使学生能更好地满足社会需要，增强他们自身的就业竞争 力。 1 4 论文结构 结合1 9 米观光船计算机辅助设计论文的研究内容，确定本论文的结构如图 1 2 所示。 图1 2 论文结构 第一章介绍了观光船技术的发展，对计算机辅助设计、船舶计算机辅助设 计、观光船计算机辅助设计及1 9 米观光船的计算机辅助设计进行了综述。提出 了本论文课题研究的目标、主要研究内容、研究技术路线及研究的意义。 9 第1 章绪论 第二章在1 9 米观光船总体设计部分，主要分析了观光船的设计说明。对设 计规范进行了分析涉及到结构设计原则、总纵强度、外板、甲板、舱壁、骨架 等得规范说明要求并进行了相应结构的尺寸计算及校核。同时对船体型线光顺 进行了数学描述。 第三章讨论了t r i b o nl i n e s 模块，使用该模块进行了型线的创建及光顺。 通过它的使用可以快速地设计、光顺大多数船型包括1 9 m 观光船，直接达 到生产的要求。它是基于正交的网格和3 d 曲线的。 第四章介绍船舶静水力计算及稳性横准系统。目的是校核本船的静水力特 性，通过该系统进行了静水力计算、空船重量重心估算、完整稳性的计算。 第五章结论与展望。总结的本课题选题的意义，所完成的工作内容，并对 此设计中存在的问题进行分析，并提出进一步工作的方向。 本章小结 本章分析了观光船市场的发展趋势及介绍了观光船技术的发展。对国内外计 算机辅助设计、船舶计算机辅助设计、观光船计算机辅助设计及1 9 米观光船的 计算机辅助设计等内容进行了综述。结合1 9 米观光船计算机辅助设计提出了本 论文课题研究的目标、主要研究内容、研究技术路线及研究的意义，并列出了 本论文的结构。 1 0 第2 章1 9 米观光船总体设计 第2 章1 9 米观光船总体设计 船舶设计人员，除了需要在设计实践中不断地探索积累经验，还需要在设 计中注意认真执行国家的技术标准，熟悉并遵守各项规范和公约，认真做好调 查研究，注重在借鉴与继承的基础上进行创新，采用近似的方法逐步深化研究， 最终使设计结果接近最佳组合。一艘船舶的设计，跟据设计任务书，经过大量 而详细的技术设计和绘图，工作量大，涉及面广，设计人员必须仔细、细致地 做好每一步工作，才能保证整艘船的设计质量。 2 11 9 m 观光船设计技术参数 名称：1 9 m 观光船 设计代号：r y l l 9 j e 图2 11 9 m 观光船效果图 1 ) 产品概述 本船为单层观光船外机，全船船体结构为玻璃钢组合的豪华游船，如图2 1 ， 专为b 级航区观光旅游设计。 本船设计以中国船级社内河小型船舶建造规范( 2 0 0 6 ) 及中国海事局内 河小型船舶法定检验技术规则( 2 0 0 7 ) 对b 级航区第四类客船的要求为根据。 1 1 第2 章1 9 米观光船总体设计 2 ) 尺度和数据 总长： 水线长： 型宽： 型深： 设计吃水： 肋 距： 梁拱： 设计满载静深水航速约： 船员定额： 乘客定额： 3 ) 船舶布置概况 1 9 o o m 1 7 7 9 7 m 4 3 0 m 1 6 8 m 0 7 m 0 5 0 m o 0 6 m m 15 0 k m h 3 人 4 8 人( 座席) 主船体：设水密舱壁3 道，分别为样5 、# 1 9 、# 3 4 相应舱室分布为：尾一 群5 为尾尖舱，撑5 存3 4 乘客舱，# 3 4 - - # 3 8 首尖舱。 主甲板：撑5 撑9 为卫生间，撑9 # 3 2 为客舱，# 3 2 - # 3 4 为驾驶室。 4 ) 船体结构 本船主体为单底、单舷、单甲板横骨架式玻璃钢结构。 本船上层建筑采用不饱和树脂，玻璃纤维短切毡和无捻粗纱正交布铺制的 玻璃钢结构。 5 ) 稳性 按中国海事局2 0 0 7 内核小型船舶法定检验技术规则4 3 1 3 要求，本船 完整稳性满足中国海事局内河船舶法定检验技术规则对b 级航区客船的 要求。 本船在客舱两舷和舱底进行发泡处理，增加了船舶破损后的储备浮力，使 本船最大舱室( 客舱) 破损后，任何随机浮于水面，而不会完全沉于水底。 6 ) 乘客定额 本船连续航行不超过1 1 小时，乘客定额5 1 人。按第四类客船座席确定，按 内河小型船舶法定检验技术规则( 2 0 0 7 ) 中第6 2 1 2 条要求，乘客舱设同向 1 2 第2 章1 9 米观光船总体设计 固定软座座椅5 1 个。 乘客舱布置：长1 2 0 6 m ，宽3 4 4 8 m ；设座椅7 排，每排座椅4 个，中间设 0 7 m 通道。按内规要求：软座座椅规则0 5 m x 0 4 8 m ，同向间距 1 0 2 8 m ； 纵向通道宽度i 0 7 m ，乘客舱所需宽度：5x o 5 + 0 7 = 3 2 9 m 乘客舱实际宽度 = 3 4 4 8 m ，乘客舱所需长度：1 1 ( 0 4 8 + 0 2 8 ) = 8 3 6 0 7 1 d ， 乘客舱所需宽度：5 0 5 + 0 7 = 3 2 9 m 乘客舱实际宽度= 3 4 4 8 1 d ， 乘客舱所需长度：1 1 ( o 4 8 + 0 2 8 ) = 8 3 6 0 ，复原力矩为正值，抵抗船舶横倾 当m 点低于g 点时，初稳性g m 0 ，复原力矩为付值，船舶继续横倾 m 点称为船舶的横稳心 横准方法及其实用数据 横准一艘船初稳性的优劣的指标是初稳性高度g m 值，客船不小于0 1 5 m ， 对于观光船，尤其当载客数目满载时，其主要矛盾通常是旅客移动时横倾角的 限制，且因短途客船不宜在中途加压载水，故满载出港时的g m b 的值应取更 大。 初稳性值的估算 由船舶静力学可知，初稳性高度g m 可由式( 4 1 3 ) 计算： g m 2 乞+ ，- 一乙( 4 - 1 3 ) 式中：z 广浮心高度，m 。 r 横稳心半径，m ； 5 2 第4 章1 9 米观光船性能计算研究 z i _ 重心高度，m 。 此式又可近似为： g m = a l t + a 2 8 2 t - a a d ( 4 - 1 4 ) 式中：a l 系数，依赖于船的型线特征，取相近母船型的值时，为q = z o o 瓦 a 2 系数，依赖船的水线面特性，取相近母船型值时，为a 2 = 厂( 霹瓦) a 3 系数，与上层建筑特征及总布置有关，可取相近母型船的值。 影响初稳性值的因素分析，由( 4 1 4 ) 式所知，船的主尺度b 、t 、d 决定着 初稳性高度g m 的大小。 2 ) 大倾角稳性 大倾角稳性是指当观光船在较大的风和浪作用下，横倾角超过1 0 0 1 5 0 时的 稳性，它涉及到船在航行中到底能抵抗多大风浪或横倾力矩而不倾覆。在保证 初稳性的条件下，从满足大倾角稳性的要求来考虑，主要是注意重心高度、b 、 卵和受风面积等因素的影响。对大倾角稳性的要求，小型观光船通常有困难。 因此，在设计时注意参考相近母型船，取适当大的b 和f t 值，并力求降低重心 高度和受风面积【1 1 1 。 3 ) 关于复原力臂曲线特性的衡准 有公式( 4 1 2 ) 复原力臂曲线( g z 曲线) 下的面积，在横倾角巾= 3 0 。或 以下时，应不小于0 0 5 5 米一弧度，在横倾角为巾= 4 0 。或以下或者进水角为 巾f = 4 0 。或以下时，应不小于0 0 9 米一弧度。此外，当横倾角在3 0 。和4 0 。 之间或在3 0 。和由f 之间，而由f 小于4 0 。时，复原力臂曲线( g z 曲线) 下的面 积应不小于o 0 3 米一弧度。 在横倾角等于或大于3 0 。时，复原力臂( g z ) 至少为o 2 米。 最大复原力臂应出现在不小于2 5 。的横倾角时。如果这样要求不现实， 应经主管机关批准后，适用基于等效安全水平的替代衡准。 初始稳心高度g m o 应不小于0 1 5 米。 4 ) 强风和横摇衡准( 气候衡准) 每艘船舶承受横风和横摇的综合效应的能力应按下述每种标准装载状况参 第4 章1 9 米观光船性能计算研究 阅图4 1 2 予以证实【1 8 1 。 j 存 冬蕊 、盘 、 八i k 。 y i ，- ， 饥 洲秀角 y q o _ y p t 图4 1 2 强风和横摇 图4 1 1 中各角的定义如下： q o =稳定风作用下的横倾角 ql=波浪作用下的迎风横摇角 q 2 =下向进水角( 9 f ) 或5 0 0 或9 。，取其小者， 其中： q f _ 不能关闭成风雨密的船体、上层建筑或甲板室上的开1 ：3 浸水时的横倾角。 在适用此衡准时，不会发生连续浸水的小开口不必视为打开。 q 。= 风压横倾力臂1 , 2 和g z 曲线间的第二截点角。 风压横倾力臂0 ，和k 在任何倾斜角度时应为恒定值并应按下式计算： 。，2 篇( 米) ，5 ) k= 1 5 ，l ( 米) 式( 4 1 5 ) 中： p = 5 0 4p a 的风压。经主管机关批准，对于在受限制区域运营的 船舶所用的尸值可酌减； 第4 章1 9 米观光船性能计算研究 a = 船舶和甲板货水线以上部分的投影侧面积( m 2 ) ； z = 自彳的中心至水下侧面积的中心或至约一半吃水处的垂直 距离( 米) ； = 排水量( 吨) ； g = 重力加速度，取9 8 1 米秒2 。 横摇角( p l 按式( 4 - 1 6 ) 计算： 魏= 1 0 9 k 木x 1 x 2 焉( 度) ( 4 1 6 ) 式中： ，= n 7 3 + d 6o g d 其中：o g = k g - - d 出船舶平均型吃水( 米) 严系数，可使用公式( 4 - 1 7 ) ： 横摇周期 r ：掣( 秒) ( 4 1 7 ) 4 g m c = 0 3 7 3 + d0 2 3 ( b d ) 一0 0 4 3 ( i _ 删1 0 0 ) 。 对于19 米观光船x 1 = 0 9 8 ，x 2 = 0 8 2 ，k = 0 9 8 h =船舶水线长度( 米) b = 船舶型宽( 米) d = 船舶平均型吃水( 米) 4 4 2 稳性模型建立 1 ) 舱室划分和舱室要素 舱室划分和舱室要素的数据包括“单元体表 和“舱室要素表，是舱容曲 线、自由液面修正和破舱稳性等计算的基础。建立舱室划分和舱室要素数据的 核心问题是对舱壁边界进行定义，本程序