毕业设计（论文）-8米游艇初步设计.doc

8米游艇初步设计8米游艇初步设计专业班级：船舶与海洋工程2班姓 名： 指导教师： 交通运输装备与海洋工程学院I摘 要本次设计的课题为8米游艇初步设计，该游艇属于C类游艇，是一艘高速敞开艇，适航于平静水域。此次游艇设计采用参照母型船设计和规范设计相结合的设计方法，主要包括了三个部分：总体设计、结构设计、性能设计。首先，根据母型船参数，初步确定设计游艇的主尺度等主要参数，并绘制了型线图、总布置图；然后，依照中国船级社游艇建造规范（2007）计算结构强度、确定主要构件尺寸，使游艇满足规范对于强度、稳性的要求；然后对于空船的重量重心进行计算，进而计算稳性；最后，计算游艇航行阻力，设计适用的推进器。母型船选用的是Riva ISEO型游艇，在设计过程中，使用了Auto CAD、Maxsurf、SolidWorks、Excel、Word等计算机辅助软件。关键词：8m游艇；初步设计；阻力与推进ABSTRACTThe subject of the design is the preliminary design of an 8 meters long yacht , it is a Class C yacht . It is an open boat which would sail through Confined Water.The design uses a combination of methods with reference to the mother ship design and specification design mainly includes three parts: the overall design, the structural design, designing for performance.First of all , according to the parameters of the mother ship , identify the main dimensions of the yacht preliminarily. Drawing the general arrangement and line plans ; Secondly , using the 2007 CCS “yacht construction specifications ” to calculate the structural strength , and to determine the major component size, so that the boat body to meet the requirements of strength , stability, etc. ; then , estimating the weight of lightship and its center of gravity ; finally, calculate the resistance of the yacht , design the propeller.The mother ship is Riva ISEO. Auto CAD , Maxsurf , SolidWorks , Microsoft Excel, Microsoft Word and some other computer-aided software are used throughout the design process.Keywords: 8 meters long yacht；preliminary design；Resistance and propulsion目 录第1章 绪论21.1 课题研究的背景及意义21.2 设计任务书21.2.1 游艇的用途及航区21.2.2 游艇类型及结构21.2.3 船级21.2.4 游艇主要尺度及型线21.2.5 游艇结构21.2.6 游艇性能21.3 设计任务书分析21.4 基本设计思想2第2章 主尺度及排水量等主要参数的确定22.1 主尺度的确定22.1.1 根据母型船的尺度进行初步设定22.1.2 根据总布置的需要进行设计（采用舷外机）22.2 排水量的确定22.2.1 空船重量22.2.2 载重量22.2.3 排水量储备22.2.4 排水量合计22.3 本章小结2第3章 总体设计23.1 型线设计23.1.1型线设计概述23.1.2 型线图的绘制23.2 总布置设计23.2.1 总布置设计概述23.2.2 舱室布置23.2.3 驾驶台位置23.2.4 游艇设备的布置23.2.5 油、水舱的布置23.2.6其他布置23.2.7 总布置图的绘制2第4章 结构设计24.1 结构设计概述24.2 结构强度计算书24.2.1 计算依据24.2.2 主尺度24.2.3 船体结构24.2.4 结构构件尺寸24.2.5 结构骨材24.3 基本结构图的绘制2第5章 性能设计25.1 性能设计概述25.2 空船重量重心计算25.3 静水力计算25.4 浮态及初稳性计算25.5 大倾角稳性计算25.5.1 静稳性及动稳性曲线的绘制25.5.2 大倾角稳性校核25.5.3 进水角曲线的绘制25.5.4 稳性衡准数校核2第6章 阻力计算26.1 计算方法26.2 计算程序26.3 计算过程2第7章 螺旋桨设计27.1 船体主要参数27.2 初步设计确定最佳直径27.3空泡校核27.4强度校核27.5 螺距修正27.6 重量及惯性矩的计算27.6.1 螺旋桨重量计算27.6.2 转动惯性矩的计算27.7 敞水性征曲线的确定27.8 系柱特征的计算2参 考 文 献2致谢2498米游艇初步设计第1章 绪论1.1 课题研究的背景及意义游艇，是一种水上娱乐用高级耐用消费品。它集航海、运动、娱乐、休闲等功能于一体，满足个人及家庭享受生活的需要。在发达国家，游艇像轿车一样多为私人拥有，而在发展中国家，游艇多作为公园、旅游景点的经营项目供人们消费，少量也作为港监、公安、边防的工作手段。游艇是一种娱乐工具这一本质特征，使它区别于作为运输工具的高速船和旅游客船。而随着经济的发展和居民生活水平的提高，游艇正在成为人们娱乐休闲的新消费品。船舶设计的任务是根据相关法规、规范和设计任务书的要求，为船舶的建造和使用提供所需的全部技术设计，包括各类设计说明书，计算书和设计图纸等。1.2 设计任务书1.2.1 游艇的用途及航区本游艇为一艘8.5米的玻璃钢敞开游艇，用于休闲娱乐，在繁忙的工作之余与亲朋好友外出游玩，亲近自然之用。主要航行于平静水域，即距岸不超过5n mile的水域，船舶满载并以其最大航速的90%速度航行，航程时间不超过2h，并限制在蒲氏风级不超过6级，目测波高不超过1m的海况下航行。1.2.2 游艇类型及结构根据CCS对游艇的分类，本游艇属于C类游艇。本艇以纤维增强塑料为船体结构材料。船体结构采用纵骨架式。1.2.3 船级本游艇按下列规范、规则和公约进行设计：CCS游艇建造规范（2007）；入级中国船级社。1.2.4 游艇主要尺度及型线本游艇设计平均吃水0.3米，其他尺度主要根据最佳型线及安全性选定。1.2.5 游艇结构本游艇全艇采用纤维增强塑料材料。船体结构采用纵骨架式。1.2.6 游艇性能对设计游艇稳性应满足的稳性规范和其他要求，对摇摆周期的要求，对游艇在满载航行状态的浮态要求。1.3 设计任务书分析设计任务书的分析首先从游艇的主要要素的确定开始，因为它对游艇技术、游艇性能、经济性和安全性的影响很大，是游艇设计中应首先解决的最重要的工作。本游艇属于布置型船舶，其主要尺度主要根据游艇上设备的布置情况确定。排水量及其他主要参数根据母型船进行设计，在满足设计要求的条件下，船长应尽可能小。在满足布置要求和溅湿性要求的情况下，型深不应过大，以免引起重心过高以及受风面积过大而降低稳性。在总布置设备上按照使用要求、技术性能、经济效益和结构工艺，根据确定的船舶主尺度对型船进行优化，充分利用空间进行总体布局规划。其他方面，重量重心力求满足装载合理的要求，同时又能保证船舶的稳性要求，在满足不超过吃水以及强度要求的情况下，尽量减轻船体重量；同时必须保证满足稳性的要求；型线设计在各项指标符合规范设计要求下注意游艇的外形美观。1.4 基本设计思想经过分析，本游艇在设计中要满足一下要求：（1）根据设计任务书的要求，本游艇应采用玻璃钢材料的纵骨架式结构；（2）设计时要尽可能兼顾装载合理，使全船受力均匀，同时保证游艇的浮态平衡 （3）在建造条件限定的主尺度范围内，保证容量及航速的要求下，应力争减小游艇的其他主要尺度，以达到提高经济性的目的；（4）在保证强度要求的情况下，应尽量减轻游艇的重量；（5）在设计任务书的允许范围内充分利用游艇内部空间，同时注意从结构上考虑船体结构的合理性，从施工工艺上考虑加工的方便性以利于游艇总布置的设计；（6）在满足规范的要求下，尽量使游艇外形美观、内部环境舒适。第2章 主尺度及排水量等主要参数的确定根据设计要求并参考母型船的实船资料，在考虑安全性的条件下初步拟定主尺度。2.1 主尺度的确定2.1.1 根据母型船的尺度进行初步设定（1）船长。母型船船长8.24m，本游艇初定艇总长8.55m，船长的选择主要取决于总布置的要求。当肋骨间距取400mm时船尾部定长2.4m,其中包括油舱0.6m，水舱0.4m以及储物柜和存放敞篷的长度；船中部定长3.72m，为游客主要活动范围，包括驾驶台，座椅和固定台桌；实取垂线间长7.50m。（2）型宽。船宽的选择为了满足总布置及稳性的要求。高速艇的安全性十分重要。国内小游艇长宽比大致为L/B3，略大于国外艇（L/B=0.15最大复原力臂（m）Lm0.4970.495=0.2（GZ）最大复原力臂（）m4545=25对应角消失角（）v8080=550-30（m.deg）10.4910.39=3.151（GZ曲线）面积0-40（m.deg）14.8614.63=5.157（GZ曲线）面积30-40（m.deg）4.374.24=1.719（GZ曲线）面积稳性校核结果满足要求满足要求5.5.3 进水角曲线的绘制船舶的进水角随排水体积的变化而变化的曲线称为进水角曲线。设E点为穿上最先进水的非水密开口下缘，过E点与作水平线成倾角的各倾斜曲线，算出倾斜水线下的排水体积，然后以进水角为纵坐标，排水体积为横坐标绘制曲线，进水角汇总表如下：表5.8 进水角汇总表序号123456进水角(）303640506070进水体积（m）57463921115通过以上对进水角及水体积的汇总结果，绘制进水角曲线如下图：图5.5.3 进水角曲线图5.5.4 稳性衡准数校核 稳性衡准数K是对船舶稳性的重要基本要求之一。规范规定：船舶在所核算的各种装载情况下的稳性，应符合下式： K= （5-1）式中：K为稳性衡准数； lq为最小倾覆力臂，表示船舶在最危险情况下抵抗外力矩的极限能力；lf为风压倾侧力臂，表示在恶劣海风下风对船舶作用的动倾力臂。（1） 风压倾斜力臂lf根据国内航行海船法定检验技术规则（2011）规定风压倾斜力臂lf按照下式计算： （5-2）式中： P 单位计算风压，Pa； Af 船舶受风面积，m2； Z 计算风力作用力臂，m； 所核算装载情况下船舶排水量，t。计算结果见下表： 表5.9 风压倾侧力臂计算表项目满载出港满载到港P=198200Af=5.415.5Z =0.270.29排水量=2.1732.0350.0135674270.01597928（2）横摇角1根据国内航行海船法定检验技术规则（2011）规定横摇角1按下式计算： 1=15.28C1C4C2C3 （5-3）式中：C1系数，按规范2.1.8求得，按游艇法定检验暂行规定（2009）取沿海航区的0.8倍；C2系数，按规范2.1.9求得；C3系数，按规定2.1.10求得；C4系数， 按规范2.1.8求得，按 规定（2009）4.2.3.1取1.0对于折角线型船舶，横摇角取计算值的0.8倍，各种装载情况下的横摇角计算结果见表5.9。（3）横摇自摇周期T根据国内航行海船法定检验技术规则（2011）规定横摇自摇周期T按下式计算：T=0.58B2+4KG2GM0 （5-4）式中：f按船舶的B/d值由规则中表2.1.8查得的系数；B不包括船壳板的最大宽度，m；d所核算装载情况下的型吃水，m；KG所核算装载情况下船舶重心至基线的垂向高度，m；GM0所核算装载情况下船舶未计及自由液面修正的初稳性高度，m。各装载情况下的横摇周期计算结果见表5.9表5.10 横摇角及横摇自摇周期计算表T1.6996358581.54240433f1.251.23GM00.9061.056B2.182.18KG0.4880.463d0.350.33C10.2670.26c02=0.9665714290.97181818C2修正11C3=0.0210.021C4=11136.9047061136.9047061折角线船舶修正后横摇1518（4）最小倾覆力臂计算根据各种载况下的排水量和进水角曲线图，测量出各个载况下的进水角，再根据游艇的动稳性曲线的有效部分与进水角，决定最小倾覆力臂，得到下表：表5.11 最小倾覆力臂计算表满载出港满载到港横摇角（度）1518进水角（度）3636最小倾覆力臂0.1560.1481（5）稳性衡准数校核表5.12 稳性衡准数校核表满载出港满载到港最小倾覆力臂lq0.1560.1481风压倾侧力臂lf0.0135674270.01597928稳性衡准数K11.49812719.26825239结论（是否=1)满足要求满足要求第6章 阻力计算6.1 计算方法阻力计算采用的是A.B.Marry法，该方法的特点是在给定速度下，先确定一系列航行纵倾角a，计算出各航行纵倾角下的阻力值，绘出以a为横坐标的阻力曲线。然后求各航行纵倾角下压力中心距尾板的水平距离lp，并标绘到同一张图上。于是可以根据给定的xG值确定a值，这样就可以在同一个横坐标上读取阻力值。6.2 计算程序（1）预先计算艇底平均宽度B、平均斜升角、艇的动负荷系数和宽度傅氏数FrB；（2）使用公式求得考虑斜升影响的当量平板载荷系数；（3）取一系列航行纵倾角a值，列表计算比值;（4）根据FrB和两个参数通过下式求相对浸湿长度，公式为： =0.01212+0.00952/FrB2 （6-1）（5）确定浸湿长度l=B和浸湿面积S=lBcos；（6）计算Re和CF；（7）按公式R=+（）pv22S计算水动阻力R；（8）绘制阻力与航行纵倾角的关系曲线；（9）计算给定速度下，对应于不同纵倾角的lp值：lpl=k （6-2）式中：k=0.84+0.015a0.125+0.0042（10）绘制lp与航行纵倾角的关系曲线，并从该曲线上取得符合给定xG的航行纵倾角a的值，再从阻力曲线上获得对应于此a角的阻力值。这个值即为本计算艇在给定速度下的水动阻力。6.3 计算过程本艇计算使用尺度：=2.173t BM=2.4086m BT=2.287m xG=4.13m M=22 T=12计算速度v=25kn=12.85m/s预先计算： B=（BM+BT）/2=2.3478m =17 =9.81*21730.5*1025*12.8522.34782=0.0457FrB=vgB=12.859.81*2.3478=2.678得到=0.0782；列表计算如下：表6.1 阻力计算表1a2345672a1.12.143.354.595.877.188.503/0.03650.02330.01700.01330.01090.00924(查得)3.1252.0451.6241.0260.7230.61357.3374.8013.81282.40881.69751.4396L*B17.22611.2728.9525.6553.98543.3785718.01311.7879.36115.91344.16753.53298Re=lv/(1.19*10-6)7.9*1075.4*1074.1*107