船舶概论课件.ppt

船舶概论,泉州泰山航海学院张大有,主要内容,第一章船舶分类与用途3（3）第二章船舶的几何形状122（4）第三章船舶航行性能147（9）第四章船体结构234（9）第五章船舶舱室设计295（2）第六章船舶设备与系统339（6）第七章船舶建造工艺421（6）,第一章船舶分类与用途,第一节船舶分类第二节船型的一般介绍学习目标：1、了解船舶分类方法；2、了解按用途划分的船舶类型；3、重点了解几种主要民用船舶的特征（主要特征：横剖面特征）与用途。,第一节船舶分类,船舶分类方法1、按船舶用途分类2、按航行区域分类3、按航行方式分类4、按推进动力分类5、按推进器形式分类6、按螺旋桨数量分类,第一节船舶分类,船舶分类方法：1、按船舶用途分类总的可分为军用舰艇和民用船舶两大类。军用舰艇分类：战斗舰艇：航空母舰、巡洋舰、驱逐舰、护卫舰、潜艇、鱼雷艇、导弹艇及布雷、扫雷舰艇等；登陆舰艇：运送部队和武器装备到敌岸登陆的舰艇；辅助舰船：即担负后勤保障任务的各类舰船，如训练舰、补给舰、侦察船、医院船、供应舰、舟桥浮箱等。,第一节船舶分类,民用船舶主要可分为如下几大类：运输船舶工程船舶渔业船舶港务船舶特种船舶海洋工程：海洋调查船及深潜器、海洋钻井平台,第一节船舶分类,运输船舶：客船、货船（客货船）。货船:散货船（如谷物、矿砂、煤、水泥等）、油船、杂货船、集装箱船、滚装船、推（拖）船-驳船队、液化天然气（石油气）船、化学品船、冷藏船以及各种专用及多用途船等。工程船舶：挖泥船、打桩船、起重船、打捞船、管线铺设船、救助拖船、浮船坞、测量船等。,第一节船舶分类,渔业船舶：各种捕捞船（如拖网渔船、围网渔船、捕鲸船等）及渔业辅助船（如水产加工船、冰藏运输船、渔政船等）。港务船舶：港作拖船、引水船、港监船、供油船、供水船、消防船、交通船、检疫船、浮油回收船、粪便处理船、水面清扫船及趸船等。,第一节船舶分类,特种船舶：水翼船、气垫船、地效应船（壁面效应船）、小水线面船、穿浪船等。海洋调查船及深潜器：近海调查船、远洋调查船、载人潜水器、无人潜水器等。海洋钻井平台：固定式平台、移动式平台等。,第一节船舶分类,2、按航行区域分类：海洋船舶、内河船舶、港湾船舶。海洋船舶：远洋船舶、近洋船舶、沿海船舶。3、按航行状态分类（按船舶重力的承载力分类）：排水型船（潜水船）、半滑行船、滑行船、气垫船、水翼船、地效应船等。4、按推进动力分类：人力船及帆船、蒸汽机船、内燃机船、汽轮机船、核动力船、电力推进船等。,第一节船舶分类,5、按推进器形式分类：明轮船、平旋推进器船、螺旋桨船、喷水推进船、空气螺旋桨船等6、按螺旋桨数分类：单桨船双桨船多桨船,第二节船型的一般介绍,一、运输船舶运输船舶是指载运旅客与货物的船舶，通常又称为商船。现代运输船舶已形成了种类繁多、技术复杂及高度专业化的运输船舶体系。运输船舶按运载物的性质分类，可分成客船和货船两大类货船通常包括干货船、液货船等；客船通常按航行区域划分为远洋客船、近洋客船、沿海客船和内河客船等。,第二节船型的一般介绍,1、杂货船特点又称普通货船、通用干货船或统货船，主要用于载运包装、袋装、箱装和桶装的件杂货物。杂货船一般没有固定的航线和船期，而是根据货源情况及货运需要航行于各港口之间，除载运件货外，也可载运散装货或大件货等。杂货船的营运不追求高速，而注重经济性和安全性，杂货船都为单螺旋桨、2-3层甲板、4-6个货舱，货仓口一般开得很大，且配备完善的起货设备，多设计成标准船型，并趋向于建造多用途货船。,第二节船型的一般介绍,杂货船横剖面图,第二节船型的一般介绍,杂货船,第二节船型的一般介绍,2、集装箱船集装箱船是专门载运集装箱的船舶。其全部或大部分船舱用来装载集装箱，往往在甲板或舱盖上也可堆放集装箱。集装箱船航速较快，装卸效率高，停港时间短。集装箱的装卸靠码头上的集装箱装卸桥进行，可实现海、陆、空联运。集装箱船停港时间短，航速较快。可分为全集装箱船、半集装箱船和多用途集装箱船三种。,第二节船型的一般介绍,集装箱船特点：1)货舱和甲板均装载集装箱；2)货舱开口宽大，货舱盖强度大；3)多为单层甲板结构，为保证船体强度和提高抗扭强度，船体设计为双层底和双层壳舷侧结构，并在双层舷侧的顶部设置抗扭箱结构；4)货舱尺寸按要求规格化，为防止货箱移动和固定货箱，货舱内设有格栅式货架(箱格导轨系统)，甲板上设有底座与绑扎桥；5)装卸效率高，货损货差少。6)主机功率较大，航速较高；7)远洋高速集装箱船的方形系数Cb小于0.6。,第二节船型的一般介绍,集装箱船,第二节船型的一般介绍,集装箱船横剖面,第二节船型的一般介绍,全集装箱船,第二节船型的一般介绍,5446TEU集装箱船,第二节船型的一般介绍,“中远亚洲”轮是中远集团旗下最大的集装箱船，造价10亿人民币，2008年8月6日在韩国下水，具备自动导航、自动驾驶功能，是亚洲第一条、世界第三条载箱量超1万TEU的集装箱船，最大载重量超过11万吨。,第二节船型的一般介绍,中远亚洲号,第二节船型的一般介绍,中远川崎48号由南通中远川崎船舶工程有限公司制造、可装载1万个标准集装箱（TEU:20ft），该船总长348.5米，型宽45.6米。,第二节船型的一般介绍,374TEU多用途集装箱船,第二节船型的一般介绍,1100TEU快速集装箱船金陵船厂为德国船东建造,第二节船型的一般介绍,1236TEU高速无箱盖集装箱船,第二节船型的一般介绍,3、散货船散货船是指专门用于载运粉末状、颗粒状、块状等非包装类大宗货物的运输船舶。如矿砂、煤炭、谷物、水泥、化肥运输船，属于这类船舶的主要有普通散货船、专用散货船、兼用散货船以及特种散货船等。散货船比杂货船装卸速度快，运输效率高。,第二节船型的一般介绍,散货船的特点：(1)货舱为单层甲板，舱口较宽大；(2)为单层或双层船壳结构；(3)舱口围板高大，货舱横剖面成棱形，这样既可装满货舱，减少平舱工作，方便卸货,又可防止货物移动而危及船舶的稳性；(4)货舱四角的三角形舱柜(上下边舱)为压载舱，用于调节吃水和稳性高度；(5)船型肥大，一般单向运输。,第二节船型的一般介绍,散货船横剖面图,第二节船型的一般介绍,散货船,第二节船型的一般介绍,15万吨干散货船,第二节船型的一般介绍,好望角型干散货船,第二节船型的一般介绍,散装货船,第二节船型的一般介绍,4、油船专门载运石油及石油产品的船舶，有原油油船,成品油油船及原油与成品油兼用船等几种。油船对防火、防爆的要求特别高，一般只有一层纵通甲板,甲板上管路较多，其舱口较小，水密性好,机舱一般设于尾部，甲板建有通行于艏艉的天桥。油船的大小从几百吨至几十万吨,超大型油船达50万吨以上。,油船,第二节船型的一般介绍,油船特点：新建油船均采用双层底及双层船壳结构；无起货设备和大舱口，仅有圆形或椭圆形小舱口，用油泵、管路及各种控制阀配合完成装卸油作业；一般采用纵骨架式结构；纵向水密舱壁把油舱划分为并列的两列或三列油舱；L/B较小、B/D及方形系数CB较大，属肥胖型船，干舷亦小机舱布置在船尾，为尾机型船；油舱的前后两端设置隔离空舱或用泵舱、压载舱等代替；设置多道横舱壁和大型肋骨框架，用以增加横向强度和适装不同品种的油类；设有专用压载舱或清洁压载舱,第二节船型的一般介绍,SKYWING号油船,第二节船型的一般介绍,油船,第二节船型的一般介绍,油船横剖面图,第二节船型的一般介绍,当代业界，将油轮按载重吨位分为5个级别：巴拿马型（Panamax）：船型以巴拿马运河（PanamaCanal）通航条件为上限（譬如运河对船宽、吃水的限制），载重吨（DWT）在68万吨之间阿芙拉型（Aframax）：平均运费指数AFRA（AverageFreightRateAssessment）最高船型，经济性最佳，是适合白令海（BalticSea）冰区航行油船的最佳船型。载重吨在812万吨之间。苏伊士型（Suezmax）：船型以苏伊士运河（SuezCanal）通航条件为上限，载重吨在1220万吨之间。VLCC（VeryLargeCrudeoilCarrier）：巨型原油船，载重吨在2030万吨之间。ULCC（UltraLargeCrudeoilCarrier）：超巨型原油船，载重吨在30万吨以上。,第二节船型的一般介绍,“伊朗德尔瓦（IRANDELVAR）”号(30万吨VLCC),第二节船型的一般介绍,苏伊士型（Suezmax）,第二节船型的一般介绍,“PierreGuillaumat”号ULCC,第二节船型的一般介绍,5、客船客船是用以载运旅客及其行李并兼带少量货物的运输船舶。一般定班定线航行。按航行的海区和适居性的要求，客船分为远洋客船、近海客船、沿海客船和内河客船等。对客船的要求首先是安全可靠，其次应具有良好的适航性和居住条件以及较快航速。为了旅客的安全，客船上按规定应配备足够的救生设备；消防也有严格的规定。,第二节船型的一般介绍,海上航行者3,第二节船型的一般介绍,钻石公主号,第二节船型的一般介绍,海上自由号,第二节船型的一般介绍,世界最大豪华邮轮-“海中绿洲”号,耗资7亿英镑，长360米、宽65米、高72米，重达22万吨，要比“泰坦尼克号”还要大3倍，比世界上最大游轮“海洋自由号”还重6万吨，堪称是一座“旅行的城市”。,第二节船型的一般介绍,客货船,第二节船型的一般介绍,客渡船,第二节船型的一般介绍,长江旅游船,第二节船型的一般介绍,“乾隆号”长江旅游船,第二节船型的一般介绍,6、推、拖船、驳船推、拖船是用以顶推、拖带非自航船的船舶。推、拖船设有功率强大的动力装置，操纵灵活，本身不载客货。驳船特点：载货量大、吃水浅、设备简单，一般没有动力。少数有动力装置和推进装置的驳船称为机动驳。按结构形式分为：甲板驳、舱口驳、半舱驳、敞开驳及分节驳；按用途分为：客驳、货驳、油驳、泥驳、集装箱驳等。,第二节船型的一般介绍,推轮21103+驳船360TEU,第二节船型的一般介绍,ATB敞口集装箱船队,第二节船型的一般介绍,4.5万吨ATB海驳国裕1号,第二节船型的一般介绍,分节驳顶推船队,第二节船型的一般介绍,莱茵河万吨顶推船队,第二节船型的一般介绍,大运河拖带船队,内河顶推驳船编队形式,第二节船型的一般介绍,二.高速船舶1.水翼艇（全浸式）,第二节船型的一般介绍,水翼艇（割划式）,第二节船型的一般介绍,2.气垫船,第二节船型的一般介绍,气垫船原理,第二节船型的一般介绍,全浮式气垫船,第二节船型的一般介绍,全浮式气垫船,第二节船型的一般介绍,俄罗斯“贼鸥”级大型气垫登陆艇,第二节船型的一般介绍,侧壁式气垫船,第二节船型的一般介绍,“捷翔”号250客位双体气垫船,侧壁式气垫船,第二节船型的一般介绍,3、小水线面双体船（SWATH）,第二节船型的一般介绍,小水线面双体船（SWATH）,第二节船型的一般介绍,小水线面双体船（SWATH）,第二节船型的一般介绍,小水线面双体船（SWATH）,第二节船型的一般介绍,4、穿浪船,第二节船型的一般介绍,5、翼船（地效船、壁面效应船）,第二节船型的一般介绍,中国“天鹅”地效船,第二节船型的一般介绍,俄罗斯“小鹰”地效船,第二节船型的一般介绍,俄罗斯是目前世界上地效飞行器研制水平最高的国家。自六十年代首架地效飞行器“里海怪物”被国外侦察卫星发现并公开以来，已经成功地研制出不少最近几年才被逐渐披露的、具有各种用途的地效飞行器，并形成了系列化的地效飞行器体系。据最新数据显示，俄美正联合研制一种类似“飞碟”的无人驾驶地效飞行器。这种飞行器能以每小时五百至七百公里的速度在八至十三千米高空将笨重的巨型装备（一百吨以上）运送到几千公里之外，并能在接近地面和水面的空中以每小时一百六十公里的速度飞行。此外，美国波音公司也正着手开发一种巨型地效飞行器。这种名为“鹈鹕”的巨型地效运输机，其机身长一百一十米，翼展达一百五十二米，载重量为一千二百七十吨，一次可以运载十七辆M1系列主战坦克，或三千名全副武装的士兵，这个载重量几乎达到了巨型运输机“安225”的五倍。,第二节船型的一般介绍,三、工作船、工程船和其他船舶1.消防船,第二节船型的一般介绍,2.挖泥船,铲斗式挖泥船,第二节船型的一般介绍,耙吸式挖泥船,第二节船型的一般介绍,铰吸式挖泥船,第二节船型的一般介绍,铰吸式挖泥船,第二节船型的一般介绍,链斗式挖泥船,第二节船型的一般介绍,链斗式挖泥船,第二节船型的一般介绍,3.渔船,第二节船型的一般介绍,拖网渔船,第二节船型的一般介绍,金枪鱼围网渔船,第二节船型的一般介绍,捕鲸船,第二节船型的一般介绍,4.工程船浮吊,第二节船型的一般介绍,浮船坞17万吨级浮船坞“江山”号,“江山”号浮船坞长333米，宽66米，面积超过三个标准足球场。,第二节船型的一般介绍,军用浮船坞,第二节船型的一般介绍,布缆船,第二节船型的一般介绍,5.其它船舶液化天然气船(LNG)特点:液化天然气(主要成分为甲烷)通常采用在常压下极低温(-165)冷冻的方法使其液化.液舱具有严格的隔热结构与材料，能保证液舱恒定低温。常见的液舱形状有球形和矩形两种，也有将液舱设计成棱柱形或圆筒形的。液化石油气船(LPG)液化石油气的主要成分为丙烷，运输方法有三种：一种是将其加压液化，可在常温下进行装卸，这种船叫全加压式液化石油气船，其货舱常为球形或圆柱形罐；另一种是冷冻液化，叫全冷冻式液化石油气船，其货舱可制成矩形，舱容利用率高，但需设置良好的隔热层；第三种是既加压又冷冻液化，叫半加压半冷冻式液化石油气船。,第二节船型的一般介绍,液化天然气船(LNG),第二节船型的一般介绍,液化气运输船横剖面图,第二节船型的一般介绍,液化天然气运输船LNG,第二节船型的一般介绍,世界最大的LNG船,第二节船型的一般介绍,液化天然气运输船LNG,LNG液货舱,第二节船型的一般介绍,三星同时建造四艘LNG船,第二节船型的一般介绍,5000立方米全压式液化（石油）气船LPG,第二节船型的一般介绍,乙烯运输船,泰山建造的化学品运输船,第二节船型的一般介绍,滚装船滚装船是装载车辆或装载固放在车辆上的集装箱或托盘货物通过船舶首、尾或两舷的开口以及搭到码头上的跳板进行滚装运输的专用船舶。将传统的船舶垂直上下装卸改成水平方向滚动方式装卸。尾部或舷侧或首部设有供车辆上下的跳板，首跳板处必须设置首门与内门，尾跳板与舷侧跳板处有时仅设内门；舱内设有活动斜坡道或升降平台；抗沉性相对较差，舱容利用率较低，造价也较高；装卸效率高，船速快，对码头要求不高，主要用于短途运输。,第二节船型的一般介绍,滚装船,第二节船型的一般介绍,滚装船,第二节船型的一般介绍,滚装船,第二节船型的一般介绍,滚装船首门、内门、跳板与侧门,第二节船型的一般介绍,滚装船船舱,第二节船型的一般介绍,载驳船,第二节船型的一般介绍,西比式载驳货船,第二节船型的一般介绍,科考船、供应船,第二节船型的一般介绍,供应船,第二节船型的一般介绍,四、海洋工程,自升式钻井平台,第二节船型的一般介绍,张力腿式平台,第二节船型的一般介绍,自升式钻井平台,第二节船型的一般介绍,半潜式钻井平台,第二节船型的一般介绍,钻井船,第二节船型的一般介绍,17万吨浮式生产储油船,第二节船型的一般介绍,FPSO海上石油浮式生产储存系统/1/3,第二章船舶的几何形状,主要内容：第一节船舶主要尺度第二节船舶尺度比与船型系数第三节船体线型图第四节船舶外部形状学习目标：1、理解船舶主要尺度定义的含义2、理解船型系数及尺度比定义的含义及对船舶性能的影响3、理解线型图的表达内容4、一般了解船舶的主要外部形状,第二章船舶的几何形状第一节船舶主要尺度,在学习船舶主尺度前先要建立型尺寸的概念！总长LOA：船体艏艉两端间最大水平距离。设计水线长LWL：设计水线面上船体型表面艏艉端点的距离。垂线间长LPP：艏垂线与艉垂线之间的水平距离。艏垂线是通过设计水线艏部端点所做的垂线，艉垂线在有舵柱时为舵柱后缘，无舵柱时为舵杆中心线。型宽B：沿船舶设计水线自一舷的肋骨外缘至另一舷肋骨外缘之间的最大水平距离。,舵柱与舵杆,第一节船舶主要尺度,型深D：船长中点处，沿舷侧自平板龙骨上缘至上层连续甲板横梁上缘的垂直距离。吃水T：船长中点处，自平板龙骨上缘至设计水线的垂直距离。干舷F：船长中点处，沿船舷自设计水线至上层连续甲板边缘的垂直距离，即型深与吃水之差值：F=D-T注：船舶主要尺度通常指型尺寸，即从船体外板内表面（型表面）度量的尺寸，称为型尺寸。水线一般指夏季载重水线。,第二节船舶尺度比与船型系数（尺度比由第三章第一节提上讲）,船舶尺度比与船型系数能进一步表明船的几何特征，同时又能与船舶的性能更紧密联系，尤其对于具有相同尺度的船舶。一、船舶的主要尺度比（见第三章第一节）1、长宽比L/B：该比值对船的快速性影响较大，比值越大，船越瘦长，航行阻力越小，快速性越好。2、船宽吃水比B/T：主要影响船的稳性，比值越大，稳性越好。3、型深吃水比D/T：主要影响船的抗沉性，比值越大，干舷越大，抗沉性越有保证。,第二节船舶尺度比与船型系数,4、长深比L/D：主要影响船体的结构强度，比值越大，说明船型越扁平，当比值超过某个限度，则对船舶坚固性不利。5、船长吃水比L/T：主要影响船舶的操纵性，比值越小，回转性越好，转动越是灵敏。,第二节船舶尺度比与船型系数,二、船型系数1、水线面系数CW：船舶设计水线面面积AW与矩形LB面积的比值。即：CW=AW/LB表征水线面的丰满度，对船舶稳性和快速性均有影响。,第二节船舶尺度比与船型系数,2、中剖面系数CM：中横剖面水下部分面积AM与矩形面积BT的比值。即：CM=AM/BT反映中横剖面的丰满度，通常大型船舶的舯剖面较丰满，CM接近于1；快速船则采用较小的CM值。,第二节船舶尺度比与船型系数,3、方形系数CB：船舶水下部分体积与长方体体积LBT的比值。即：CB=/LBT表示船体水下部分的丰满程度，也称为排水量系数。通常，低速船CB值较大，高速船CB值较小。,第二节船舶尺度比与船型系数,4、纵向棱形系数CP：船舶排水体积与断面为AM、长度为L的棱柱体体积AML的比值。即：CP=/AML显然CP=CB/CM反映排水体积沿船长方向分布情况。CP的数值越大表示沿船长分布越均匀，其值越小，则表示排水体积集中于舯部。该系数对快速性与试航性均有影响。,第三节船体线型图,型线图是在三个互相垂直的投影面上，用船体型表面的截交线、投影线、外轮廊线来表示船体外形的图样。,第三节船体线型图,三个互相垂直的基准投影面为：纵中剖面：通过船体甲板中心线的纵向垂直平面（将船分成左右对称的两部分）中横剖面（舯剖面）：通过船长中点（以符号表示）的横向垂直平面（将船分成前后两段）设计水线面（满载水线面）：通过满载水线的水平面（将船分成上下两部分）,第三节船体线型图,纵中剖面纵剖线图,第三节船体线型图,纵剖线图：用一系列平行于中纵剖面的平面（一般在1/2船宽内取34道）剖切船体所得的曲线称为纵剖线，在其他两个投影面上为直线。,第三节船体线型图,中横剖面（舯剖面）横剖线图,第三节船体线型图,横剖线图用一系列平行于中横剖面的平面剖切船体所得的曲线。由于船体左右舷对称，所以横剖线图只表示横剖线的一半即可，习惯上右艏左艉。一般将船长分为1020站，即取1020个剖切面，编号自艉至艏。,第三节船体线型图,设计水线面（满载水线面）水线图,第三节船体线型图27/4,（半宽）水线图用一系列平行于满载水线面的平面剖切船体所得的曲线，一般海船取910个内河船取57个。,第三节船体线型图,船体线型图,比例尺通常取1：25、1：50、1：100；通常在图上列出主要尺度及船型系数；列出型值表。,第四节船舶外部形状,船舶的外形包括艏艉部形状、上层建筑形式、机舱位置及烟囱、桅杆等舾装件的形状和布置等。一、艏艉部形状艏部形状,第四节船舶外部形状,尾部形状：a)椭圆型尾：船的尾部有短的尾伸部，折角线以上呈椭圆体向上扩展。b)巡洋舰尾：具有光顺曲面的尾伸部,水平剖面呈半卵形。由于将满载水线附近的尾部水线向后适当延长，相当于增加了水线长度，有利于减少船的阻力，并有利于保护舵和螺旋桨。这种尾形在军舰和民船上用得较多。c)方尾：尾端有尾封板，大多用在航速较高的舰艇，近年来许多货船也采用了这种尾型。,第四节船舶外部形状,二、上层建筑形式和造型上甲板：船体最上一层纵通连续甲板上层建筑：在上甲板以上的船体结构艏楼艉楼桥楼甲板室：如上层建筑结构的两侧与两舷不相连，而缩进一定距离（大于0.04倍船宽）形成两边走道的结构。上层建筑的形式与机舱位置有一定关系。,第四节船舶外部形状,上层建筑形式,货船的机舱位置,艉机型,中机型,中艉机型,第四节船舶外部形状,机舱位置：尾机型：尾轴长度短，尾轴不穿过货仓，增加装货空间，提高装货效率，并对防火有利。通常，油船、散装货船、集装箱船、LPG、LNG等船均采用此形式。缺点视野受限。中机型：视野开阔，操作方便，空载时纵倾小。中尾机型：利弊介于二者之间。,世界各主要船级社一览,美國驗船協會(ABS)挪威驗船協會(DNV)勞氏驗船協會(LR)法國驗船協會(BV)德國驗船協會(GL)日本驗船協會(NK)中國驗船中心(CR)中國船級社(CCS),第三章船舶航行性能,主要内容：第一节概述第五节抗沉性第二节船舶吨位和水尺图第六节快速性第三节浮性第七节耐波性第四节稳性第八节操纵性学习目标：了解船舶航海性能的含义了解船舶吨位、水尺图、载重线标志理解船舶浮性、稳性、抗沉性、快速性、耐波性和操纵性的要点，着重于原理。,第一节概述,1.浮:具备浮在水面上的浮性。（浮性）2.安:具备安全性。（稳性、抗沉性、船舶结构强度）3.载:适当空间安排，具备载运旅客与运送货物的承载性。（浮性、总布置、船舶结构强度）4.动:要有推进动力及灵活的操纵性，满足船舶航行适航性。（快速性、操纵性）5.适:改善船上居住环境舒适性，如减低船舶摇晃及噪音等。（耐波性、总布置、动力装置）,第一节概述,船舶航行性能或航海性能包括：船舶浮性：在一定装载情况下，船舶具有正常浮态漂浮的能力。船舶稳性：船舶受外力偏离平衡位置，当外力消失后回复到原平衡位置的能力。船舶抗沉性：船舶破损进水后能保持浮性和稳性不致于沉没和倾覆的能力。船舶快速性：船舶在水中消耗一定主机功率而能达到较高航速的特性。船舶操纵性：船舶保持或改变航向的能力。船舶耐波性：船舶在波浪中的摇摆等性能。其他性能：振动，噪声等8/3-10,第二节船舶吨位和水尺图,船舶吨位：用以表示船舶的大小和运输能力，分为容积吨位和重量吨位。一、容积吨位容积吨位是以容积表示船舶的大小。国际间统一以2.83M3（100立方英尺）作为一个容积单位。容积吨位分为总吨位和净吨位1.总吨位凡船上四面封闭的空间减去驾驶室、双层底、公共用舱室等所占去的容积，即为总吨位。单位：2.83m3(100立方英尺)为一个容积单位,第二节船舶吨位和水尺图,总吨位的用途表明船舶大小，作为一国或一船公司拥有船舶的数量；计算造船费用、船舶保险费用；作为海事赔偿计算基准等。2、净吨位从总吨位总吨位中减去不能运送客货的吨位，即为净吨位。净吨位作为实际营运使用的单位。用途：计算各种税收的基准；计算停泊及拖带等费用；计算过运河的费用等。在船舶登记及丈量证书内均需记载总吨位和净吨位。,第二节船舶吨位和水尺图,二、重量吨位以重量的大小表示船舶的运输能力，以吨计算。常用的重量吨位：排水量载重量1、排水量船舶排开同体积水的重量，即整个船的重量因载货的多少分为：空船排水量：船舶出厂时空船的排水量满载排水量：船舶满载时的排水量实际排水量：只装一部分货物时的排水量通常，排水量指满载排水量（设计排水量）。,第二节船舶吨位和水尺图,2、载重量总载重量：船舶根据载重线标志规定所能装载最大限度的重量。总载重量=满载排水量空船排水量=货物重量+燃料、淡水、供应品重量+船舶常数净载重量：船舶所能装载最大限度的货物重量净载重量=总载重量燃料、淡水、供应品重量-船舶常数载重量是判断船舶生产能力的主要指标之一，合理计算每一航次的燃料、淡水和物料存储量，就能增加载重量。,第二节船舶吨位和水尺图,【船舶常数的概念】船舶常数系指新船出厂时或船舶经过大修后的空船排水量与经过一段时间营运后的空船排水量的差值。船舶经过一段时间的运营后，空船重量可能会发生改变，船舶总重量也可能出现一些难以统计和归类的重量，为便于处理，把这部分重量归入总载重量，称为船舶常数。产生原因：1.因船体机械进行定期修理和局部改变而产生的空船重量的改变；2.因货舱内残留货物、垫舱物料及垃圾而导致的船舶总重量的增加；3.因油、水舱柜及污水井内残留污油，积水及沉淀物而导致的船舶总重量的增加；4.未计入船用备品重量的库存破旧机件、器材和各种废旧物料的重量；5.船体外附着的海藻、贝类等海生等引起的重量增加。,第二节船舶吨位和水尺图,三、水尺图水尺即船舶吃水的标记。水尺标注：公制：用阿拉伯数字标绘数字高10cm间隔10cm英制:采用阿拉伯数字或罗马数字标绘数字高6英尺间隔6英尺,第三节浮性,船舶浮性：船舶在一定装载情况下，漂浮于水面一定平衡位置的能力。当船舶自由漂浮于静水中保持平衡时，船体将受到水向上的浮力作用，船体所受到的浮力等于它所排开同体积水的重量。即阿基米德定律。该浮力与整个船的重量相平衡。浮力垂直向上,作用于排水体积的形心C点，称为浮心。船舶重力P，重心G。,第三节浮性,浮力的大小等于船舶排水量，即船体水下部分体积(m3)与水的重度（t/m3）的乘积。：浮力、船舶排水量,t;：船舶排水体积，m3;：水的重度，淡水为1.0t/m3，海水为1.025t/m3；P：船舶排水量排水体积与方形系数有如下关系：=CBLBT故排水量与主尺度有如下关系：,第三节浮性,船舶重力（P）和浮力（）大小相等、方向相反且作用在同一铅垂线上，这时船舶就平衡漂浮在水面上。船舶的平衡漂浮状态，简称为船舶浮态。船舶浮态可分为四种：1正浮状态是指船舶首、尾、中的左右吃水都相等的情况。,第三节浮性,2、纵倾状态是指左右吃水相等而首尾吃水不等的情况。船首吃水大于船尾水叫首倾；船尾吃水大于船首吃水叫尾倾。,3、横倾状态是指船首尾吃水相等而左右吃水不等的情况，航行中不允许出现横倾状态!,第三节浮性,4、任意状态是指既有横倾又有纵倾的状态。,第三节浮性,储备浮力为了确保船舶安全，除在设计水线以下需要足够的排水体积以提供足够的浮力外，在水线以上还必须有相当的水密体积，即船舶必须留有一定的储备浮力。储备浮力是表征船舶适航性的指标之一，是指满载水线以上船体水密空间，所能提供的浮力。储备浮力通常以满载排水量的百分比来表示，视船舶类型、航区、货运种类而不同。,第三节浮性,储备浮力通常以干舷表示，载货越少，干舷越大，表示船舶储备浮力越大，浮性越好，越有利于航行安全。干舷的大小是衡量船舶储备浮力大小的尺度。最小干舷是保证船舶在满载后，仍具有一部分储备浮力。它能确保船舶在甲板上浪、结冰和发生海损时，当船舶载重量在一定限度内增加或浮力减小的情况下，仍能安全地浮于水面上。海船的储备浮力约为满载排水量的25一40，河船约为10一15%。,第三节浮性,最小干舷高度在船上如何体现？为保证船舶在不同海区、不同季节情况下安全航行，船舶检验部门根据各船的船体强度和稳性等条件，在船上具体勘绘出船舶的最小干舷高度，即载重线标志，以限定船舶的最大吃水。作用：用以确定船舶在不同航行区带、区域和季节期应具备的最小干舷，以保证船舶具有足够的储备浮力和航行安全。位置：勘划在船中的两舷外侧。度量：以载重线的上边缘为准。,第三节浮性,载重线标志,S-夏季载重线T-热带载重线F-淡水载重线TF-热带淡水载重线W-冬季载重线WNA-北大西洋冬季载重线CS：表示中国船级社,第四节稳性,一、船舶稳性的概念船舶漂浮于水面某一水平位置时受到重力和浮力的作用，其大小相等、方向相反，作用点重心和浮心在同一条铅垂线上，此时船舶处于正浮平衡状态。但这种平衡是相对的！因受到风压力、波浪冲击力等外力作用，使船体产生运动。其中最主要的一种运动形式，就是船舶的横摇，如果横摇幅度超过一定限度，就可能导致船舶倾覆。船舶稳性（Stability）是指船舶受外力作用发生倾斜，当外力消失后能够回到原来平衡位置的能力。,第四节稳性,二、船舶平衡状态船舶的平衡状态取决于船舶横向微倾前后两条浮力作用线的交点M(Metacenter）(横稳心)的位置与船舶重心点G的位置之间的相互关系!力矩的概念!,三种平衡状态,稳定平衡状态不稳定平衡状态随遇平衡状态,第四节稳性,船舶的三种平衡状态示意图,第四节稳性,1稳定平衡状态横稳心M的位置位于船舶重心点G的上方。船舶受倾侧力矩作用离开平衡位置后,浮力作用线在外侧，重力作用线在内侧,重力和浮力构成的力偶矩,即复原力矩Mh为正值，该复原力矩使船舶恢复到原平衡位置。此时,船舶所处的平衡状态称为稳定平衡状态(Stable）2.不稳定平衡状态（Un-stable）横稳心M的位置位于船舶重心点G的下方。船舶受倾侧力矩作用离开平衡位置后,重力和浮力构成的力偶矩即复原力矩Mh为负值，该倾覆力矩使船舶继续倾斜。,第四节稳性,3随遇平衡状态横稳心M的位置与船舶重心点G的位置重合。船舶受倾侧力矩作用离开平衡位置后，重力作用线与浮力作用线在同一条垂直线上，重力和浮力不构成力偶矩，复原力矩Mh为零。,第四节稳性,显然，只有处于稳定平衡状态的船舶，才具有一定的抵抗外力矩能力，且当外力矩消失后，在正的复原力矩（回复力矩）作用下，使其自动回到原来的平衡位置。因此，要保证船舶的安全，使船舶具有一定的抵御风浪的能力，必须使船舶处于稳定平衡状态。稳性问题一般分为两部分讨论：初稳性（initialstability）一般指倾斜角度小于1015或上甲板边缘开始入水前（取其小者）的稳性大倾角稳性(stabilityatlargeangles)一般指倾角大于1015或上甲板边缘开始入水后的稳性。,第四节稳性,三、复原力矩（回复力矩）Mh:Mh=9.8GK=9.8GMSinGK-重力作用线与浮力作用线之间的垂直距离GM-稳心在重心以上的高度,称为初横稳性高度,以h表示.-排水量、-船舶横倾角度数复原力矩（回复力矩）：Mh=9.8hSin,第四节稳性,当船舶在一定排水量下发生小角度横倾时，复原力矩Mh的大小与初稳性高度h成正比。初稳性高度h是衡量初稳性大小的基本标志！要使船舶产生正的回复力矩，必须使GM为正值，即重心G点在稳心M点之下,且重心G越低则初稳性h高度越大,船舶稳性越好！若重心G点在稳心M点之上或二者重合，则初稳性高度h为负或为零，即回复力矩为负或为零，亦即船舶将处于不稳定平衡状态或随遇平衡状态，这两种情况均属船舶的稳性极差！,第四节稳性,四、改善船舶稳性的办法主要是降低重心和提高稳心！降低重心:使设备和载重布置在较低的位置,上层建筑不能过于庞大，且宜采用较轻的材料。大型船舶通常设双层底，可供加压载水以降低重心。降低重心是改善船舶稳性的根本措施。提高稳心:稳心M点距基线的高度主要受船宽B/T和水线面系数CW影响，在设计过程中要予以充分注意。与此同时，在保证初稳性时，也要兼顾其它性能（增加船宽和水线面系数虽可改善稳性，但对船舶快速性和摇摆性将带来不利影响！）。,案例：,1628年8月10日，在风光秀丽的斯德哥尔摩海湾停泊着一艘硕大美艳的巨型战舰。舰长60米，最大宽度11.7米，高52米，三桅十帆，置64门大炮，雄威不凡。这是遵照瑞典国王古斯塔夫二世的旨意，以巨资建造的国内当时最大的战舰，拟作为镇海卫国的主力舰，遂以王室姓氏“瓦萨”命名，尊贵风光一时。这天下午，瓦萨扬帆起航。然而，战舰离岸尚不及1海里，一股阵风骤起，竟然吹得舰身左摇右晃，继而舰身倾斜，船舱进水，巨大的战舰开始下沉，伴着雷鸣般的轰响，这艘战舰葬身海底。王朝立即组织临时法庭展开调查，紧张肃杀的氛围顿时布满朝廷内外。可是不久，法官们突然面色紧张、心情恐怖起来，有的托故推诿，有的半途退出，临时法庭未及40天就夭折了。究竟为什么？一片缄默，无人敢言。瓦萨舰沉没的原因从此成为经久难释的谜团。,案例：,1961年4月24日，沉睡了333年之久的古战舰终于重见天日。这“宝贝”一出水，即令考古学家趋之若鹜。一位名叫布根斯塔姆的造船总工程师带领皇家学院的学生开始了揭秘工作。他们做出船体模型进行深入研究，并利用现代造船工程的方法对所有结构计算检验，检验结果令他们异常惊诧。他们发现，由于在建造中舰体不断加高，致使船的重心高出龙骨线6.16米，而船底的压载仅有122吨鹅卵石，只要有4米/秒的3级风，就足以使舰身失衡而倾覆。他们的结论是舰的压载不足是酿成这场悲剧的唯一原因。布根斯塔姆与学生们在皇家档案馆研究了1628年法庭的全部记录，原来，在两年多的建造过程中，舰艇的设计始终处在重大修改之中，国王为了炫耀武功，遂按自己的意志钦定方案，比如，骨架业已安装完毕，却又增加舰长；一层炮台改为两层，等等。且随心所欲地朝令夕改，却无人敢于触犯龙颜，就连经验丰富的主造船师亨里克.哈伯特也备感无奈,只好违心地奉命行事。,案例：,更为可笑的是，瓦萨舰出航前的稳定性检测试验恰如一场稚童游戏：30名船员从船的一端跑到另一端，以此检验船体的摇动情况。即使在这种类似于儿戏的测试中，瓦萨舰亦发生了危险的摇动。对这个致命的预警信号，有人察觉到了，报告了，但是国王却不以为然，仍然决定整装起航。很显然，罪魁非他人，乃是国王本人！历史告诉我们，在古斯塔夫二世统治时期，举国上下狂热的拓疆精神掩盖了国家日益窘困的经济状况。旷日持久的连年征战，使瑞典走向国库空虚、民生凋敝的边缘。值得庆幸的是，这种深痛的历史教训，古斯塔夫二世的国人没有忘却。他们反思了，自鉴了，深刻地汲取了，牢牢地记住了。自1809年以后的两个多世纪中，瑞典未曾卷入过任何战争，在两次世界大战中均保持中立，斯德哥尔摩被誉为“和平之城”。,第五节抗沉性,一、抗沉性的概念船舶破舱并进水后仍能保持一定的浮性和稳性，不致沉没和倾覆的能力。二、对抗沉性的要求1.设定安全限界线国际海上人命安全公约、我国海船抗沉性规范对船舶抗沉性衡准提出了具体的方法和标准。规范规定：民用船舶任何一舱破洞并淹水后船舶下沉的极限是舱壁甲板顶面的边线以下76mm，即船舶破舱淹水后至少要有76mm的剩余干舷。,在船舶侧视图上，设定舱壁甲板线以下76mm处的一条与甲板边线相平行的曲线称为安全限界线，限界线上各点的切线即表示所允许的最高破舱淹水后船舶的吃水水线，称为极限海损水线。2.设定最大许可长度为保证船舶在破舱后的水线不超过限界线，对舱的长度要加以限制，即设定最大许可长度。,第五节抗沉性,表示船舶沿船长方向最大许可长度数值的曲线，称为可浸长度曲线，曲线上的坐标即表示若在该处设舱时两舱壁之间的最大距离。可浸长度曲线：以各进水舱可浸长度的中点距中横剖面的距离X为横坐标，以对应位置的可浸长度l为纵坐标。,第五节抗沉性,规范还对破舱淹水后的初稳性作了具体要求！如一舱不沉制、两舱不沉制等。海上客船至少要满足一舱不沉制要求！三、改善抗沉性最有效的措施：增加船舶的储备浮力！按规范要求合理分舱，即合理确定各水密舱壁的位置；增加干舷。增大型深或在多层甲板船上将水密舱壁通到更高一层甲板以增加水线以上水密空间的容积；减小吃水。当型深不变时，与增加干舷有类似效果；加大舷弧及使横剖面上端外倾，使水下体积瘦削，也可认为是相对增加了储备浮力。15/3,第六节快速性,一、船舶快速性的概念船舶在一定排水量和航速要求下，消耗尽量小功率的能力。或者说，船舶在一定排水量和主机功率要求下，获得尽量高航速的能力。船舶快速性包含两方面的问题：船舶阻力船舶推进二、关于快速性的几个基本概念1、傅汝德数（Froude）表征船舶运动特性的无因次参数！Vs-航速，m/s；L-船长，m；g-重力加速度，m/s2。,第六节快速性,2、有效功率PEPE-船舶在单位时间内以速度VS航行时所消耗的功率,马力；R-船舶以速度VS航行时的阻力，kg；VS-船舶的航速，m/s。,第六节快速性,3、推进系数p.c船舶有效功率与主机功率之比，反映主机输出的功率转换为螺旋桨推船前进的功率过程中所消耗的能量。PE船舶有效功率PB船舶主机功率,三、阻力的成因与成分,裸船体阻力静水阻力水阻力附体阻力船舶阻力船舶阻力汹涛阻力附加阻力空气阻力,第六节快速性,1、阻力的成因（裸船体阻力的成因）？船体在静水中运动时主要有以下三种流动现象：船体在运动过程中兴起波浪，简称兴波。兴波包括产生稳定的船行波和不稳定的破波。由于船行波的产生，改变了船体表面的压力分布情况。船首的波峰使首部压力增加，而船尾的波谷使尾部压力降低，于是产生对船体首尾的动压力差，对船体湿表面积进行积分即形成兴波阻力。能从能量观点看，无论是船行波还是破波都具有一定的能量，这些能量必然由船体供给。这种由于船体运动不断兴波而耗散能量所产生的阻力称为兴波阻力，一般用Rw表示。,第六节快速性,当船体运动时，由于水的粘性，在船体周围形成“边界层”，从而使船体运动过程中受到粘性切应力作用，亦即船体表面产生了摩擦力,它在运动方向的合力便是船体摩擦阻力，用Rf表示。,第六节快速性,在船体曲度骤变处，特别是较丰满船的尾部常会产生旋涡。旋涡产生的根本原因也是由于水具有粘性。旋涡处的水压力下降，从而改变了沿船体表面的压力分布情况。这种由粘性引起船体前后压力不平衡而产生的阻力称为粘压阻力（漩涡阻力），用Rpv表示。从能量观点来看，克服粘压阻力所作的功耗散为旋涡的能量。应该指出，由于实际流体的粘性作用，即使船体绕流在不产生分离的情况下，因为边界层在尾部的排挤厚度大，从而使船体前后部分存在压力差，因此同样存在粘压阻力。,第六节快速性,水面下的裸船体阻力Rt由兴波阻力Rw、摩擦阻力Rf和粘压阻力Rpv组成，即：Rt=Rw+Rf+Rpv船体总阻力R总一般表达为：R总=Rw+Rf+Rpv+Ra+RappRt-裸船体阻力、R总-船体总阻力、Rw-兴波阻力、Rf-摩擦阻力、Rpv-粘压阻力Ra-空气阻力、Rapp-附体阻力,第六节快速性,3、关于船舶阻力的基本知识：各种阻力成分与航速的函数关系大约为：RfV1.825，RpvV2，RwV46。各种阻力所占总阻力的百分比，随傅汝徳数不同而变化。船舶阻力与船型密切相关！,第六节快速性,四、如何减小船舶阻力？针对不同船型、不同航速、不同阻力成分，采取相应的措施进行改进！对于低速船主要以减少摩擦阻力Rf、粘压阻力Rpv为目标，对于高速船则以减少兴波阻力Rw为主要目标！Rf？Rpv？Rw？Ra？Rapp？Rf？主要是减少船体湿表面积、船体表面粗糙度！Rpv？主要是使船体线型瘦削、减少水流分离！,Rw？优化线型、避免或减小不利干扰、采用节能附体！优良船型（经理论与模型试验优化）球鼻艏是一种重要的减阻节能措施！,球鼻艏,五、船舶推进,1、推进器的种类独木舟风帆,明轮,平旋推进器（直翼推进器）,各种形式螺旋桨,螺旋桨,Z形推进器（360回转式螺旋推进器）,全回转推进器-导管螺旋桨,可调螺距螺旋桨,可调螺距螺旋桨（用于侧推器）,吊舱式推进器（一般用于电力推进）,对转螺旋桨（串列螺旋桨形式相同，区别在于旋向）,喷水推进器,美国EFV远征战车，在水上变成大型水上冲浪板，依靠两台喷水推进器，最大速度可以达到46.6千米/小时，最大公路速度达72.4千米/小时。,第六节快速性,螺旋桨是最主要的推进器！（螺旋桨的工作原理）螺旋桨的分类：常规图谱螺旋桨理论设计螺旋桨（如何提高推进系数？）主要常规图谱螺旋桨系列：楚思德B系列、AU(MAU)系列、高恩系列、巴甫米尔系列、螺旋桨的主要参数：系列名称、叶数Z、盘面比A/A0、螺距比P/D、毂径比d/D、直径D、桨数Zp。如B4-55,第六节快速性,螺旋桨工作原理螺旋桨的速度三角形和力三角形应用运动的相对性原理，取螺旋桨的叶元体进行分析：轴向相对速度VA周向相对速度2rn合速度VR螺距角进角几何攻角k叶元体的升力dL（相对于来流方向）桨叶的轴向推力dT叶元体的阻力dD（相对于来流方向）桨叶的旋转阻力dF叶元体的合力dR（相对于螺旋桨轴向）,第六节快速性,螺旋桨的性征曲线,推力系数,转矩系数,进速系数,功率系数,J,第六节快速性,对于整个螺旋桨：推力T:旋转阻力矩Q:效率0：Z-螺旋桨的叶数r0-桨毂半径R-螺旋桨半径,第六节快速性,最佳直径螺旋桨概念对于特定船舶，当主机功率、转速选定时，存在一个最佳直径的螺旋桨（在允许直径条件下），其螺旋桨效率最高。PD-螺旋桨敞水收到功率，kw；N-螺旋桨转速，r/min；Dopt-螺旋桨的最佳直径。系数K、a、b、c由表3-4查得。,第六节快速性,最佳转速螺旋桨概念对于特定船舶，当要求设计航速一定时，存在一个最佳转速的螺旋桨，其螺旋桨效率最高。Nopt-螺旋桨的最佳转速，r/min。PD-螺旋桨收到功率，kw；C-估算螺旋桨最佳转速的比例常数，依螺旋桨形式查表选用。D-螺旋桨直径，m；,第七节耐波性,耐波性即船舶在波浪上克服摇摆等运动的性能。船舶摇摆、升沉运动越缓和，摆幅越小，船舶的耐波性越好。横摇的程度以船舶的横摇周期表示！横摇周期：船舶完成一个全摇摆过程所需的时间。横摇周期越大，则横摇越缓和！通常，沿海船舶的横摇周期应在9s以上。横摇与初稳性是矛盾的！初稳性好的船，其横摇周期则短。为保证横摇的缓和，海船的初稳性高度不能过分大，应小yu个数值！,第七节耐波性,为改善船舶的横摇性能，通常在船上装设减摇装置：舭龙骨安装于船体舭部的板条，长度约为船长的25%75%，宽度约为船宽的3%5%，作用在于增大横摇阻尼，减小横摇，是海船应用最广泛的减摇装置。舭龙骨要尽量沿舭部水流方向安装！,舭龙骨,（2）减摇鳍（侧舵）,减摇鳍,通过控制机构调整减摇鳍机翼对水流的角度，以产生与摇摆方向相反的力矩，达到减摇的目的。,（3）减摇水舱,减摇水舱是在船体内部设有左右连通的水舱，当船舶发生横摇时，该水舱里的水随之从一舷移到另一舷来回震荡运动，通过连通管道截面尺寸的设计（被动式）或配以调节装置调节控制（主动式）两侧的水位差，使左右水舱中水的重量差产生与摇摆方向相反的力矩达到减摇的目的。,（4）陀螺减摇装置,陀螺减摇装置是安装在牢固定于船体上可以绕轴转动的框架上的庞大的陀螺回转仪。陀螺仅有两个自由度(飞轮的绕垂直旋转及框架在纵中剖面内的转动),而第三个自由度(框架在横剖面内的转动)则受船体的限制！船体约束了陀螺仪的外框，因而当传播横摇时，陀螺仪作用于外框使其回复到原旋转位置的反力矩就作用到了船体上，产生了减摇的作用。,陀螺减摇装置之原理陀螺仪22/3,减摇装置的性能比较,第八节操纵性,船舶操纵性的概念：船舶按驾驶人员的意图保持或改变航速和航向的性能。船舶操纵性：航向稳定性、回转性、转