（船舶与海洋结构物设计制造专业论文）v型nobs方案设计方法研究.pdf

大连理工大学硕士学位论文 摘要 船舶压载水的运输，带来了严重的生态污染，为彻底解决此问题，国内外学者提出 了无压载水船舶n o b s ( n o n b a l l a s tw a t e rs h i p ) 设计理念。所谓的n o b s 即是设计船 舶在无需或仅需少量压载水的情况下，能够满足船舶各项航行性能的需求。n o b s 主要 有三种设计方案，分别为v 型设计方案、贯通流系统设计方案、单一结构船身设计方案； 本文就v 型无压载水方案的型线设计变换进行研究，提出了基于母型的横剖面面积曲线 基本不变的v 型无压载水型线设计变换方法，该方法对母型船的型线进行底部v 型变 换，使设计船的底部呈现一定的倾角，同时增大设计船宽度；变换后设计船的横剖面面 积曲线和母型船保持一致，变换方法简单可靠，在保证设计船的船长、设计吃水、排水 量等参数基本不变的情况下，较好的解决了n o b s 型线的光顺性问题。 在该型线设计方法的基础上，本文提出了n o b s 船宽与底部倾角关系图谱，该图谱 能够快速的确定n o b s 任意底部倾角下的设计船宽。为方便快捷的获取任意底部倾角下 的n o b s 型线，本文通过a r x 对a u t o c a d 进行二次开发实现了n o b s 型线的快速设 计，即给定n o b s 的底部倾角，能够快速获取该倾斜角度下的设计船型线。同时实现了 n o b s 三维型线的快速设计，n o b s 三维型线能够直观的反映n o b s 的整体外形特征。 为研究n o b s 方案的可行性，通过二次开发实现了不同底部倾斜角度下n o b s 静 水力性能、静稳性、大倾角稳性的快速计算，同时对特定倾角的n o b s 提出分舱方案， 进行分舱，并对其结构进行设计，估算设计船空船的重量和重心。在此基础上，校核该 n o b s 不同载况下的静水力性能、初稳性和大倾角稳性。通过校核可以发现， n o b s 能够满足多项性能的要求，具有设计上的可行性。 关键词：无压载水船舶；型线设计；三维型线造型；性能快速计算；舱室划分；结构设 计；载况校核； v 型无压载水船舶设计研究 t h ed e s i g no fv - s h a p eh u l ln o n - b a l l a s tw a t e r s h i p a b s t r a c t s h i p sb a l l a s tw a t e rh a sc a u s e ds e r i o u se c o l o g i c a lp o l l u t i o n ，i no r d e rt os o l v et h i si s s u e ， s c h o l a r sh a v ep u tf o r t hn e w c o n c e p to f n o b s ( n o n b a l l a s tw a t e rs h i p ) n o b sc a nm e e tt h e n e e d so ft h en a v i g a t i o np e r f o r m a n c ei nn oo ro n l yas m a l la m o u mo fb a l l a s tw a t e rs i t u a t i o n t h e r ea r et h r e ek i n d so fn o b sd e s i g n ：v s h a p eh u l ld e s i g n ，t h r o u g h f l o ws y s t e mh u l l d e s i g na n dm o n o m a r a nh u l ld e s i g n i nt h i sp a p e r ，t h em a i nc o n t a i ni st od i s c u s sa b o u tt h el i n e s d e s i g no f , p u tf o r w a r dan e wm e t h o do fl i n e sd e s i g nf i r s t l y ，w h i c hk e e p st h ea r e ao ft h e m i d - s h i ps e c t i o ne q u a lt ot h em o t h e rs h i p f r o mt h i sn e wm e t h o d ，w ec a ng e tan e ws h i pw i t h v s h a p ei nt h eb o t t o m ，a n dw i d e rb r e a t h t h i sn e wm e t h o dc a ne n s u r et h en e ws h i ph a st h e s a m el e n g t h ，d r a f t ，d i s p l a c e m e n tw i t ht h em o t h e rs h i p ；i ts o l v e st h ep r o b l e mw e l la b o u tt h e s m o o t ho ft h en e wl i n e sa sw e l l i nt h i sp a p e r ，ac h a r ta b o u tt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ns h i pb r e a t ha n dt h eb o t t o mo b l i q u i t y a n g l ei sp u tf o r w a r d ；t h i sc h a r tc a ns h o wt h es h i pb r e a t hq u i c k l yw h i l ek n o w i n gt h eb o t t o m o b l i q u i t ya n g l e i no r d e rt og e tt h el i n e so fn o b sc o n v e n i e n t l y ，i nt h i sp a p e r ，t h r o u g hs e c o n d p r o g r a mr e d e v e l o p m e n to na u t o c a db ya r x ，w ec a np l o tt h el i n e sq u i c k l y m e a n w h i l ew e c a np l o tt h e3 一dl i n e sq u i c k l y 3 一dl i n e sn o b sm o d e lc a ns h o wa ni n t u i t i v er e f l e c t i o no ft h e o v e r a l ls h a p ec h a r a c t e r i s t i c so f n o b s t or e s e a r c ht h ef e a s i b i l i t yo fn o b s ，t h r o u g hs e c o n dp r o g r a mr e d e v e l o p m e n t ，w ec a n c a l c u l a t et h en o b sh y d r o s t a t i cp e r f o r m a n c e ，s t a t i cs t a b i l i t y ，l a r g ea n g l es t a b i l i t y q u i c k l y c h o o s i n gap a r t i c u l a ro b l i q u i t ya n g l e ，t om a k et h er o o ms u b d i v i s i o nf o rn o b s ，a n dt od e s i g n i t ss t r u c t u r e ，t h e ne s t i m a t et h ew e i g h to ft h ed e s i g ns h i p o nt h i s b a s i s ，c h e c k i n gt h e p e r f o r m a n c e so fn o b su n d e rd i f f e r e n tl o a dc o n d i t i o n s t h r o u g ht h ec h e c k i n g ，w ec a nf i n d n o b sc a nm e e tm o s tp e r f o r m a n c er e q u i r e m e n t s k e yw o r d s ：n o n b a l l a s tw a t e rs h i p ；l i n e sd e s i g n ；s e c t i o na r e ac u r v e ；r o o md i v i d e d ； s t r u c t u r ed e s i g n ；r e d e v e l o p m e n to fa u t o c a dp r o g r a m m e ；p e r f o r m a n c e so f n o b sc a l c u l a t e ；3 di i n e so fn o b s 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 学位论文题目：j 鱼坠世堡玉筵址# 主送鱼乒签 黼锑：苄龇一嘲：耳让啤日 大连理工大学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间 论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有 权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文题目： 作者签名： 导师签名： 大连理工大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 船舶压载水问题综述 1 1 1 船舶压载水的作用 船舶压载水对多数船舶而言是必不可少的【1 1 ，尤其是大吨位的油船、散货船等，它 的作用一是在船舶空载航行时使船舶保持一定深度的吃水不至于倾覆，二是在船舶载货 的状态下用压载水在各压载舱之间的压载和调节，达到最佳的浮态，保证船舶在特定的 水域中顺利、安全航行：同时，船舶空载时为防止船首遭受砰击和船尾螺旋桨空转也需 要装载一定的压载水。 1 1 2 船舶压载水的危害 据国际海事组织统计脚，全世界每年转运近百亿吨压载水，每天约3 0 0 0 余种动、植 物通过压载水在全世界范围内迁徙。压载水随意排放可能带来的生物入侵和生态灾难， 已经被国际海事组织( i m o ) 宣布为海洋面临的“四大危害”之一。 压载水对现代船舶的安全航行是很必要的，它保证了空载船舶的平衡与稳定。然而， 它却对生态、经济以及人类的健康构成了严重威胁，多数国家近海区域的整个生态系统 已遭严重破坏。 在美国【2 】，欧洲斑马贝在大湖区大批的滋生，严重干扰了当地的排水系统；为解决 该问题，美国政府每年花费数千万美元的资金来采取控制措施。生长在亚洲北部的某种 藻类己入侵澳大利亚，并疯狂的生长，迅速取代本地海床生物群落【3 】【4 j 。能引起赤潮的 有毒双鞭甲藻已通过压载水带入多个国家，它能被牡砺等吸收，人们吃了受污染的甲壳 类水生物后，可致人瘫痪甚至死亡侈l 。 在地中海地区 2 1 ，一种外来的热带绿藻很快取代当地的海草并影响了鱼苗和无脊椎 动物生长的自然环境。1 9 8 4 年，这种海藻只覆盖了摩洛哥水域l m 2 的面积，到1 9 9 3 年 其覆盖水域己达1 3k m 2 ，蔓延速度很快，现在这种绿藻已占领了法国、西班牙等沿岸数 千公顷的水域。 类似的例子很多。1 9 9 3 年 2 1 ，澳大利亚向i m o 环境保护委员会( m e p c ) 3 4 届会 议提交了关于压载水的调查报告。该项调查由多个国家共同进行，其报告指出：“外来 生物和( 或) 物种的引进正在对海洋环境、一些国家的水产业以及其它产业产生重大影响， 在一些此类案例中，水产养殖场因有害物种的入侵而数次关闭，从而导致水产业及在水 产业工作的职工的经济损失，并最终影响到国家经济”。 v 型无压载水船舶设计研究 1 1 3 船舶压载水问题相关国际法规 在1 9 7 3 年国际海事组织( i m o ) 大会上1 2 1 【8 】，压载水问题特别是与有害病原体迁移 有关的问题被提了出来，大会通过了一项决议，指出：“船舶压载水中有可能含有流行 病病菌，这些压载水在它国排放很可能导致该流行病在它国蔓延”。该决议要求i m o 和世界卫生组织收集由各国政府所提供的有关证据和建议，并开展对该问题的研究。 l9 9 0 年，i m o 环境保护委员会( m e p c ) 在其31 次会议上成立了一个压载水工作组。 开始着手起草一份关于外来物种问愿的指南。1 9 9 1 年，m e p c 通过了其5 0 ( 3 1 ) 号决议“防 止由船舶压载水及其沉积物引进有害物种及病原体的指南”1 1 3 。 该指南旨在通过给船旗国和港口国当局提供有关技术指导，来减小由船舶压载水及 其沉积物引入的有害水生物所造成的危害。指南指出：水生物及病原体在迁移到异地后 的生存能力主要依赖于迁移地与原生活地环境的相似性，特别是水的含盐量、温度、营 养度和光线强度等的相似性。该指南建议船舶谨慎选择压载水，以确保装在船上的压载 水及其沉积物的清洁无害。要想船舶不排放压载水是不可能的，因此指南认为在开放海 域交换压载水是目前限制有害物种引进的一个最好办法。深海海水中含有的生物很少， 而且这些生物即使被船舶排放至异地，也不可能适应大陆架水域及淡水的水域环境。从 1 9 9 3 年以来，压载水问题工作组一直致力于起草制定关于压载水的法律条款，参加该工 作组的成员在不断增加。 国际航运协会( i c s ) 和国际独立油轮船东协会( i n t e r t a n k o ) 也已出版了压载水管 理计划样本( m o d e lb a l l a s tw a t e rm a n a g e m e n tp l a n ) ，它为船上实施i m o 压载水管理指南 提供实践性指导 ”】。 1 9 9 7 年【1 6 1 2 0 1 ，i m o 与联合国发展计划署( u n d p ) 、全球环境基金组织( g e f ) 实施了 一项题为“为发展中国家有效地执行压载水控制和管理条款清除障碍”的计划，简称全 球性压载水管理项目( g l o b a lb a l l a s tw a t e rm a n a g e m e n tp r o g r a m m e ，简称g i o b a l l a s t ) 。该 项目将帮助发展中国家采取有效措施控制外来海洋生物的介入，已初步确定包括中国在 内的六个地点代表全世界六个主要发展中地区。 2 0 0 4 年2 月国际海事组织通过了国际船舶压载水和沉积物控制与管理公约 2 4 1 ， 该公约提高了船舶处理压载水的技术指标。同年3 月 2 5 1 ，i m o 出台规定，从2 0 0 9 年起， 新建船只必须符合新标准的压载水管理系统。据悉，按照新的压载水处理标准，一艘l o 万吨级的散货船至少将要增加5 0 万美元的成本。 大连理工大学硕士学位论文 1 1 4 船舶压载水的处理 i m o 指南中收入了更多关于处理压载水问题的建议口】f 】，其中包括采取措施以减少 将有害水生物随压载水装上船的机会的建议。这一建议要求有关当局告知本地区船公 司，尽量不到那些病原体流行的水域和那些靠近下水道排放口的水域等处吸取压载水， 船舶在吸取压载水时也应采取一些预防性的措施，如不在太浅的水域取水或不在那些螺 旋桨可能搅起水底泥沙的水域取水。另外，还应避免船舶压载水不必要的排放。 目前正在加以研究的处理方法主要有 1 7 l 【l g 】j ： ( 1 ) 物理处理法( 如采用热、银离子、紫外线、超声波、磁化等进行处理) ； ( 2 ) 机械处理法( 过滤、改善船舶设计等) ； ( 3 ) 化学处理法( 臭氧、加热处理等) ； ( 4 ) 生物处理法( 如在压载水中加入肉食性或寄生性生物以消灭) 。 上述方法各有利弊，详见表1 1 。但是没有一种单一的处理技术能满足i m o 提出的 五项标准，即安全、实用、经济、有效且环境容许。即目前尚未有商品化的成型技术或 产品可直接使用且完全满足上述要求。 表1 1 压载水处理方法介绍c 2 l 【1 7 】 1 s l t a b i 1m e t h o d so fb a l l a s tw a t e r sd i s p o s a l 压载水处理方法 优缺点 清洁压载法 该方法指在压载时采取一些预防性的措施如：避免在浅水处取水 和在取水时搅动底部淤泥，以及避免在疾病流行和水藻爆发的地 区取水。但可供取水的地点不会太多。 该方法被认为是目前防止有害物种迁移的最有效的方法。深海水 在深海( 水深域中的牛物很少，而且这些生物不可能在大陆架水城或演水中生 22 0 0 0 米及以上)存。但该操作可能不利于船舶的安全特别是在某些恶劣大气和 更换压载水海况下。而且不是1 0 0 有效。如果认为排空后再装满压载水的更 换方法不利子船舶的结构和稳性，可以采取径流更换法。 v 型无压载水船舶设计研究 1 0 其效果取决于温度、消毒时问和水的p h 值但用氯消毒过的j 玉载 用氯进行消毒水排放后可能对排放地环境带来不利影响，氯与某些有机化合物 反应会产生致癌物质；另有腐蚀性。 上述这些方法各有神通，但是无法一劳永逸地解决船船压舱水带来的种种祸害。尤 其是压舱水处理剂之类，因为本身是化学品，也会产生有毒物质，而且价格昂贵，经营 管理成本高。故寻找新的出路是很有意义的一项探索，无压载水船舶的概念既是在此背 景下被提出，即能不能使船舶压根就不适用压载水，同时又满足船舶各项性能的要求。 1 2 无压载水船舶设计理念及研究现状 作为一种理想船型，无压载水船舶n o b s ( n o n b a l l a s tw a t e rs h i p ) 有着巨大的研 究和应用前景。所谓无压载水船舶，即设计船在无需压载水或者恶劣海况下仅需少量压 载水的情况下，满足稳性、装载等多项性能的要求：国外已经对此展开了相关的研究， 目前较为认可的有三种设计方案【3 0 1 【3 2 】，分别是v 型设计方案、贯通流系统设计方案、 单一结构船身设计方案：这三种方案在设计理念上是截然不同的，但每种设计方案都并 未取得突破性研究成果。其中，日本的研究偏重于v 型设计方案【3 4 1 ，美国密歇根大学 偏重研究贯通流系统 3 5 i ：中国则在这方面研究较少。 在日本政府大力资助和推动下【3 4 l ，日本造船研究所从2 0 0 1 年起一直致力于开发无 压舱水船舶；2 0 0 3 年，日本船舶技术研究协会决定提升无压舱水油轮为日本国家工程项 大连理工大学硕士学位论文 目；参与该项目的船厂和造船科研单位有n k 和日本造船研究所等单位，这些单位联合 成立了日本n o b s 设计建造研究所，并着重研究了v 型n o b s 。 v 型船身的无压舱水超大型油轮【刈，其特点是船体下半部分更加细长，船底呈现 明显向下突出的v 型，促使船舶水尺深度足够配合船舶空载重量。日本造船研究所对v 型无压载水船舶研究时对两条船进行了无压载水改造。代号为“最佳”的第一条无压舱 水船体设计方案载货量超过3 0 00 0 0 j i 电 3 6 1 。代号为“马六甲型”的第二条无压舱水船体 设计方案载货量为2 8 00 0 0 吨。通过电脑模拟测试初步证实， “最佳 型无压舱水油轮 可以顺利地在风浪不大的海洋上航行；而“马六甲型”无压舱水油轮的航行情况较差， 原因是其船体加宽后造成船底部分在水中深度不足；如遇到狂风恶浪，这两种类型的所 谓无压舱水油轮的备用压水舱内必须分别一定数量的压舱水，以增加其航行稳性。日本 船研所在设计时，并没有被“无压舱水”所约束，在船体内还是安排备用压水舱，可以 在航行途中根据天气和风浪情况决定在备用压水舱中压舱水的数量【3 6 1 。 v 型船身n o b s 设计理念可以在最大限度内让船体瘦身【3 4 1 【3 们，可以减少航行中的 阻力，其中“最佳”型无压舱水油轮减少3 3 ，“马六甲型”无压舱水油轮减少2 5 。 总而言之，v 型船身设计尽管遇到狂风恶浪时还是需要打进压舱水，但还是在相当大程 度上解决了压舱水所带来的种种问题。通过提高污水沟高度和适当增加船底平面宽度等 技术措施，是可以在大风大浪中安全航行的。 据日本n o b s 设计建造研究所于2 0 0 6 年1 2 月初向外界提供的资料3 4 1 ，苏伊士型油 轮的建议船底倾斜角为1 2 5 。；超大型油轮( v l c c ) 的建议船底倾斜角为1 0 8 。；此 外，合理加宽船体，均匀分布船舶排水量，以最大限度提高船舶载运能力和优化船舶推 进效率。 第二种是贯通流系统船身设计方案【3 5 】( 3 6 1 。贯通流系统中的压水舱具有革新意义， 所谓贯通流系统就是用来替代货舱四周压水线以下纵向结构的传统型压水舱，其最大特 点是把原来的封闭式压水舱改为开放式，在船头压水线下设置进水口，船尾设置排水口， 海水从船艏进口处涌入，再迅速地从船尾排水口排出，既可起到原来的压水舱作用，又 可以减少船舶负荷。利用进出口水流的不同压力，控制贯通水舱内的水流速度，同时又 能够确保不会把海水带到别的地方。其最大缺点是 3 6 】，尽管改成贯通流系统，压水舱仍 然占有船舶相当大空间，而且由于船舶结构的需要，除了纵向压水舱外，还得保留部分 无法改为贯通流系统的横向结构压水舱，而这些压水舱内的水仍然会把污染物带来带 去。贯通流系统压水舱的另一大缺点就是增加了航行船舶的阻力，需要进一步改进流体 动力设计，以解决此问题。 第三种是单一结构船身1 3 0 3 6 1 。单一结构船身设计方案的最大特点是通过在船底设 v 型无压载水船舶设计研究 置一个向后开放的内凹，这种船型可以促使船舶轻载时产生较大的水尺；但是这种设计 方案的缺点是船身湿面积大幅度扩大；目前这种单一结构船身型船舶已经在荷兰代尔夫 特大学试造成圳弘1 ，其载重量为40 0 0 吨，船速为1 4 节，没有压水舱，从试航检测来看， 基本上达到所谓真正无压舱水船舶的标准。 1 3 论文的意义及主要研究内容 1 3 1 论文的意义 船舶压载水所带的危害不仅是眼前的，而且是长远的和深刻的。无压载水船舶作为 一种创新型船舶理念，能够一劳永逸的解决压载水问题，若其能够设计成功，无疑会是 船舶界的一次革命，因此对其的研究具有很大的现实意义，而中国在这方面尚未有深入 研究。本论文将着重研究v 型n o b s 的方案设计，重点是n o b s 的型线设计、性能计 算以及载况校核，通过研究来初步确定方案的可行性。 1 3 2 论文的主要研究内容和完成工作 本文的研究针对v 型n o b s 设计方案。v 型船身主要的特点是下半部分更加细长， 底部呈明显v 型，以使船舶有足够的吃水配合船舶空载时的性能要求； 同时增加了设 计船的宽度，使船舶的稳性得到明显的提高；在特殊海况下，可以打入少量的压载水来 调整船舶的浮态。 本文对n o b s 的型线设计变换进行研究，提出了基于母型的横剖面面积曲线基本不 变的v 型n o b s 型线设计变换方法，该方法对母型船的型线进行底部v 型变换，使设 计船的底部呈现一定倾角，同时增大船宽：变换后设计船的横剖面面积曲线和母型船保 持一致，变换方法简单方便，在保证设计船的船长、设计吃水、排水量等参数基本不变 的情况下，较好的解决了设计船舶型线的光顺性问题。 本文的主要工作是对n o b s 的型线进行快速设计，并对其相关性能进行快速计算； 在此基础上，对设计船的载况进行校核，以初步确定方案可行性。完成的主要工作如下： ( 1 ) 提出了基于母型横剖面面积曲线基本不变的v 型n o b s 型线设计变换方法， 同时提出了设计船宽与底部倾角的关系图谱：并利用a u t o c a d 二次开发工具o b j e c t a r x 实现了任意倾角下设计船型线的快速设计；同时，实现了任意底部倾角下设计船三维型 线造型图的快速绘制；此处“快速”是指给定任意倾角能快速获得该倾角下的n o b s 设 计船型线和三维型线。 ( 2 ) 提出了n o b s 分舱设计方法，对n o b s 进行结构设计，并校核其最小剖面模 数；通过结构尺寸来估算设计船空船重量。 大连理工大学硕士学位论文 ( 3 ) 利用a r x 二次开发，实现了任意底部倾角下设计船的静水力性能、初稳性、 大倾角稳性等性能的快速计算，并据此对设计船的载况进行校核；此处“快速”是指给 定任意倾角能快速计算该倾角下的设计船性能。 本论文开发平台是w i n d o w x ps p 2 和a u t o c a d2 0 0 0 ；使用的二次开发工具为 o b j e c t a r x 和v i s u a l c + + 6 0 。 1 4a r x 开发工具介绍 1 4 1 a r x 概述 本论文二次开发是在o b j e c t a r x 内部函数库基础上，对a u t o c a d2 0 0 0 进行二次开 发。论文后续使用需要，现对o b j e c t a r x 基本函数库予以介绍。 a u t o c a d 是c a d 工业的旗帜产品【37 1 ，是目前国内外使用最为广泛的c a d 软件， 这不仅是因为它功能的强大，更因为其良好的开放性。o b j e c t a r x 是a u t o d e s k 公司针 对a u t o c a d 平台上的二次开发而推出的一个开发软件包，它提供了以c + + 为基础的面 向对象的开发环境及应用程序接口，能真正快速的访问a u t o c a d 图形数据库。与以往 的a u t u c a d 二次开发工具a u t o l i s p 和a d s 不同，o b j e c t a r x 应用程序是一个d l l ( 动态链接库) ，共享a u t o c a d 的地址空间，对a u t o c a d 进行直接函数调用。所以， 使用a r x 编程的函数的执行速度得以大大提高。a r x 类库采用了标准的c + + 类库的封 装形式，这也大大提高了程序员编程的可靠度和效率。 a r x 具有下列一些显著的特点： ( 1 ) 能够面向对象。a r x 不仅良好的继承了c + + 面向对象的特性，而且还提供了 访问并控制a u t o c a d 以及处理c a d 事务的六个主要类库。它不但能够像标准c + + 一样 自由定义或者派生得到新的类，而且允许定义参与运行时类型识别的新类。 ( 2 ) 具有强劲的功能。a r x 充分利用了a u t o c a d 的本身所具有的开放式体系结 构，能够很好的监控处理a u t o c a d 各种事件，定义a u t o c a d 所有命令，而且可以自由 定义数据库对象等。因此可以说，a r x 兼具了a u t o l i s p 良好交互性和a d s 良好综合 性，同时很好的提高了应用程序本身的智能化程度。 ( 3 ) 程序运行性能良好。因每个a r x 应用均是一个动态链接库，能够与a u t o c a d 系统同享一个内存地址空间，因此a r x 应用可以直接的访问a u t o c a d 系统内的各种内 存对象，这样不仪节省了内存耗用，同时也提高了应用本身的运行速率。 a r x 上述良好特性使它成为了集成c a d 图形软件系统和标准数据库编程接口中最 佳可选开发工具。a r x 技术是c a d 软件系统开发的一个主要方向。 v 型无压载水船舶设计研究 a r x 在v i s u a l c + + 开发环境下使用，以c + + 类的形式提供a u t o c a d 的功能函数。 为了使开发者方便获得a u t o c a d 内部的数据库结构、内部命令定义和图形系统，a r x 提供了可供开发者使用的类库。有了这个类库，即可在a u t o c a d 上开发出高效率和高 质量的应用程序。 1 4 2a r x 类库 a r x 类库集是使用c h 编译的类的集合。利用d 似进行开发时，需要通过a r x 的类库集来进行访问a u t o c a d 的数据库。o b j e c t a r x 由以下几个类库库构成： ( 1 ) a c r x 类库 a c r x 库提供了系统层次的类，将其用于动态连接库的初试化，以及用于连接、运 行时类的注册和识别等。该库的基类为a c r c o b j e c t 。a c r x d i c t i o n a r y 是改库一个重要类。 其中，词典( d i c t i o n a r y ) 是指从一个文本字符串到另一个对象的映射，a c r x 库把对象、 类等放在一全局实体字典中。 a c r x 库同时还提供了一套c + + 的宏以用来帮助创建新的从a c r x o b j e c t 派生出的 a r x 类。 ( 2 ) a c e d 类库 a c e d 库提供了用于注册以及定义新a u t o c a d 命令的类，其方式和a u t o c a d 定义 内部命令方式一样。新定义的命令被称为“本地命令”，它和a u t o c a d 内部命令一样 均是放在同一内部结构( a c e d c o m m a n d s t a c k ) 中。a c e d i t o r r e a c t o r 是该库中的一个很重 要的类，它负责监视a u t o c a d 编辑器的状态情况，能够在一个命令的开始、结束或取 消等指定事件发生时通知应用程序。 ( 3 ) a c d b 类库 a c d b 库属于a u t o c a d 数据库的类。该数据库不仅存储了组成a u t o c a d 图形对象 的所有信息，还存储了非图形对象( 如图层、线型等) 的信息。利用a c d b 库，可以方便 的查询、处理已有的a u t o c a d 实体以及对象的实例，同时还可以创建新的实体以及对 象的实例。 ( 4 ) a c g i 类库 a o g i 库用于提供绘制a u t o c a d 实体的图形界面。该库由a c d b e n t i t y 的成员函数 v i e w p o r t d r a w 0 、w o r l d d r a w o 和s a v e a s 0 使用，这些函数属于标准实体函数的一部分。所 有实体类均需要定义w o r l d d r a w o 函数。a c g i w o r l d d r a w 0 对象用于提供应用程序编程界 面( a p i ) ，通过它可以方便的在所有视图中同时处理这个对象的图形表示。a c d b e n t i t y 对象也提供了a p i 界面a c d b e n t i t y ：v i e w p o r t d r a w ( ) 。 大连理丁大学硕士学位论文 ( 5 ) a c g e 类库 a c g e 库由a c d b 库使用，同时提供工具类如点、矢量、矩阵等，用来提供通用的 2 d 和3 d 几何操作。它同时也提供了简单的几何对象，如点、线、面等。 a c g e 库主要通过两个子集2 d 几何类和3 d 几何类构成。其中，a e g e e n t i t y 2 d 和 a e g e e n t i t y 3 d 是其中重要的基类。这个库中大部分基类不是从其它类派生出来的，如 a e g e v e e t o r 2 d 、a e g e p o i n t 2 d 、a e g e m a t r i x 2 d 。这些基类能够用来提供许多类型的通用 操作，如向一个点添加向量、计算两个矩阵的乘积、求两个向量的交点。这些基本层次 类的数据成员均被定义为公有的( p u b l i c ) 。它们为几何库中仅有的含有公共数据成员 的类。 ( 6 ) a d s 库 a d s 库是一个c 函数库，多数a r x 应用程序都通过a d s 库函数来完成如实体选 择、数据获取、选择集操作等任务。 1 4 3a r x 用户自定义类 尽管a r x 已经向用户提供了大量的可应用类，但由于具体应用时的多样性，在实 际的应用程序开发过程中，很可能遇到a r x 提供的类库无法满足应用要求的情况。为 能够更好的满足用户的需要，a r x 能够良好的支持开发人员在其类库基础上定义新的 类。新类可以继承a r x 基类的成员变量以及方法，这样就能够很好的提高6 似开发能 力。 川应用程序在运行时，有一套类识别的机制。以下为用于类型识别的a c r x o b j e c t 类的重要函数： d e s c 0 ，静态成员函数，可返回指定类的类描述对象。 c a s t ( ) ，静态成员函数，可返回指定类的对象，当对象不属于所属的类或者派生 类时返回n u l l 。 i s k i n d o f o ，返回一个对象是否属于指定的类或者派生类。 i s a 0 ，返回一个未知类对象的类描述对象。 a r x 提供了一组宏，它们需要在头文件r x b o i l e r h 中声明，以帮助用户方便创建新 的从a c r x o b j e c t 派生的用户类，主要有以下几个宏： ( 1 ) 类声明宏 自定义类其头文件中可以用a c r x 宏来声明declarejembers(classname) e a s t ( ) 、i s a 0 和d e s e 0 函数。 ( 2 ) 类实现宏 v 型无压载水船舶设计研究 若要实现自定制的类，在类源文件中需要使用下述三个宏之一： a c r xn oc o n sd e f i n em e m b e r s ( c l a s s n a m e ，p a r e n t c l a s s n a m e ) 使用该宏 来实现抽象的类以及不能够实例化的类。 a c r xc o n sd e f i n em e m b e r s ( c l a s s n a m e ，p a r e n t c l a s s n a m e ，v e r n o ) 使用 该宏来实现能够实例化但不能被保存到文件中的临时的类。 a c r x d x f d e f i n e _ m e m b e r s ( c l a s s n a m e ，p a r e n t c l a s s n a m e ，p r o x y f l a g s ， d x f n a m e ，a p p l i e a t i o n n a m e ) 使用该宏来实现可以进行d x f 和d w g 文件读 写操作的类。 ( 3 ) 类的初始化 r x l n i t ( ) 是每个类的初始化函数。如果想要自己定义r x l n i t o 函数，则需要使用a c r x 的e f i n e j e m b e r s 0 宏。它为用户定义了d e s e o 、e a s t ( ) 和i s a 0 函数，但是没有定义r x l n i t ( ) 函数。该宏也不能创建相关联的a c r x c l a s s 对象，由r x l n i t 0 负责创建。值得注意的是， 定义了自定义类的程序在运行初始化时需要调用r x l n i t o 函数。该函数由三个 a c r xx x xd e f i n em e m b e r s ( ) 宏分别自动定义并需要执行下列任务： 创建类描述对象 注册定制的类 放置类描述对象到类字典中 应用程序退出之前，需要用函数d e l e t e a c r x c l a s s ( a c r x c l a s s * p c l a s s o b j ) 从a u t o c a d 实时类结构中删除自定义类。 1 4 3a r x 与m f c m i c r o s o r 的基础类库( m f c ) 是c + + 类库的扩展，这些类可以用来封装处理w i n d o w s a p i 的所有细节，包括用于对象连接与嵌入o l e ( o b j c e t l i n k i n g & e m b e d d i n g ) 复杂主题以 及开放式数据库互连o d b c ( o p e n d a t a b a s e c o n n e o t i v i t y ) 等。m f c 为w i n d o w s 应用程序 的开发提供了大量的工具和高级函数，使得编写w i n d o w s 应用程序变得异常轻松。 用m f c 可在a r x 中方便地加入对话框等资源，在a r x 中几乎拥有m f c 具备的 所有资源访问功能。这为可视化应用程序的开发提供了极大的方便。m f c 在数据库和 网络方面也拥有强大的功能，使得a r x 应用程序能够方便的操作a u t o c a d 本身数据库 之外的数据库( 如s q l s e r v e r 等) ，并使其能够实现基于w e b 的协同设计。 本文在具体应用时，充分利用这一便利资源，利用m f c 中的可视化资源类，节省 了大量复杂的编码。但同时，a r x 与m f c 的混合编程对编程设计人员的技能也提出 大连理工大学硕士学位论文 了更高的要求，使本来就比较难以掌握的a r x 开发技术更加的复杂化，这也加大了a r x 应用程序升级和应用维护的难度。 使用时，a r x 与m f c 的混合编程中经常会遇到的资源管理问题主要如下： 在a r x 应用和其它应用程序使用共享的m f c 库时，资源管理就变得极为重要。必 须良好的管理自己的应用程序资源，以防止它与其它a r x 应用程序资源发生冲突。清 晰的资源设置一般要包括以下三步： 1 在执行导致m f c 查找本应用程序资源时，调用a f x s e t r e s o u r s e h a n d l e 0 将自定 义资源设置成系统缺省值。 2 在系统资源设置成为本应用程序资源之前，调用a f x g e t r e s o u r s e h a n d l e 0 函数获 得系统当前资源。 3 在执行了要求使用自定义资源的函数之后，立刻将系统资源还原为以前保存的 资源句柄。 为了使资源管理更加简单清晰，可以使用一个c + + 类c t e m p o r a r y r e s o u r c e o v e r r i d e 。 在该类的对象建立时，对象会将系统资源设为用户的应用资源，而在对象删除时，析构 函数自动回将资源设定为系统资源。 1 5 本章小结 本章结合多个文献，介绍了船舶压载水的危害和船舶压载水的处理，鉴于船舶压载 水问题无法一劳永逸的解决，国内外相关专家提出了新的设计理念无压载水船舶 n o b s ，主要包括三种设计理念。本文就其中的v 型n o b s 进行方案设计研究，提出新 的型线设计方法，通过二次开发，实现n o b s 型线的快速设计和性能的快速计算。 随后本章介绍了a r x 库函数相关情况，后续二次开发中将直接调用a r x 库函数； 程序开发时主要参考a r x 帮助文档，利用a r x 库函数提高了程序开发的效率，节省了 程序开发的时间。 v 型无压载水船舶设计研究 2 n o b s 型线设计 型线设计是船舶总体设计的一项重要内掣4 0 1 。初步设计阶段中的型线设计通常是在 船舶主尺度( l 、b 、d 、d 、c b ) 确定后与总布置设计配合进行的，但在设计方案构思和 选择主尺度时，就要对船体型线有所考虑，并在型线设计中加以体现和检验。正式的型 线图是性能计算、结构设计、各种布置和建造放样的依据。 型线设计考虑是否周到，设计出的型线是否优秀，对船舶的航海性能、使用以及建 造等方面有很大的影响。首先，型线与阻力性能关系重大，尾部型线与螺旋桨的配合对 推进效率和振动有很大的影响。此外，型线与船舶的稳性、操纵性、横摇阻尼、船在波 浪上的运动特性、砰击等都有关系。在使用方面，型线影响布置和舱容，例如机舱内的 布置条件、货舱和压载舱的容积、甲板的布置地位等。在建造方面，型线的平直部分、 可展曲面部分可以简化施工的工艺，而复杂曲面增加了施工难度和工作量。由此可见， 型线设计需要考虑许多方面的要求，有些要求还会相互抵触，设计者必须加以权衡。 常规船舶的型线设计变换方法有多种，主要有自行设计法和改造母型法，可根据自 己的需要进行选择：v 型n o b s 是对常规船舶的一种改造，故可采用母型改造法对其进 行型线设计。 2 1n o b s 型线设计思想 v 型n o b s 船身其特点是船体下半部分更加细长，船底呈现明显向下突出的v 型， 以使船舶有足够的吃水配合船舶空载时的性能要求【3 4 j ；同时增加了设计船的宽度，使 船舶的稳性得到明显的提高；在特殊海况下，可以打入少量的压载水来调整船舶的浮态。 基于母型的v 型n o b s 主要设计思想是对母型船的线型作相应修改【，通过倾斜 船底，加大船宽或加大型深，在保证船长、设计吃水和排水量基本不变的基础上，使设 计船的横剖面底部呈明显的v 型。加大船宽或加大型深一方面是为了弥补因底部形状改 变而带来的浮力减小，另一方面也可以为船舶在不打压载水的情况下提供足够的稳性。 图2 1 即是v 型设计方案下，n o b s 与母型船横剖面对比情况。从图f f l 可以看出设 计船底部倾