（船舶与海洋结构物设计制造专业论文）4900车pctc总布置优化与破损稳性研究.pdf

哈尔滨1 = 程大学硕士学位论文 摘要 船舶总布置设计是影响全局的设计工作，其设计的好坏直接关系到船舶 多样性能的优劣。由德国公司设计厦门船舶重工股份有限公司建造的4 9 0 0 车p c t c 对于破损稳性要求的极限初稳心高很高，严重影响船舶的适航性。 即将生效的s o l a s 第1 i 1 章的修正案对本船型的破损稳性提出了更高的要 求，同时已经生效的m a r p o l 公约第1 2 a 条关于燃油舱保护的要求对本船 分舱和总布置也带来重大的影响，因此本论文就是在满足各规范的前提下， 优化总布置从而降低破损稳性所要求的极限初稳心高。 本论文首先应用n a p a 软件建立了原4 9 0 0 车p c t c 线型和舱室模型， 并进行破损稳性计算，从而验证了n a p a 软件的准确性。其次，由于干舷甲 板以下的整个货舱区域设置了双层船壳，导致破舱时不对称进水严重，因而 总布置优化初步确定为去边舱的方案，并且通过几何模型简化原船，从而简 单、快速的证明此方案的可行性。接着，结合去边舱方案以及m a r p o l 新 规则进行总布置优化，根据优化方案重建舱室，并分别根据s o l a s 新、老 规则计算其破损稳性，最终证实去边舱方案对于降低破损稳性所要求的极限 初稳性高是有益的。 本文对今后同类船型的总布置设计以及依据s o l a s 新规则计算破损稳 性起到参考的作用，是前期的、基础性的工作。 关键词：汽车运输船；n a p a ；破损稳性；总布置 哈尔滨工程大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h eg e n e r a la r r a n g e m e n td e s i g nf o ra s h i pa f f e c t st h ew h o l ep r o j e c t ，a n di t s r e s u l ti n f l u e n c e st h es h i pp e r f o r m a n c eg r e a t l y 4 9 0 0p c t cd e s i g n e db yg e r m a n a n db u i l tb yx i a m e ns h i p b u i l d i n gi n d u s t r yc o ，l t d ，h a sh i g h r e q u i r e m e n to nt h el i m i tv a l u eo fg mf o rd a m a g es t a b i l i t y i t r e d u c e st h e s e a k e e p i n gp e r f o r m a n c e t h ea m e n d m e n t so ft h ei i 一1c h a p t e ro fs o l a st ob e c a r r i e do u th a sh i g h e rr e q u i r e m e n t so nd a m a g es t a b i l i t ya n dt h er e g u l a t i o n12 ai n m a r p o lo no i lf u e lt a n kp r o t e c t i o nb r i n g sg r e a te f f e c t st os u b d i v i s i o na n d g e n e r a la r r a n g e m e n to ft h i ss h i p i nt h i sp a p e r , t h eg m i sr e d u c e db yo p t i m i z i n g t h eg e n e r a la r r a n g e m e n tb a s i n go nc r i t e r i o n f i r s t l y , 晰t hn a p as o f t w a r e ，t h el i n e sa n dc o m p a r t m e n t so f4 9 0 0 p c t ca l e c o n s t r u c t e d ，a n dt h ed a m a g es t a b i l i t yi sc a l c u l a t e d t h u st h en a p as o f t w a r ei s v a l i d a t e d s e c o n d l y ，d o u b l eh u l la r es e ti nt h ea r e a so fc a r g ot a n k su n d e rt h em a i n d e c k , w h i c hl e a d st ot h ei m m e r s i n gu n s y m m e t r i c a ls e r i o u s l y t h u s ，t h es c e n a r i oo f o p t i m i z a t i o no fg e n e r a la r r a n g e m e n ti se l i m i n a t i n gt h es i d er o o m s b ys i m p l i f y i n g t h es h i p ，t h es c e n a r i oi sp r o v e dt ob ef e a s i b l e t h e n ，i na c c o r d a n c e 谢t l lt h i s s c e n a r i oa n dt h en e wr u l e so fm a r p o l ，t h eg e n e r a la r r a n g e m e n ti so p t i m i z e d a c c o r d i n gt ot h eo p t i m i z a t i o n , t h ec o m p a r t m e n t sa r er e b u i l ta n dt h ed a m a g e s t a b i l i t yi sc a l c u l a t e da c c o r d i n gt ot h en e wa n do l dr u l eo fs o l a s a tl a s t ，t h i s s c e n a r i oi sp r o v e dt ob eh e l p f u lt or e d u c et h el i m i tg mf o rd a m a g es t a b i l i t y t h e p a p e rp r o v i d e s r e f e r e n c e si nt h e g e n e r a la r r a n g e m e n t o ft h e h o m o g e n e o u ss h i pa n dt h ec a l c u l a t i o no fd a m a g es t a b i l i t yi nf u t u r e ，a n dt h ew o r k i nt h i sp a p e ri sp r e l i m i n a r ya n df o u n d a t i o n a l k e yw o r d s ：p c t c ；n a p a ；d a m a g es t a b i l i t y ；g e n e r a la r r a n g e m e n t 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导 下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文 献等的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中 已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集 体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意 识到本声明的法律结果由本人承担。 作者( 签字) ：重丛 日期： 2 一刀年弓月2 日 哈尔滨工程大学硕+ 学位论文 第1 章绪论 1 1 课题的来源、目的及意义 1 1 1 课题的来源 汽车卡车运输船( p u r ec a rt r u c kc a r r i e r ，简称p c t c ) 是一种运输汽车 的专用船舶，它具有运输批量大、运费低和装卸方便等优势，在未来较长的 时间内市场需求量相当大且会稳定增长，因此加强汽车运输船舶的建设首当 其冲。 在我国，厦门船舶重工股份有限公司( 以下简称厦船重工) 已经成功地 建造了由德国某公司设计的4 9 0 0 车p c t c ( 见图1 1 ) ，然而该船尚有一些不 合理的地方，马士基公司针对这些不合理的地方进行改进准备再建造若干艘 同类船舶，本课题正是在此背景下针对4 9 0 0 车p c t c 展开研究。 本课题依托7 0 8 所4 9 0 0 车p c t c 项目开展关于改善船舶性能方面的研 究。 1 1 2 课题研究的目的和意义 由德国公司设计厦船重工建造的这艘4 9 0 0 车p c t c 对于破损稳性要求的 极限初稳心高很高，其部分载重线吃水所对应的最小g m 值可达2 2 2 2 m ( 见 图1 2 m ) ，这使船舶营运和配载受到极大的限制，同时，在波浪中的自摇周 期短，不仅影响船的安全性，也使船上正常作业困难，仪表易出故障，货物 易受损，更易使乘员晕船或感到不舒服口1 ，因此降低破损稳性要求的极限g m 值是本船设计的关键之一。即将生效的s o l a s 第1 章的修正案对本船型 的破损稳性提出了更高的要求以及已经生效的m a r p o l 公约第1 2 a 章的关 于燃油舱保护的要求对本船分舱和总布置也带来重大的影响，本论文的研究 目的就是在满足各规范的前提下，优化总布置来降低其极限g m 值，并且应 用n a p a 软件分别计算总布置优化前后s o l a s 新、老规则下的极限初稳性 哈尔滨工程火学硕士学位论文 高，并寻找新、老规则对破损稳性计算所产生的影响。 本课题的研究成果可用于依托船型4 9 0 0 车p c t c 的实际一i 程项目，具有 实际意义。 图114 9 0 0 车p c t c 在厦门建成 瞻：曩一j 腠一：。- 陲：_ ；：= 仁一二： _ ；：_ ：_ ? j _ ；。j x ； 卜ii 二o )p“c1e1l 4 图124 9 0 0 车p c t c 极限初稳性高 12 世界p c t c 市场现状 当前，由于经济、政治等多种凼素的影响，汽车生产大国如美国、德国 一 哈尔滨工程大学硕士学位论文 日本等纷纷将生产转移到海外，在国外投资建厂。在我国，德国大众、美国 克莱斯勒和通用、日本本田和铃木、法国雪铁龙等公司与国内汽车生产企业 合资建厂生产整车已有多年历史。而近年来又有国外大型汽车生产企业在巨 大市场潜力的吸引下，纷纷进入中国市场或增加投资规模，投入更新的技术， 如意大利菲亚特、日本日产和三菱( 奔驰控股) 、韩国现代、美国雪佛来、德 国欧宝等，世界汽车生产布局正在发生深刻的变化，因而汽车运输这样一个 巨大的市场，正备受运输业界关注。 据统计，1 9 9 9 年全世界共有p c t c p c c3 8 0 艘，2 0 0 2 年达到4 1 7 艘，2 0 0 3 年底共有4 3 3 艘，2 0 0 4 年底增至4 8 0 多艘。目前世界汽车运输船队( 含多用 途混合滚装船) 中，共有1 8 3 艘船的船龄高于2 0 年( 见表1 1 ) ，占整个船队 的2 6 7 ( 以d w t 计，以下同) ，而且其中8 2 艘已经超过2 5 年船龄( 1 9 8 0 年前建造) ，1 4 艘船船龄超过3 0 年。2 0 0 5 年将有2 5 艘、2 0 0 6 年有2 7 艘、 2 0 0 7 年再有2 6 艘超过2 5 年船龄，p c t c p c c 船队老龄化比较严重。 表1 1 世界汽车运输船龄结构 船龄艘数d w td w t 所占比例 2 0 年以上 1 8 32 1 0 9 3 5 62 6 7 1 0 - 2 0 年 2 3 02 7 2 0 3 4 83 4 5 l o 年以下 2 0 53 0 5 7 4 7 43 8 8 总计 6 187 8 8 7 1 7 81 0 0 目前世界汽车产量已超过5 0 0 0 万辆，其中年出口量约1 0 0 0 万辆，且大 部分通过海运，因此，近年来汽车运输市场一直比较旺盛，汽车货流量持续 增长，整车运输的p c t c p c c 运力不足，供求关系紧张，致使p c t c p c c 的 利用率很高，特别是亚洲欧洲航线、亚洲区域内部航线和北大西洋航线。在 运输澳大利亚旧车的航线，已开始用集装箱运输汽车。当前，虽然许多老龄 船并不适合目前的市场，但还在营运中，因此在不久的将来，属于报废对象 的船会相当多。 从世界范围看，汽车海运出口量增长很快。1 9 9 5 年世界汽车海运出口量 哈尔滨工程大学硕士学位论文 5 6 3 1 万辆，2 0 0 0 年达到6 5 5 5 万辆，增长了1 6 4 ，2 0 0 5 年预计将达到8 7 6 5 万辆( 见表1 2 ) ，比2 0 0 0 年增长3 3 7 。 表1 219 9 5 - - 2 0 0 5 年世界汽车运输量情况 年份 出发地目的地 1 9 9 5 2 0 0 02 0 0 5 北美 1 3 5 2 1 4 0 0 1 6 0 0 日本西欧 9 9 4 1 4 2 0 1 5 0 0 其它地区 5 7 28 0 o2 1 0 0 北美 2 1 42 7 03 5 o 韩国西欧 4 1 55 0 o5 2 0 其它地区 3 0 53 0 04 5 0 北美 4 2 06 3 o8 1 0 中东 7 o8 o1 5 0 欧洲 欧洲 3 5 03 0 o3 0 0 其他地区 2 2 0 1 7 o 2 5 o 亚太地区 1 8 9 1 3 o 1 5 o 中东 7 o7 o9 0 北美 欧洲 1 8 01 9 02 5 o 其他地区 1 6 01 5 o1 2 o 南美世界各地 7 o1 0 05 0 澳大利亚世界各地 5 04 57 5 总计5 6 3 16 5 5 58 7 6 5 中国已经成为继美国、日本、德国之后的第4 大汽车销售市场。日本汽 车出口量呈快速增长。2 0 0 3 年日本出口整车4 7 5 6 万辆，预计2 0 0 5 年日本汽 车出口量将达到1 3 2 万辆，比2 0 0 0 年增长2 3 4 。同时欧洲、北美和南美等 地的出口量将都明显上升。 二手车的运量也在增加。二手车运往中东、西非、俄罗斯、加勒比、中 美 n 南美洲和亚洲的数量越来越大。韩国和日本年出口量为5 0 - 1 0 0 万辆， 4 哈尔滨工程大学硕士学位论文 欧洲和北美也有出口。世界范围内，二手车的运量相当于新车运量的1 5 2 0 左右。 面对火爆的航运市场，运力出现严重短缺，加之船队老龄化，上世纪8 0 年代建造的大批汽车运输船面临淘汰，为此，各大汽车运输船公司纷纷加大 船队扩充力度，积极订造新一代大型节能运输船，其中以日本三大航运巨头 ( 商船三井、日本邮船和川崎汽船) 和挪威威廉姆斯公司订造量最多( 见表 1 3 ) 。p c t c 可以调整甲板高度，适应装载各种车辆，因此现在船东新订造的 大多是p c t c ，很少再订造p c c 。新造的p c t c 载车量都比较大，平均达到 5 9 0 0 车位，最大的是瑞典华轮纽斯公司在大宇造船海洋工程订造的4 艘8 0 0 0 车位的p c t c ，这4 艘同型船将于2 0 0 9 年8 月开始交船。图1 3 是韩国大宇 公司生产制造的“礼诺上海”，可同时装载6 5 0 0 辆汽车的超级巨轮。 表1 3 近几年主要汽车运输船公司p c t c p c c 订造情况 航运公司船r车位艘数交付日期 j 鳓一 新来岛船坞 6 4 0 0 1 9 2 0 0 7 0 9 一= ： 一 ： 新来岛船坞、内 4 0 0 05 2 0 0 6 年之前 川崎汽船岛船厂 南通中远川崎 5 0 0 032 0 0 5 0 6 新来岛船坞 6 4 0 072 0 0 6 年之前 日本邮船 今治造船 6 4 0 05 大宇造船海洋 列夫霍格 6 1 0 092 0 0 4 0 8 工程 三菱重工 6 7 0 0 大宇造船海洋 8 6 7 0 0 威廉姆斯 工程 三菱重工 6 4 0 062 0 0 4 0 6 现代重工 6 1 5 012 0 0 7 年 d f d s 海运弗伦斯堡船厂 6 + 12 0 0 2 0 5 阿普摩勒大宇造船海洋 6 4 0 0 2 + 2 2 0 0 6 年第二季 哈尔滨工程大学硕七学位论文 工程度 希德海运 新米岛船坞 6 4 0 04 - 82 0 0 5 0 7 t o y o h u z i 海 三菱重上 6 0 0 032 0 0 5 0 6 2 0 0 4 年笫4 季 欧韩汽运 现代三湖 6 5 0 0 人宇造船海洋 华轮纽斯 8 0 0 02 0 0 7 0 8 【聪 近年来汽车运输船完工量也走高。2 0 0 4 - - 2 0 0 7 年的4 年旬仝世界船厂 p c t c 完j _ 量为3 0 艘，总共达到1 2 0 艘。据统计，1 0 0 0 6 0 0 0 车位p c t c 的 竣工艘数，2 0 0 4 年为2 2 艘，2 0 0 5 年为3 6 艘，2 0 0 6 年为3 7 艘，2 0 0 7 年2 5 艘，共计1 2 0 艘。除了日本、韩国等国的出口量增加外，e 世纪8 0 年代建成 的老龄船的更新要求量增加也是重要的原因。1 。 霎嘲 驾e 。蜀器堍嫠醴蛭零 罔13 “礼诺上海” 1 3 船舶总布置分舱与破损稳性研究方法的研究概况 本论文总布黄设计主要考虑如何改变舱室划分从而改善其船舶性能，所 以本文的总布置优化也可以考虑为分舱的优化。很早以前人们就感觉到了合 理分舱的好处，但直到二十世纪中期，在建立了关于船舶破损的基本假设理 论以后，人们才真正在科学的意义上对船舶进行了分舱”1 。 熬 哈尔滨工程大学硕士学位论文 良好的分舱，最基本的一点是要很好地满足安全性要求。众多的海损事 故，使人们在很久以前就己经注意到分舱这个问题，直到1 9 7 4 年由政府间海 事协商组织第八届大会，才通过了基于“业务衡准数 、“分舱因数 和“平 均渗透率”的分舱计算方法，在国际海上人命安全公约( 1 9 7 4 ) 里收录了 国际分舱规则p 1 。 分舱的方法一般有两种：一是参考母型法，根据相关的母型船分舱方式 资料对船舶进行改进式分舱。另一种是自行设绘法，根据相关的规范，公约 及船东的具体要求对船舶进行全新的舱室定义和划分，并充分考虑到舱室的 布置。 在进行船舶总布置分舱设计的时候，如何进行合理有效的分舱，使其既 满足概率破舱稳性的要求，又拥有良好的性能，在实际的工程应用中是一个 值得研究的课题。本论文就是基于这个问题，对4 9 0 0 车p c t c 提出一种合理 的总布置设计方案。 1 3 1 分舱与破舱稳性衡准计算方法 目前的船舶分舱主要是依据规范进行设计，或者参考母型船进行恰当的 修改。依据的规范主要有“1 9 6 6 年国际载重线公约、s o l a s 公约和 m 6 时o l 公约等国际公约。 就船舶破舱稳性的计算和衡准而言，可分为确定性方法和概率性方法两 种。前者是经典的传统方法，认为船舶在破损前的环境参数及自身状态( 包括 外力和船舶自身浮态、稳性、淹水舱情况) 都是确定的，根据这些已知条件经 过计算来确定船舶某一舱室破损进水后的浮态和稳性，并进一步判断是否满 足分舱与破舱稳性的有关规范或衡准的要求。确定性方法有如下特点：规定 了船舶在纵向、横向和垂向的破损范围以及破损在船内或沿船长的位置；规 定了计算时相应的破舱前船的状态( 或一组状态) ，确定一个或多个最危险的 破损舱组；规定了对残存船舶浮态及稳性要求；要求计算出满足上述要求 破舱前船的极限初稳性高( 或极限重心高) ，不允许任一要求计算状态不满足 有关破舱稳性的要求。 7 哈尔滨工程大学硕士学位论文 概率论方法是以概率计算为基础，以大量海损事故数据为依据，采用分 舱指数，以船舶在破损后具有的残存能力一残存概率作为安全程度的衡准。 虽然破损位置和范围是随机的，但是当破损位置和范围的概率分布知道后， 破损处所的进水概率船舶在此状态下的残存概率是可以预测的。随着计算机 的普及和计算方法的不断完善和成熟，概率性方法可望逐步替代确定性方法， 本论文采用的就是概率论方法睥1 。 1 3 2 国外总布置分舱研究概况 最早研究分舱的是英国的阿姆斯特朗学院( 现新卡斯特理工大学) 的韦 尔茨教授，在他的主持下，相关人员进行了大量的试验，最终于1 9 2 9 年形成 了基于“业务衡准数”、“分舱因素 和“平均渗透率”的分舱计算方法f 1 。 9 0 年代初，国外造船界为适应美国关于油污染法案( o p a ) 的规定和国 际海事组织的有关规则，从防污染角度出发，对油船包括船体提出了双壳体 结构及其等效结构的多种方案双层底、双舷侧、l 型布置的双壳体、u 型布 置的双壳体、双层底双舷侧和双舷侧双层底，对船舶适合环保的分舱方式进 行了广泛的讨论脚叼。 1 9 9 9 年波兰的g d a n s k 理工大学的m a c i e jp a w l o w s k i 卅探讨了改进r o r o 船概率破舱稳性的一些分舱方法、措施及其应用中存在的问题。 1 3 3 国内总布置分舱研究概况 在完整稳性和破舱稳性方面，国内很多学者在船舶破舱稳性与分舱方法 等领域进行了很多研究，取得了一定的成果。 上海交通大学的蒋玮、潘斌1 等对特定的巴拿马型油船进行了探讨，指出 m a r p o l 规范对设计产生的影响，对比分析了某总体分舱方案的优缺点，针对 巴拿马型船舶给出了设计时满足分舱和破损稳性要求而采取的一些改进措施。 天津大学的别安社u 刁在2 0 0 3 年以气浮稳性分析理论为基础，针对单体气 浮结构，给出了分舱结构气浮稳性的计算方法，提出了通过分舱增强气浮稳 性的方法。舱壁位置的优化方法，对大型船舶的分舱有一定的借鉴意义。 8 哈尔滨工程大学硕士学位论文 大连理工大学的林焰孓1 6 1 等一运用神经网络专家系统来进行油船分舱的 智能设计，在给定规范要求后，t a g n e s 进行智能推理计算与校核，输出若 干可行的、优选的分舱方案，设计者可以直接采用这些方案，也可以在给出 的方案下进行修改同一时期，林焰等人还将分舱进行仿真。通过对建立在数 据库基础上的b r e p 方法的应用，描述了用无界平面逐步分隔船体内部任意 有界空间，从而划分出每个舱室。同时还提出了关于船体及其内部各种不同 形状和位置的舱室几何拓扑关系的描述，解决了船体内部空间分隔具有任意 性的问题，证明了应用仿真技术进行油船分舱设计的可行性和有效性。 1 3 4 国外概率破舱稳性研究概况 d o r 一1 等人提出了各种造成船舶倾覆的因素如何依一定的概率组合在 一起，造成可能的倾覆事故，从而确定船舶可能出现危险的概率。k a s t n e r t 卅 提出了用假设检验的方法来确定船舶是否会倾覆，并且指出了长期和短期衡 准的区别。 1 9 9 1 年美国海岸护卫队的r a n d a l lr g i l b e r t 与j a m e sc c a r d 回顾了概率 破损稳性方法建立的原因n 钉，对干货船的概率方法所涉及的因素及其应用进 行了介绍。 19 9 5 年法国的造船工程师a n d e r sb j o r k m a n 将s o l a s 与m a r p o l 两种 规范中的概率方法对同一个舱进行了计算比较，指出s o l a s 规范中不合理 的方面一破损长度概率密度函数过高h 明。芬兰与荷兰的船厂工程师分别介绍 了已经应用于r o r o 渡船实船建造的一些新的方案。最终目的是有效提高 r o r o 船达到的分舱指数a ，满足规范对破舱稳性的要求口叫。 1 3 5 国内概率破舱稳性研究概况 关于探讨船舶不沉性的概率评估方法方面的研究工作国内起步较晚，研 究的工作相应也少一些，进入二十世纪九十年代以来，随着概率计算方法的 强制执行，用概率方法研究稳性的内容逐渐多起来。文献 2 1 指出：在概率 计算中，分割的位置直接影响概率计算的结果。在概率不能满足规范要求时， 9 哈尔滨工程大学硕士学位论文 设计时应注意将水平分割设置得比最深分舱载重线或部分装载载重线高，以 提高概率值。有时合理放置内底管隧的位置可以出人意料地提高概率值，这 主要是因为内底管隧进水后具有一定的纵倾调节作用。又如在散货船上，顶 边管隧采用全连通或每舱隔断方式对计算结果也有很大的影响。赵晓非阻刎 19 9 0 年对船舶舱室破损浸水概率方法进行研究，着重用概率原理讨论船舶抗 沉可靠性问题及对舱室破损浸水概率加以解释；严家文等口副介绍了货船破舱 稳性概率算法软件的程序算法和处理过程及该程序的功能，李艳君胆卅对客船 概率分舱原理及计算方法作了研究，胡铁牛皿刀对货船概率破舱稳性计算及对 分舱的影响进行研究，分析了影响分舱指数a 的主要因素和提高分舱指数a 的方向及措施，并以计算实例进行验证和说明黄衍顺口哪等结合规范要求，计 算并校核了五条散货船第一货舱破损进水后的平衡状态和船舶分舱指数，分 析了不满足要求的原因，主要从结构上探讨了具体的改进措施。林焰与纪卓 尚口即进行了干货船分舱和破舱稳性概率衡准计算。 1 4 本文的研究内容 本论文首先了解了国内外关于p c t c 的机械设备以及总体设计等特点， 然后以目标船4 9 0 0 车p c t c 作为研究平台，结合m a r p o l 公约新规则和 s o l a s 新规则的有关船舶总体设计以及性能方面的指导性文献，运用n a p a 软件，建立模型，研究其稳性尤其是破损稳性与总布置设计关键点，从而降 低本船破损稳性所要求的极限g m 值，本文具体的研究方法和内容如下： ( 1 ) 熟悉n a p a 软件，建立了原4 9 0 0 车p c t c 线型和舱室模型，并进行 破损稳性计算。 ( 2 ) 利用几何模型简化原船，简单、快速地初步探索一下去边舱方案对 于本船乃至同类船型降低破损稳性所要求的初稳性高的可行性。 ( 3 ) 结合去边舱方案以及m a r p o l 新规则对本船进行总布置优化。 ( 4 ) 根据优化方案重建舱室，并分别根据s o l a s 新、老规则计算优化前 后的破损稳性。 ( 5 ) 总布置优化前后结果对照，寻找此船型设计关键点。 1 0 哈尔滨工程大学硕士学位论文 第2 章船型概况 2 1 汽车运输船特点 汽车运输船是一种滚装装运陆上交通车辆，如小型汽车，卡车，自卸翻 斗车，叉车等的新型船舶。汽车运输船有两种，一种叫纯载小汽车船( p c c ) ， 一种叫纯载汽车卡车船( p c t c ) 。 汽车运输船具备普通滚装船的特点，即有r o r o 的装卸方式；有复杂 的通道设备；船舷设有可供车辆在船岸之间上下的大型跳板( 跳板有舷直， 舰直，舷斜，舰斜，舰半旋式，舰旋转式，舷侧和舷侧升降式等多种) ；车辆 在甲板之间转移是用固定的或可活动的斜坡道或升降机来完成的，船和码头 不需设置起重设备等。同时，汽车运输船作为以汽车为唯一的，单纯的运输 对象的船舶，比普通滚装船具备更强的专业性。普通滚装船只有2 - 7 层甲板， 而汽车滚装船则可以达到1 0 - 1 4 层，因而提高了汽车的装载面积和数量，具 有方便，快捷，效率高的特点。汽车运输船由于其所载货物单一，其装卸方 式也就相对简单，对装卸工艺要求不高，装卸速度快。但也正是由于汽车运 输船结构的特殊性，造成汽车运输船对船舶建造技术要求提高。例如，由于 船舶型深，干舷都较高，因此必须克服由此对船舶稳性和抗沉性的负面影响； 必须解决车辆在甲板上的高移动性和不稳定性造成的安全问题；解决船舶的 内部水密完整性和车辆方便通行的矛盾；必须考虑此种船型甲板较薄，甲板 承受纵向压缩的失稳问题。另外，由于载车甲板上有大量的车辆，在装卸过 程中，汽车会排出燃油气，大量废气会不断地散发到货舱内，故通风防火的 要求比较高p 川。 2 24 9 0 0 车p c t c 4 9 0 0 车p c t c 又名为“早晨的奇迹”号，是一种可装载多种类型车辆( 汽 车、卡车、自卸车等) 的远洋运输船，最多可装载4 9 0 0 辆小汽车，整个装载 甲板展开面积有5 个足球场之大。该船自动化程度高，具各自动导航、无人 哈尔滨丁程大学硕士学位论文 机舱、一人驾驶的功能，还具有航速高、可操纵性能强等优点。 本船为单机单桨，流线型半平衡铲形舵，球鼻艏，方艉，设艏侧推。共 有1 2 层甲板，5 甲板为干舷甲板，4 ，6 ，8 甲板设置为可升降甲板，目的是 为了3 ，5 ，7 甲板有足够的甲板高度来保证装载较大的车辆。此外，为方便 汽车上下船舶，还在船的右侧安装了艉斜跳板和侧跳板。本船主机功率为 1 2 7 9 8 k w ( 9 0 m c r ) ，转速为1 2 2 6 r m i n ，服务航速可达2 0 k n 以上，续航力 2 0 0 0 0 n m i l e 川。 2 2 1 主尺度 表2 1 为4 9 0 0 车p c t c 的主尺度。 2 2 2 重量和盹位 表2 1 主尺度 总长l o a 1 8 2 8 0 m 垂线间长 l s p 1 7 0 2m 型 宽 b3 1 5m 型深d ( 到上甲板) 3 1 8m 设计吃水t d 7 7 m 结构吃水 t s 9m 方型系数c s 0 5 4 5 表2 2 为4 9 0 0 车p c t c 的重量和吨位。 表2 2 重量和吨位 设计吃水排水量 2 7 0 5 7 5 t 空船重量 14 7 3 4 7 t 重心的纵向位置 7 8 6 4 2 m 重心的垂向位置( 当可移动甲板在下面) 1 6 5 5 7 m 重心的垂向位置( 当可移动甲板在上面) 1 6 6 8 9 m 重心的横向位置 0 1 7 2 p m 载重量 l2 3 2 3 8 t 总吨位4 6 8 0 0 1 2 哈尔滨工程大学硕士学位论文 净吨位 1 4 2 6 4 汽车容量( 4 1 2 5 m 乖1 5 5 0 m )4 9 0 7 辆 2 2 3 甲板及跳板的载荷 表2 3 为4 9 0 0 车p c t c 的甲板载荷。 表2 4 为4 9 0 0 车p c t c 的坡道载荷。 表2 3 甲板载荷 甲板 轴载荷( 1 删) 均载( k n m2 ) 1 甲板 1 63 2 甲板 1 63 3 甲板 8 82 0 5 甲板 1 9 62 0 7 甲板 8 82 0 9 甲板 1 63 1 0 甲板 1 63 1 1 甲板 1 63 表2 4 坡道载荷 坡道位于甲板间位置轴载荷( 1 喇) 均载( k n m2 ) 1 21 62 2 31 6 2 3 41 6 2 3 58 81 0 5 61 62 5 78 8 1 0 6 7 1 62 7 81 62 8 91 62 9 1 01 6 2 1 0 1 l1 62 1 3 哈尔滨工程大学硕士学位论文 2 2 4 总布置图 总布置图如图2 1 。 2 2 5 型线图 型线图如图2 2 。 2 2 6 舱容图 舱容图如图2 3 。 1 4 哈尔滨工程大学硕士学位论文 r = = 。= ：= = = = = = = = = = = = = = = = 二= = = = = = ：= 一 | i | i 描燃l j 凇 i 图21 总布置图 堕垒篓；! ；堡垒耋尘兰茎2 圣丝圣 图2 2 型线图 哈尔滨工程大学硕士学位论文 s e c i i o nc 芦“i，吐 _ = ： 竹慝面 l 灞7 群 哪i 孵 h i - 、i 肼i ，”1 一1 - _ ， j 婺j 。_ i 画l 一_。绷 、冀7 、 _ 、 、 i i l 0 甜、 7 ，、 、 帅m吐、 仁z l 、i i ii ， 峄昼 i k q 、1 二：二二一：； o 岁 ：b 量戋磊 司哪荔 【k 口 斌f 眦。 口一 _ i 1i ! ； ， 竺二7 _ 埔：珊。如卧 o ：i ：t ： 一：二：一：二：砌：二：，t ：蚓：二：* t ：酬：二，t ：唧 ：二- 一= = ：皇、眦 忙i r l i i 7 ：量酱 ；i_j矗iqt-_ i 2 3 本章小结 图2 - 3 舱容图 本章介绍了汽车运输船型的特点以及4 9 0 0 车p c t c 的汽车运输船型概 况，相对于其他常规船型来说，汽车运输船船型比较特殊，主甲板上可设1 0 几层用来装运汽车的甲板，从而使船舶浸水时，主甲板上所能提供的浮力甚 至超过主甲板以下船体所提供的浮力，而且通风防火要求比较高。 1 7 哈尔滨工程大学硕士学位论文 第3 章n a p a 建模和初步计算 3 1 概述 4 9 0 0 车p c t c 原设计没有采用n a p a 软件。为完成本课题研究，需要进 行n a p a 建模和初步计算，本章建模和计算的目的就是要将n a p a 计算结果 与原程序计算结果进行比较，以确证n a p a 建模的准确性。 3 2n a p a 建模验证 为了确证n a p a 建模的准确性，这一步完全是按照4 9 0 0 车p c t c 原设 计方案进行的，包括型线和分舱，以及建模后计算破损稳性所要求的极限初 稳性高。 在船舶的设计中，静水力数值是表示船型的一个重要参数，它也是稳性 计算的基础，所以验证的第一步是应用n a p a 软件正确建立型线计算出其静 水力数值。第二步则是正确建立舱室并计算其舱容，然后再根据所建立的型 线和舱室在n a p a 中编宏计算出破损稳性所需要的极限初稳性高，通过比较 这三步所计算出的结果，从而验证n a p a 建模的正确性。 3 2 1 定义r e f e r e n c es y s t e m r e f e r e n c es y s t e m 的定义是n a p a 建模中必备的前期工作，它是整 个建模的参照系统，在新建4 9 0 0 车p c t c 这个项目之后，需定义一下它的 r e f e i 也n c es y s t e m ，见表3 1 - 3 4 。其中， 表3 1 为参照系统的参考尺度； 表3 2 为参照系统的标准命名； 表3 3 为参照系统的控制命令； 表3 4 为参照系统的参数设置； 哈尔滨丁程大学硕士学位论文 表3 1r e f e r e n c ed i m e n s i o n s t d w l7 7 md e s i 窑nd r a u g h t a po m a f td e r o e n d i c u l a r f p1 7 0 2 mf o r eo e r o e n d i c u l a r l r e f 1 7 0 2 mr e f e r e n c el e n k , f l a x r e f8 5 1 mr e f e r e n c eo o i n t x m i d8 5 1 m l a r k e s tf r a m e x m 5 6 7 m a f te n d x m a x17 7 0 0 8 mf o r ee n d l o al8 2 6 7 8 ml e n l , = t ho v e ra l l b r e f3 1 5 mr e f e r e n c eb r e a d t h b m a x3 1 5 m m a x i m u mb r e a d t h t m a x9 mm a x i m u md r a u e d a t h m d1 2 8 m h e i s to fm a i nd e c k h s d9 ms u b d i v i s i o nd r a u 2 _ j a t h m a x5 0 mt o t a lh e i g d a t s h e l0 0 3 m s h e l lt h i c k n e s s k e e lo 0 1 6 mk e e l r h o1 0 2 5s e a w a t e rd e n s i t y f r a m e s 0 ，0 8 ，- 7 。0 7 ，5 4 ，0 8 5 表3 2s t a n d a r dn a m e s s t r ns t e r n s t e mc u r v e s t e ms t e ms t e mc u r v e f r mf r m m i d s h i ps e c t i o n h l )h u l l h u l l l a b e l m o u lh u l l m o u l d e dh u l l h y d r h u l l h y d r o s t a t i ch u l l s t a bs t a b h u l l s t a b i l i t yh u l l d a m ad a m h u l l d a m a g eh u l l 聊仆it ( 讣r h u l l t o n n a g eh u l l b h d e【d e c kb u l k h e a dd e c k m d e cb h d e c km a i nd e c k p r o fh jl a t e r a lp r o f i l e m a r gm a r g 仆儿仆j e m a r g i nl i n e d r 队m a r g i n l n e d r a u g h tm a r k sa f t d r m fv i a r g i n l i n e d r a u g h tm a r k sf o r e 1 9 哈尔滨工程大学硕士学位论文 表3 3c o n t r o la n dc o n v e n t i o n s g m t o 0 0 0 0 8 0 5 p o l y g o n i z a t i o nt o l e r a n c e g m t p s p l i n e c h i v eg e n e r a t i o nm e t h o d c o o rr i g h t h a n dc o o r d i n a t es y s t e m t 融ml s i g no f t r i mb yh e a d b a y n- 1 b a yn u m b e r i n g i n t o0 0 0 1 b a l a n c i n gt o l e r a n c e e c o o ne n dc o r r e c t i o n s 表3 4v a r i o u sp a r a m e t e r s mo n u m b e ro fp a s s e n g e r s 尉纥o w e i g h to fp a y l o a d v s sos e r v i c es p e e d p b t0 e n g i n ep o w e r d s7 7s c a n t l n q gd r a u g h t 皿b2 0 9 7 9h e i g h to fd o u b l eb o t t o m n m a cln u m b e ro fm a i ne n g i n e s n c r e0卜时m b e ro fc r e w i c e cu n s p e c i f i e di c ec l a s s d w6 1 0 0d e a d 、7 忸i g h t 瑚i ah u l l aa f t h u l l h u l fh 几几l ff o r eh u l l f r a af r am a n 、if r a m ea f t f r ff r fm a i nf r 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