哈工程《船舶工程专业英语》翻译(全)

注 红字部分表示翻译可能有问题 有些地方翻译有不 足之处 请谢谢大家指出 第一章船舶设计 第一课 介绍 翻译人员 1 1 定义 基本设计 是专业术语 它决定船舶主要性能 影响船舶造价和功能 因 此 基本设计包括选择船型尺寸 船体形状 动力设备 数量和类型 初步布 置船体机械设备和主要结构 合适的选择方案能保证达到目标要求 比如良好的 耐波性和操纵性 预期航速 续航力 货舱舱容和总载重量 而且 包括校核使 之达到货物装卸能力要求 舱室要求 各项宾馆服务标准 分舱要求 干舷和吨 位丈量标准 所有这些都是盈利运输船舶 工业或服务系统用船 所必须考虑的 部分因素 基本设计包括概念设计和初步设计 它决定了船舶主要性能 为价格初步估 计做了准备 在整个设计过程中 基本设计完成后 就要进行合同设计和详细设 计 正如合同设计这名暗示的那样 它为船厂投标和承接合同订单数准备合适的 合同计划和规范 完整的合同计划和规范内容很清晰且足够详细 以避免发生代 价高昂的偶发性事件 保护投标方免受模糊不清的描述要求的影响 详细设计是 进一步完善合同方案 它是船厂的责任 合同方案需要为实际船舶建造准备施工 图 为了能够进行基本设计 每个人都必须了解整个设计流程 这中的四个步骤 用 Ecans 的 1959 年的设计螺旋循环方式图说明了 设计螺旋循环方式是一种含 盖从目标需求到详细设计的迭代过程 如图 1 1 下面将进一步详述这些步骤 a 概念设计 概念设计是最开始的工作 是讲目标需求转换成造船工程参数 一般来说 它包含技术可行性研究 来决定目标船舶的基本参数 例如船厂 船 宽 船深 吃水 丰满度 动力能源设备 或一些代用特性 所有这些都是为了 满足达到设计航速 航区 货舱舱容和总载重量的要求 它包括空船重量的初步 估计 一般通过特性曲线 公式 或经验确定 在该阶段 备选设计一般由参数 研究法来分析 以确定最经济的设计方案或任何其他必须考虑的决定性因素 所 选择的概念设计用作今后获得建造费用的讨论文件 建造费用决定是否进展下一 阶段工作 初步设计 b 初步设计 船舶初步设计进一步完善了影响船舶造价和性能的主要参数 这一阶段工作结束时 那些已确定的控制要素没有发生预期变化 例如船长 船 宽 额定功率 和总载重量 该阶段的完成为目标船舶提供了精确的界定 这将 满足目标需求 这为合同计划和规范的进一步展开提供了根据 c 合同设计 合同设计阶段产生了一套图纸和规范 这是船厂合同文件的一 个不可或缺的部分 它包围着设计螺旋循环方式的一个或多个回路 进一步完善 了初步设计 这一阶段更加精确地描述了船舶的一些特征 例如 基于一组光滑 型线绘制而成的船型 基于模型测试得到的动力 操纵性和耐波性参数 FF0C 螺 旋桨数对船型的影响 结构构造 不同型号钢的使用 结构间距和类型 考虑到 船里面各种大型设备结构的位置和重量不同 合同设计特点中至关重要的就是估 计船舶重量和重心 这一阶段也确定了最终总布置 这就固定了总体积和货物区 机械设备区 贮存区 燃油舱 淡水舱 居住和功用空间 及它们之间相互关联 区 也包括与他们有关联的其它部分 比如货物装卸装备 机械零部件 相关规范描述了船体及舾装质量标准 没想机械设备的预期性能 也描述了 测试和试验 测试和试验应该顺利进行 以便该船能被完整交付 表 1 1 展示了大型船舶合同设计中制定出的一系列典型的计划 小型简单船 可能不需要精确定义中所列出的所有计划 但是那个目录的确表明了合同设计中 应考虑的细节层次 d 详细设计 船舶设计的最终阶段是生产详细的施工图 这些图纸为船舶装 配工 焊接工 舾装工 金属工 机械卖主 管装工等提供安装建造说明 正因 如此 就没有将它们当做基本设计过程的一部分了 这一设计阶段考虑了一个特 别的要素 那就是至今为止设计的每一个阶段都是从一个工程组传至另一个工程 组 这一阶段 交替工作指的是从工程师到技术工人 也就是说 此时工程师的 产物不再被其他工程师解释 调整 修改 这个工程产物毫无保留解释最终预期 结果 并且能够被进行生产操作 简言之 本章将基本设计视为全船设计流程的一部分 该流程从概念设计开 始 进行初步设计直到得到合理保证 即能足够可靠地确定主要特征参数以便能 够让合同图纸和规范有序的进行 这个过程将为获得在预先裁定的价格范围内的 船厂报价形成基础 该价格范围将影响高效船的必要性能参数 1 2 一般方面 十九世纪六十年代末至七十年代见证了很大的发展 总的来看影响了基本设 计问题 其中最明显的就是计算机的问世 计算机影响着基本设计的运作 其他 变化影响了构成基本设计的问题 例如 其中一个革命性的变化就是定期班轮航 运业中散装货物向集装箱化货物转变 其他类型船舶也考虑发生类似新变化 对 于油轮 大小急速增加 工业化国家对石油和其他原材料的需求急剧增加 这就 需要更大的油轮和散货船以可接受的消耗来满足经济发展的需求 人类正逐渐转向海洋来寻求所有的主要能源 近海石油天然气钻探已从主要 坐落于墨西哥湾的浅海区的小型工业迅速发展到世界范围内严峻的深海海况下 的巨型工业 Durfee er al 1976 这些变化已经引起了近海钻架 钻井船 钻井 设备的革新 以及承担这项挑战性事业的整个配套船队的改良 这包括交通船 近海补给船 高动力拖船 铺管驳船 船 等其他专业工艺 以后的变化不可预 知 然而其他的矿石将从海洋中勘探出来 因而需要为未知任务设计的新的船队 这是值得肯定的 因此 基本船舶设计的难度就背离程度而言偏离了以前的做法 一些船舶运 营公司紧系于过去成功的设计 不允许船舶替换发展中任何偏离这些基线的情况 发生 如果预期的效果与现存的运作效果相同 那么可能就是一个好方法 结果 在这样的情况下 基本设计可能就局限于检查船舶尺度 动力和布置的细小变更 例如 另一种特殊的全新远洋任务 液化天然气 LNG 远洋运输 当它首 次被提出时 使得设计师开始时无从着手 并通过反复辛苦的修改和完善得出的 粗略猜想结合合理的工程设计来继续 表 1 1 合同设计中制作的典型计划 侧视图 总布置 纵剖面图 总布置 全部甲板和舱室的总布置 船员居住舱布置 补给舱布置 型线 舯横剖面 钢材尺寸图 机械装置布置 平面图 机械装置布置 侧视图 机械装置布置 横剖面图 主轴系的布置 动力照明系统 直线设计图 甲板剖面消防设计图 通风与空调敷设设计图 所有管系布置简图 热平衡和汽流设计图 常规动力正常运行状态下 电力载荷分析 舱容图 各船型曲线 可浸长度曲线 初倾和稳定性手册 破损稳定性初步计算 课外阅读 课外阅读 1 总则 反过来用现实角度进行总的比较和编目分类是必要的 根据支承力和使命的 共同标准来划分类型是非常好的做法 但是最终应该回答长期内相对重要的问题 这些分类的每一种类中有多少船能够达到经济支援和环境容量的要求 有 多少船能够完全进行过试验 他们的未来怎样 在这些问题适用于解决船舶设 计师遇到的难题地方 下面章节中已经做出努力 来为精确计算提供背景 当这本书中的技术介绍完全被理解后 就能更加详细地讨论这些比较因子 但是 必须强调 本书中的大部分内容将是讨论排水型船的物理性质 这仅是由 于几乎世界海洋中所有的船都是或将是这种类型船 他们为世界贸易运输原材料 将一个国家的军事力量运载至全球大部分地区 如果没有它们 那么这个工业化 文明世界将迅速崩溃 近年来船舶外部形态特点已经进行了显著地发展 倾斜流线型烟囱及横向成 对的瘦小柴油机烟囱已经取代了老式烟囱 上层建筑变得整洁易脆 油轮和散货 船体积变得巨大 快速货船和海军舰艇的型线和耀斑已得到优化 水线以下 完 善的水动力知识引起球鼻艏延伸 改善了舵外形 现代技术极大地改善了船体内 部 包括由先进的金属和材料引起的强度和性能方面肉眼看不出来的变化 课外阅读 2 系统方法 然而 新船结构方面最大的变化不是非常明显 这是因为设计师 策划人 操作员认识到 船是一个非常复杂 完整的综合系统 不使用系统工程方法使得船舶设计建造变的越来越困难 本世纪技术快速革 新 工程专业的专门化越来越严重 这就使得需要寻找方法来处理由大量专业化 部件组成的复杂集合体问题 如果能够使得性能最佳化 那么就必须井井有条的 地设计像三叉戟核潜艇及核动力航母那样的复杂集合体 这种整体的方法被称为 系统工程 当今所有海军舰艇和大部分商船的设计都是用系统工程 船舶设计专业的学 生应该在早期的工程教育中熟悉它 我们可以将这种方法定义为一个实现重要目 标 分配资源 和组织信息的过程 这样能够通过计划来准确协调 确定问题的 每一个重要方面 系统工程为 需要什么 和 技术上能干什么 搭接了桥梁 船舶系统 不管是大型海洋运输船 战斗舰艇还是小船 系统工程都为一 体化的子系统提供了能够实现船舶基本使命的功能单元 这就意味着船舶控制必 须通过内外传输系统来运行 机械和控制装置受控制系统控制 回应信号将显示 在中心控制站的仪表上 战斗舰艇的武器系统的运行必须依次同时执行 并回应 所有安全防护系统 系统工程包括所有的自动控制系统 也包括大量维持日常生 活和应对突发情况功能的工程和电力子系统 上世纪更成功的力学推进中 船舶 已经发生了初步变化 船舶不在仅仅是一个大型漂浮容器 而且还有相对独立动 力站 独立货舱舱容和居住舱室 能和主机舱建立简略力学和声学信号联系的独 立驾驶室 总之 一百年前的船也是一个系统 但是它的设计缺少现代成功船舶 的那种系统化整体的方法 第二课 船舶分类 翻译人员 2 1 介绍 一艘船能采用的外形是不可胜数的 一艘船可以看做是将乘客一直运送到外 国目的地的优美的远航宾馆 竖立有导弹发射架的水面堡垒及甲板上铺盖有复杂 管系的加长罐装原油运输轮 所有这些外部特点的描述都不能说明船舶系统是一 个总的集合体 船员和货物的安全性功能 自给自足 适航 足够稳定 这是 一个造船工程师设计船舶使必须记住的 能为以后讨论提供根据的观念 不仅涉 及本章也贯穿全书 将船舶分成一些特定的种类来讨论造船工程是有好处的 本文的目的就是根 据船舶物理支撑方式和设计目的来将它们分类 2 2 根据物理支撑方式来分类 船舶按物理支撑的分类方式假设 船舶是在设计工况的条件下航行 船舶预 定在海面上 海面中或海面以下航行 因此使用空气与水的接触面作为基准面 由于上面提到的三个区域中物理环境的本质相差很大 所以那些区域中的船的物 理特性也不同 空气静力支撑 有两种靠自身诱导的气垫浮于海面上的船 这些重量相对轻的船能够高速航 行 这是因为空气阻力比水阻力小得多 而且船舶高速航行时 弹性密封圈没有 与小波浪接触 因而降低了了波浪冲击的影响 这种船依靠升力风扇在船体水下 部分产生了低压气垫 这种空气气垫必须足够支撑水面上方船的重量 第一种船有完全围绕在气垫周围并且能够使船完全漂浮在水面以上的弹性 围裙 它被称为气垫船 ACV 某种有限的程度上适用于两栖 另一种气垫船带有刚性侧壁 且有延伸到水下能够减小空气流量的瘦船体 该气流用来维持气垫压力 这种类型船称为束缚气泡减阻船 CAB 相对于 ACV 来说 它需要较低的升力风扇动力 航向稳定性更好 并且能使用喷水推进器和 超空泡螺旋桨 但是 它不是两栖用途的 也还没有 ACVs 那么广的适用范围 适用范围包括游客渡轮 横越海峡车客渡轮 极地考察船 登陆舰及内河舰艇 水动力支撑 也有两种类型船 它们依赖通过船的相对高速前进运动来产生动力支持 这 种船型的水上和水下部分的形状都经过特殊设计 一个物理定理这样陈述 任何 运动的物体都能造成不均匀的流态 产生一个垂直于运动方向的升力 正如装有 空气翼的飞机在空气中移动时气翼上能产生一个升力一样 位于水面以下且其上 固定有穿透水面的柱体的水翼 能够动态支撑水面以上的船体 滑行船体的特征是底部相对较平 横剖面呈浅 V 形 尤其是船的前半部分 这种形状特点能够使船产生偏近满动力支持 适用于使小排水量船和高速小艇 一般说来 滑行船体的尺寸和排水量有限制 这是因为需要满足动力和重量的比 率要求 以及在波浪中高速航行时的结构应力要求 虽然有一些 深 V 型剖面 船能够在恶劣的海况中航行 但大多数滑行船体也都限制在相当平静的水面上航 行 静水力支撑 最后 最古老最可靠的船型支撑方式 静水力支撑 所有的船 艇及 20 世 纪的早期船只 都依赖这种容易获得的浮力来支撑航行的 我们能用基本的物理定律来解释静水力支撑 一般认为是漂浮状态 这种 定律是早期的哲学数学家阿基米德在公元前 2 世纪定义的 即浸在液体中的物体 由于受到一个与它所排开水的重量大小相等的力而漂浮 或作用 这个定理适 用于所有漂浮 或浸没 在水中的船 无论是在海水中还是在淡水中 从这种描 述中 可以获得船舶分类中的名字 通常称为排水型船 虽然这种船型很常见 但是它的子范畴的分类应进行特殊讨论 例如 一些 速度很快的船应该带有运载少量货物的能力 或有着比滑行船体更能在恶劣海况 中稳定地航行的能力 能够改变高速滑行船的性能参数来制造半排水型船和半滑 行船 这些折中船的速度当然没有全滑行船那么快但是比传统排水型船快得多 但是相对于后者来说 这些折中船需要更多动力但重量较轻 这种船型明显是 折 中 的产物 上述引用的完全是按物理定义分类中的例子 这不是一个好的纯粹排水型船 演变的例子 后者通常被当做是排水型船 而且一般说来它的变化依赖浮力体积 的分布 水面以下船体吃水和型宽的大小 这种最常见的排水型船通常划分为通用运输船 即海船 它可以用作客船 轻型货物运输船 拖网渔船 也可以完成上百种与容量 航速 下潜及其它特殊 性能无关的任务 这是最常见最容易认出的船型 它的排水量中等 航速适中 长度中上等 容量中等 通常收录了最大航程和航区 它是 四季通用船 这 可能是所有其他排水型船分类所参照的标准 与这种标准船最相像的船是散装油船 油轮及超级油轮 它们既在世界贸易 中占重大地位 也支撑着这个工业化世界 这些专业名词很简单但不详细 而且 这种讨论中的分类方式不太合适 因为几年前我们所说的超级油轮 今天看来不 再能称作是超级了 工业化世界已经为它们取了更加复杂的名字 依据 100000 载重吨油舱容量指标 油船按大小分类为 LCC 大型原油船 VLCC 巨型原油 船 及 ULCC 超级原油船 重量处于 100000 载重吨至 200000 载重吨之间的 油船称为 LCC 200000 载重吨至 400000 载重吨之间的油船称为 VLCC 大于 400000 载重吨的油船称为 ULCC 现在看来 油船这些分类的必要性变得明显了 这是 因为 1956 年以前没有油船大于 50000 载重吨 但到 60 年代前期所有的油船都大 于 100000 载重吨 1968 年 世界上诞生了第一艘超过 300000 载重吨的油船 由于它们这种散装和巨大容量 它们的甲板有四个首尾相接的足球场那么大 特 性 因此设计建造这些船是用来赚钱的 它们的长度 宽度 深度的尺度都非常 大 每次航行都是以最小的代价来运输长千上万吨原油 这些超级油轮几乎都使 用一个桨轴或一个舵 它们的舰桥距船艉差不多有 250 米 它们的服务航速很低 以致从阿拉伯港口去欧洲这一趟航行通常需花费 2 个月时间 这种船属于有很大的浮力支撑面的排水型船范畴 该船满载时船体水下部分 的体积非常大 同时 货物的重量远远重于船本身 一艘满载的 VLCC 吃水通常 达 50 或 60 英尺 ULCC 可能达 80 英尺 这些船在专有排水型船中称为身形重型 排水船 也存在另一种吃水深度很大的排水型船 但是 它与上述讨论的原油轮有很 大的不同 这种船称为 SWATH 小水线面双体船 简单说 这种船不常见 能 在不太恶劣海况中相对高速平稳地航行 它的发展前景很迷茫 但是将大部分替 代物恰如其分地安置在表面以下 通过细长的水线鳍或嵌入式棱体扩大对水上平 台或甲板的支撑面 这种理论很理想 双体船通过顶部平台连接起来 能保证必 要的运行稳定性 潜水艇是一种完全没入水中航行的船 是排水级船最典型的应用例子 后面 的章节将在静力和动力方面谈到潜水艇的构造及多样的作战深度 仅在这里特别 强调 潜水船是明确应用了阿基米德原理及该原理涵盖的所有定理 多体船 有另一种上面没有提到但常用的船型 基本因为它不属于上述描述的任何船 型但又普遍存在于任何船型中 这种船就是所谓的多体船 双体船和三体船 这些尺寸更大的船是最常见的排水型船 比如上述提到的 SWATH 或更习惯点 海洋工程船需要稳定的平台和保险的环境来投放设备 也有 CAB 双体船和高速滑 行三体船 其中前者前面已经提到过了 其实 多体船源自于基本船型的改进 有特殊用途 即需要很好的横向稳定性和 或足够的内部工作空间 图 2 1 是船体横剖面图 无比例尺 这图刚描述过 且可以通过物理支撑 方式将它们联系起来 它们按航速从高到低分类 但多体船例外 它们可能不是 按航速而是按用途分类 2 3 其他标准 有其他能够满足各式各样的船舶设计配置的标准 这是由于要权衡造价 任 务 航速 续航力 有效载荷 货物和武备容量 运营环境 稳定性 生存力 和港口要求 可靠性 外表 舒适度和可居性 及政治因素 船舶的用途决定 了哪些因素相对更加重要 这些因素是由买这些船的商业公司 政府及私人所决 定 依据用途来有效地划分船舶 包括以下分类范畴 商船和营利性船 军船及 游艇 商船和营利性船 商船一般是用来盈利的 前面讨论法的货船的设计必须考虑最小 或竞争性 必要运费率 这涉及到船舶预期的生命周期成本 这些成本包括买价 运营 和保养成本 及船舶出售时的残值 现金流 用来分析物主投资的预期回报率 所有新设计的盈利性船一定会与同类船舶在经济上进行竞争 这些船包括货 船 客船 渔船 近海供应船及拖船 并且世界上很多船厂都能建造 政府补助 能够保护本国的船舶建造业免受国外竞争的冲击 因此即使实际船舶造价很高 买主都能以较低价格买到该船 因此 政治因素在商船设计建造经济中起很大作 用 外观 舒适度及可靠性是豪华游轮吸引游客的必要因素 而有效载荷 续航 力及在恶劣海况中的生存力是渔船设计中必须重视的因素 与近海供应船密切相 关的就是航速 它主要承担钻进队的运输工作或应急服务 但是如果运输的主要 是像钻管和钻探泥浆这样的货物时 可能就需要较低的航速 运营环境包括海上 的风浪因素及岸上港口和海港承载能力 因次 有些特定的区域内不能航行吃水 深度大的船 滚装船上必备像卸货斜坡这样的特殊用途的货物装卸装置用来快速 卸货 这在世界上的主要港口和发展中国家的港口都适用 发展中国家的港口还 有一些货物装卸限制 军船及海岸警卫船 军船一般划分为战斗舰艇和辅助船 其中有的特殊用途船都不属于这两种范 畴 对于大型战斗舰艇 比如航空母舰 导弹驱逐舰 巡洋舰及核潜艇 先前提 到的所有因素都同等重要 这就导致了这样的船造价巨大 它们的军事用途十分 重要 而有效实施这些任务就得依靠航速 续航力 可能通过海上补给舰补给 武备载荷 及操纵性和生存力 战斗状态时的可靠性 军事外观 服役人员可居 性 及谁能成为舰艇第一承包商和武备系统分包商的政治因素 所有这些因素都 应该考虑 这就使得舰艇的建造和运营代价非常昂贵 军用辅助船的外观与商船很像 但是它们的任务可能涉及到跟随战斗舰艇航 行 这就是的辅助船需要与战斗舰艇相匹配的航速 续航力 有效载荷及在恶劣 海况中的重征服役的能力 因此 能够想象这样的辅助船的价格比商船贵得多 海洋调查船 海岸警备快艇 及破冰船 所有这些船都有自己用途 其中续 航力 可靠性 在恶劣海况中的适航性及可居性都起着重要作用 由于较小的船 舶存在有限体积的燃油容量 所以必须权衡航速与续航力 因此 常使用两种发 电机来最优化航速和续航力 前面部分中讨论的豪华游轮就是牺牲有效载荷和续 航力来追求航速的 游乐用船 游乐用船 无论是电力驱动还是帆力驱动 尺寸和形状相差很大 用以满足 个人的需求和口味 经济权衡是指潜在客户的支付力及觉得客户有支付能力 外 观 航速 舒适度和可居性 及稳定性 是船舶设计师主要考虑的因素 用来满 足船舶供度假用的功能 第三课 主尺度 翻译人员 3 1 主尺度 在系统的学习船舶工程不同的技术分支之前 应该定义一些术语以便于后面 章节使用 这很重要 本章旨在于解释这些术语 并且让读者熟悉它们 首先 考虑用来测量船舶尺寸的尺度 它们即是 主尺度 像任何其他固体一样 船 舶需要三个尺度来定义其尺寸 它们是长度 宽度和高度 我们将依次来讨论它 们 船长 有多种定义船舶长度的方法 但是首先应该考虑艏艉两柱间长 两柱间长指 的是平行于基底夏季载重水线 从艉柱到艏柱间的距离 艉柱指的就是船舶舵柱 的后侧 而艏柱是通过船艏与夏季载重水线的交点的竖直线 如果船上没有舵柱 那么艉柱就取通过舵销中心线的直线 图 3 1 中展示了两柱和两柱间长 两柱间长 L B P 是用于后面的计算之用的 然而从图 3 1 中可以看出两 柱间长不是船舶的最大长度 明白船舶的最大长度是必要的 很多地方都能用到 最大船长 比如船舶入坞 这个长度称为 总长 是以从船艉端点到船艏端点 间的距离来定义的 这也能够从图 3 1 中看出 大多数船的总长都比两柱间长超 出很多 超出的长度包括船艉悬挂物和前倾型船艏悬挂物 现代大型球鼻艏船舶 的总长 L O A 应该以球鼻为端点测量 第三种长度是水线长 L W L 常用于计算船舶阻力 水线长指的就是在 船舶所漂浮的水线上从船艏与水线的交点到船艉与水线的交点间的距离 一艘特 定的船上的水线长不是一个固定值 它是取决于船舶所漂浮的水线的位置及船舶 的纵倾程度 水线长也在图 3 1 中显示了 型宽 两柱间长的中点称为 船舯 且船舶在该处的宽度是最大的 我们所说的宽 度就是在船舯位置测得的 该宽度一般称为 型宽 我们谨定义它为船舶最宽 处一侧船壳板的内侧到另一侧船壳板内侧的距离 就像两柱间长那种情况一样 型宽不是船舶最大宽度 以至于有必要定义船 舶的最大宽度为计算宽度 如图 3 2 对于很多船 计算宽度等于型宽交上船 舶两侧船体外板的厚度 在铆接船的年代中 由于船舶外板列板相重叠 所以计 算宽度就等于型宽加上四倍的船壳板厚度 然而现代焊接船仅加上两倍船壳板厚 度 有些船的计算宽度可能比上述所说的还大 这是因为它指的就是船舶一舷侧 突出物极限点至相对称的另一舷侧突出物极限点间的距离 这种距离可能包括甲 板突出物宽度 我们能从客船中发现这种特性 这是为了扩大甲板面积 我们将 这些突出物称为护舷材 护舷材只用在某些船上 例如海峡渡轮 它们依靠自身 的动力来进出港口 并且停靠港口时护舷能够保护船体舷侧免受损害 型深 第三个主尺度是深度 它沿船长方向会发生变化但通常以船舯处的值为标准 这种深度称为 型深 指的就是船舯舷侧甲板板下部至基线间的距离 如图 3 2 a 有时引用为 顶部甲板型深 或 次甲板型深 等等 如果没有指出是哪 处的甲板 那么深度就以连续甲板的最高处为基准 一些现代船舶有修圆的舷边 如图 3 2 b 所示 这种情况下 型深就取自甲板线与型宽线的交点 3 2 其他特征参数 这三个主尺度能够总体的描述船舶的尺寸 然而 也得考虑其他的几个特征 参数且同样长 宽 高的两艘船的这些特征参数可能是不同的 现在来定义这些 重要的特征参数 舷弧 舷弧是甲板边板离平行于基线且垂直于船舯甲板线的直线的突出高度 舷弧 沿船长方向会发生变化 而且首尾端最明显 现代船舶甲板边线的形状多种多样 一方面 船舯两侧的某些长度方向可能是平的 没有舷弧 但接着以向上的斜直 线的形式向首尾两端延伸 另一方面 甲板上面可能完全没有舷弧 整个船长方 向上甲板都平行于基底 老式船舶纵剖面上的甲板边线呈抛物线状 舷弧取自首 尾两柱方向上的值 如图 3 1 所示 所谓的舷弧 标准值 用公式给出 首舷弧 in 0 2L ft 20 尾舷弧 in 0 1L ft 10 这些公式用英制单位表示为 首舷弧 cm 1 666Lm 50 8 尾舷弧 cm 0 833Lm 25 4 通过上面的标准公式可以看出 首舷弧值是尾舷弧值的两倍 然而 这些标 准值也会发生相当大的变化 这种情况时常发生 有时首舷弧会变大而尾舷弧会 减小 顶部甲板的最低点离船舯尾部偶尔有一段距离 有时抛物线状的纵剖线会 发生分离 舷弧值 尤其是首舷弧 增加了甲板离水面的高度 称为 平台高度 这有助于防止船舶在汹涌的海况中航行时甲板上浪 某些现代船舶废除舷弧的原 因是它们的型深如此之大 以至于首部额外的甲板高度就耐波性观点而言是不必 要的 舷弧的取消也使得船舶的建造容易得多 但是就另一方面而言结果是船的外 表变得难看了 梁拱 梁拱或说是圆形梁是这样定义的 船舶甲板从舷侧向船中逐渐上升 如图 3 2 a 所示 梁拱曲线以前通常呈抛物线形 但是现在常常使用直线型梁拱曲 线 有时甚至完全没有甲板梁拱 从排水观点来看 露天甲板上的梁拱是有用的 但是由于船舶从不稳定航行或停泊时甲板不上浪 所以梁拱就显得不那么重要了 通常情况下 若船舶露天甲板有梁拱 那么特别是客船的底部甲板就完全没有梁 拱 能获得适合居住的水平甲板 这是一个优势 梁拱是用船舶型宽值来表示的 标准梁拱值取型宽值的五十分之一 由于甲 板宽度变得更小了 所以越靠近船舶两端甲板梁拱变得越小 舭半径 图 3 3 a 展示了船舶船舯区域的轮廓 许多丰满型货船中 该区域看上 去是一个圆形底角的矩形 该区域的底角部分称为 舭 而且该处通常呈圆形 圆形舭部的半径称为 舭半径 一些设计师更倾向于将舭部做成弧形而不是圆 形 越靠进与该弧形相连接的平直部分 这种弧形的曲率半径将越大 底升 船舯底部通常是平的 但不必是水平的 若平底线连续线外延伸 那么它将 与型宽线相交 如图 3 2 a 所示 交点离基底的高度称为 底升 各种船型的底升程度是相互独立的 像货船这样的船型 底升可能只有几厘 米 也许完全被取消 尖瘦船型的底升和舭半径更大 平板龙骨 以前的铆接船的基本特征是所谓的 平板龙骨 或 平底 当然 没有底 升的地方 底部从中心线至舭曲线开始的点的地方是平直的 若存在底升 那么 底线与极限相交的地方离中线有一段距离 因此中线两侧有一小段底部是水平的 如图 3 3 a 所示 这称为 平底 而且其值由一个事实决定 这个事实是 能够在平板龙骨和垂直中心梁之间做一个适当的角连接 而且不必弄弯连接角闩 就能做成该角连接 内倾 船舯区域的另一个特征以前某一阶段非常普遍但是现在几乎完全消失了 即 内倾 内倾指的就是船舶舷侧沿型宽线向里的缩减量 如图 3 3 b 所示 内倾现象是海船的一个常见的特征 并且出现在二战之前的钢制商船中 由于取 消内倾能够便于船舶建造而且内倾用处令人怀疑 所以现代船舶几乎没有内倾现 象 艏倾 对于由船艏钢或板材制成的平直船艏的船舶 船艏相对于垂直面的坡度 称 为 倾斜 倾斜是由相对于垂直面的角度 或船艏与基线的交点离艏柱的距离 来定义的 如果船舶侧视图中船艏呈弧形 特别是对于有球鼻艏的船 艏倾不能 简单地来定义 必须通过在不同的水线处用一系列的坐标来定义 对于仅是平直船艏的船 船艏型线通过一个圆弧来与基线连接的 有时候使 用另一些形状的曲线来连接 这种情况就需要用一些坐标来定义其形状 吃水和纵倾 船舶漂浮时的吃水指的就是船底离吃水线的距离 如果水线平行于龙骨 那 么就说船舶平浮 但是若不平行 那么就说船舶发生了纵倾 如果船尾吃水比船 艏大 那么就发生了艉倾 若船艏吃水比船尾大 那么就发生了艏倾 吃水可以 分为两种 型吃水 即基线离水线的距离 计算吃水 即船底与水线间的距离 对于现代焊接形式的商船 这两种吃水仅是相差一块壳板厚度的区别 但是对于 有些装有棒龙骨的船 计算吃水的测量至龙骨下表面 因此计算吃水可能比型吃 水大 15 23cm 6 9in 了解船舶的吃水或者说船舶 吃 水量 这很重要 因 此一艘船的吃水能够直接获取 船艏和船艉都刻有吃水标志 吃水标志也就是一 些离船底有一定距离的一些数字 这是数字用英制单位表示 6in 高 而且上下 相邻的两个数字的间距也是 6in 当水位到达船底的某一个数字时 吃水就是那 个数字的英尺值了 若用十进制单位表示 那么这些数字就可能是 10cm 高 间 隔 10cm 就许多大型船舶而言 即使是在平静的海况下 它们的纵向垂直面都发生了 弯曲 结果是基线或龙骨都不能保持为一条直线 这就意味着船舶漂浮时吃水不 能仅仅用艏艉吃水和的一半来表示 为了确定船舶中拱或中垂程度 在船舯做了 一套吃水标志 因此如果船尾 船舯和船艏吃水分别为 d a d 和 d f 那么 中拱或中垂 da d f 2 d 使用船舯吃水时 测量船舶两侧吃水 使用两个数据 是必要的 以防船舶向一 侧或另一侧倾斜 船舶首尾吃水的不同称为 纵倾 因而纵倾 T d a d f 正如前面所说的那 样 船舶艉吃水或艏吃水过多时 将发生艏倾或艉倾 对于稳定航行的船 在已 知的总载荷作用下 船舶吃水将有一个最小值 这一点对于在限制水深的区域航 行的船或船舶进入干船坞时很重要 船舶的设计通常应满足在满载荷作用下船能 够平浮的要求 如果船达不到这种状况 那么就设计成小角度艉倾 艏倾这种情 况是不期望发生的 应该避免 这是因为艏倾会降低艏部 平台高度 增加在恶 劣海况中甲板上浪的可能性 干舷 干舷被定义为船舶离水面的距离 或甲板与下部水线的间距 例如 由于受 到甲板舷弧的影响 干舷与露天甲板的间距沿船长方向将会发生变化 而且一定 条件下间距也受纵倾的影响 一般说来 船舯干舷值最小 向首尾两端逐渐增大 干舷对船舶的适航性有重要的影响 干舷值越大 船舶水上部分的体积也就 越大 而且这部分体积用来提供储备浮力 促使船舶在波浪中航行时能够上浮 水上部分的体积也能帮助船舶破损时保持漂浮状态 干舷对船舶稳定性的变化有 重要影响 这种情况后面将会介绍到 国际法载重公约中设定了船舶干舷最小值 第四课 基本几何概念 翻译人员 示例船舶的主要部分以及相关的名字都在图 4 1 中画出来了 首先 由于没 有利害关系或影响 船舶上层建筑和甲板室都被忽略了 船体看成所有方向上都 是曲线 上部用水密甲板覆盖的中空壳体 大多数船舶只有一个对称面 称为中 线面 这是主要谈论的面 被该面截得的船型称为舷弧面或纵剖面 设计水线面 垂直于中线面 取作水平或接近水平的面 它可能不与龙骨平行 与中线面和设 计水线面都垂直的面称为横剖面 船舶横剖面通常关于船体中线面对称 与中线 面成一定交角且平行于设计水线面的平面称为水线面 无论在水中与否 它们都 成立 而且它们通常关于中线面对称 水线面不一定平行于龙骨 因此 通过被 正交面截得的面 能够向我们最清楚地表达船舶的曲线形状 图 4 2 画出了这些 面 横剖面依次相叠加 形成了一副横剖面图 通常情况下由于这些面是对称的 所以只显示半个剖面 也就是船体前半部分的半横剖面画在中线的右边 后半部 分的画在左边 半水线面相叠加 形成了半宽图 从纵剖面图的边缘或横剖面图 上看得的水线面称为水线 纵剖面图 横剖面图和半宽图 一起称为型线图或剖 面图 而且这三部分明显相关联 如图 4 3 水线面和横剖面的间距相等 且用基线点作为起始 是非常方便的 与船舶 设计成有关的水线面称为载重水线面 LWP 或设计水线面 而且用来检查船舶 形状的额外的等间距的水线面画在图的上面或下面 通常在临近龙骨的地方留一 个奇数部分 龙骨最好独立检查 船艏部由载重水线与船艏型线相交得到了一个特定点 垂直于 LWP 且经过这 个点的直线称为艏柱 FP 鉴于两柱很正规且整个船舶寿命中位置固定 水下 部分的高度大多数属于两柱 并且两柱之间没有很大的间断 因此两柱的位置在 哪并不重要 艉柱往往通过舵杆的轴线且经过 LWL 线与方尾轮廓线的交点的直线 若该点很凸出 那么最好取船艉间断处或临近船体形状间断处 上述所描述的两 条直线的间距 称为垂线间长 LBP 或 LPP 另外两种以后将涉及到且不用做过 多解释的长度是总长和水线长 将两柱间长划分为一系列等间距的站 通常为 20 站 用 21 个等间距的坐标 来表示 这包括艏艉两柱坐标 这些船体分站明显是从纵剖面图或半宽图上来看 横剖面的边界线 而且有一半图形显示在横剖面图上 船体分站也定义了一组不 对称形状上的等间距型线 半宽图站线上的点与中线面间的距离称为型值 而且 这种距离也在横剖面图的不同方向上出现 所有水线面和船体分站的这种距离集 合形成了一张型值表 此表能够定义船形 而且通过此表能够画出型线图 一张 简单的型值表用来计算船形细节 取船体中横剖面和两柱中点的横剖面 它称为船舯或船中 而且该面所在的 船体区域成为称为舯横剖面 它可能不是面积最大的横剖面 而且除处于两柱中 点的位置外 它的其它特性都不重要 其位置通常用特殊符号标记 船形 型线 型值和尺度是船舶工程理论涉及到的基本的内容 是那些被海 水浸湿的成分 称为排水型线 排水站 排水型值等等 除非特别声明 要不然 本书中描述的一般是排水尺度 船舶建造商感兴趣的是框架线 框架线与排水线 的区别是相差船舶建造过程中的船体壳板厚度甚至更多 这些称为船型尺度 排 水尺度的定义与下面所讲的相似 但相差壳板厚 型吃水是船舯某一横剖面上的垂直距离 除非平均吃水直指吃水标志读数值 那么船舯吃水就是平均吃水 型深指的是横剖面上从平板龙骨顶部到舷侧甲板壳板底部之间的垂直距离 如果没有特别说明 那么型深指的就是船舯型深值 舷侧型深与型吃水的区别是相差干舷 干舷是横剖面上水线至舷侧甲板壳板 顶部间的垂直距离 计算型宽是肋骨截面的最大水平宽度值 名词 breadth 和 beam 意思 相同 定义船形时 其他一些不同精度的几何概念也有用 底升是龙骨或临近龙骨 处船底切线截船舯最大宽度线所得的点与龙骨间的距离 如图 4 6 内倾是横剖面上甲板边缘相对于垂直面向中线面凹进的趋势 与之相反的凸 出趋势称为外张 如图 4 6 甲板梁拱或者甲板降低 指的是横向甲板曲线 它通常呈向下的凹面形 抛 物线形或圆弧形 用坐标轴 x 英寸 y 英尺 表示 弦弧是纵剖面上甲板脱离水平线向上升起的趋势 倾斜是纵剖面图上偏离任何明显的型线的垂直面 比如烟囱 船艏桅杆轮廓 上层建筑等等 图 4 7 能用特殊的词语来表示整船平衡状态下的角运动 横剖面上的任何偏离垂直 线的实体角运动称为横倾 中线面上的任何偏离垂直线的实体角运动称为纵倾 水平面内平均船舶角扰动称为艏摇或漂移 必须指出这些都是角度而不是比率 后面的章节中会注意到 能够通过型值画出两条曲线 这些型值通过面积而不是距离来定义船形 这 种情况后来被证明非常重要 能通过建立一种高度来获得被称为面积曲线的曲线 这种高度与水平轴的每一坐标站上坐标站与 LWP 间的面积成比例 4 8 展示出图 了船舶曲线 4 号站为例 号站面积曲线的高度代表了 4 号站横剖面的面积 以4 5 号站面积曲线的高度与 5 号站横剖面面积成比例等等 第二种面积曲线能通过 检测每一坐标站来获取 4 8 也取 4 号站横剖面为例子 通过从竖直轴以一定图 距离向外绘图 能够获取邦戎曲线 该距离与横剖面与各个水线间的面积有关 因此 上的这种向外的距离与横剖面与 LWL 间的面积成比例 1 号水线上的种LWL 向外的距离与横剖面与 1 号水线间的面积成比例等等 显然 每一坐标站都能画 出一条邦戎曲线 因此能绘制一套邦戎曲线 排水体积 表示船舶排开水的总体积 最好将液体假想为蜡状物 将船 从中移出 然后就形成了船体的印记 为了便于计算 添加了主船体和附体的体 积 例如龙骨层 abaft the AP 舵 舭龙骨 螺旋桨等等 减去了透光口和其 它洞口 最后 船舶几何形状的定义中 有一些特定的系数在后面将被证明很重要 为船舶的丰满或尖瘦提供指导 Cwp 表示水线面尖瘦的系数 是水线面面积与该水线面的外切矩形面积的 比值 该系数大约在 0 70 对于首尾两端尖瘦的船 到 0 90 对于有大量平行 中体的船 Cwp AW LWL B 中站面系数 CM 是中站面面积与矩形面积的比值 该矩形的长宽等于该 中站面吃水深度和计算宽度 该系数值通常大于 0 85 适用于通用船舶不包括 帆船 A CM M BT 方形系数 CB 是排水体积与长方体体积的比值 其中该长方体的边长等 于船舯计算宽度 平均吃水和两柱间长 CB BTLPP 大型油轮的方形系数平均值可能是 0 88 航空母舰是 0 60 帆船是 0 50 纵向棱形系数 Cp 或者仅仅棱形系数 是排水体积与棱柱体体积的比值 其中棱柱体的长度等于两柱间长 横截面面积等于中站面面积 一般希望该系 数值大于 0 55 Cp AM LPP 垂向棱形系数 Cvp 是排水体积与棱主体体积的比值 其中棱柱体的长度 等于吃水深度 横截面面积等于水线面面积 Cvp AwT 在暂时结束讨论这些系数之前 应该注意到了上述的定义使用的是排水量而 不是船型尺寸 这是因为早期船舶设计关心的是排水量 这方面的例子变化非常 大 例如对于按照劳埃德规范进行的油船结构设计 这种差异是很大的 因此应 该注意去核对所使用的定义 也应该注意 不同的系数值所使用的两柱位置 课外阅读 课外阅读 1 不规则船型的特性 由于已经定义了船舶的几何特性 因此有必要预先知道这些船型的哪些特性 是有用的 而且弄清楚怎样去计算它们 平面形状 水线面 横剖面 平直龙骨 舱壁 面积曲线和曲线表面延伸 都是一些令 人对其特性感兴趣的平面形状 用笛卡尔坐标定义的 Oxy 平面上的一个面的面积 即 A ydx 其中所有以 y 为长度 x 为宽度的长条沿着 x 范围求和 因为船型中 y 是一个 x 的精确的函数 因此必须用现在推断出来的近似方法来提出这个集合 x存在面积对坐标轴的一次距 对于图 4 14 中显示的图形 1 和 y1 表示长度 x 和 y 表示坐标 M yy xy1dx 和 M xx x1 ydy 用面积除以每一个表达式 得到面积形心坐标 x y 11xy1dx 和 y x1 ydyA A 对于那些以 x 轴为边界的图形的特殊情形 112 M y 2 dx 和 y y y1 dx 22A x 对于一个关于 x 轴对称的图形 例如水线面 M xx x1 ydy 0 即面积形心的距 离 属于水线面特殊情形 y 轴浮心 CF 由下面公式给出 M XX xy1dx x A y1dx 课外阅读 2 一些工具 没有职业没有工具就不能很好地发展 无论是园艺 造船还是宇航 都不能 造船研究需要的工具是由数学 应用力学和物理学提供的 很多都已经在使用了 而且随着书籍的换代 有必要去承认 所有类似科目中的知识也已经更新了 例 如 细微差别的知识和微积分学知识的发展被认定为和本章节同时进行 而且 工具必须犀利 定义必须精确 而这些取自数学中的装置必须犀利 为的就是直 接运用于船型和相关难题 作为一种检验这种科学的手段 这些仅是工具 采用专有名词或者特殊语言 速记这些所用到的装置 也是非常方便的 本 章为科目的建立奠定了坚实的基础 检验了造船工程中所使用的一些机器 最后 稍微注意一下统计学和近似公式 第五课 船型及船型系数 翻译人员 5 1 引言 船体外表面是两个方向上带有曲率的固体表面 虽然已经时常做出过努力来 用数学表达式来描述船舶表面 但是表达船舶表面的曲线一般不能用数学表达式 给出 有必要用一些图纸尽可能详细地描述船舶外表面 用来定义船形的图 称 为 型线图 型线图是由三幅图组成 这三幅图展示了三组由三组相互正交的 平面分别与外表面相交所获得的交线组成的船形剖面 首先 考虑一组垂直于船舶中线的平面 假想这些平面在船长方向的不同位 置处横断船形 通过这种方式获得的剖面称为 横剖面图 而且被画在所谓的 正视图 上 如图 5 1 所示 画正视图时 仅展示半剖面图 这是船舶具有对 称性的缘故 自船舯向后的横剖面 船体后半部分横剖面 画在中心线的一侧 而自船舯向前的横剖面 船体前半部分横剖面 画在中心线的另一侧 通常将两 柱间长划分为一系列等间距的站 通常为 10 站 这些站中每一站对应着一个横 剖面 有时在首尾两端多画一些横剖面 其中首尾两端船形变化较明显 商船中 横剖面的标号从艉柱开始至艏柱结束 即如果分 10 站的话 那么艉柱为第 0 站且艏柱为第 10 站 船舶两端长度方向上分别有两站将会划分为更小的分站 1111 因此将有站名为偶尔船长使用 20 站 其中船厂两端各有两更 1 8 和 9 2222 小的分站 但是通常 10 站就足够精确地描绘出船型 今假想有一系列平行于基底的平面 而且与基底的间距也不同 这些由这些 平面与船舶表面横切得到的剖面 称为 水线面 有时也称为 高度线 这些 型线如图 5 1 所示 这些水线如横剖面一样仅画在船舶中线的一侧 这些水线通 常间距 1m 3 4 英尺 而临近船底船型变化较明显的地方采用更近的间距 船舶 上部甲板轮廓线也包含在半宽图中 第三组剖面是由一系列平行于船舶中线的垂直平面与船舶外表面相交得到 的 目标剖面显示在 纵剖图 上 如图 5 1 船体后半部分剖面线称为 后 体纵剖线 且船体前半部分剖面线称为 前体纵剖线 或者通常简单称 后体 纵剖线 后体纵剖线如水线一样相互之间间距 1m 3 4 英尺 中线上的船舶轮 廓显示在纵剖图上 而且可以认为纵剖面与中线的距离为零 上述讨论的三套剖面明显不相互独立 一个剖面上的一次变更将某种程度上 影响另外两剖面 因此 若横剖面的形状发生改变 那么这将影响水线面和纵剖 面形状 设计船型时 这三套曲线应该 平滑 且它们之间的相互依赖性在光 顺过程中变得很重要 这是必需的 怎样构成一条光顺曲线 是值得公开讨论的 而以前这种光顺处理过程极大部分都是靠肉眼来完成的 当前型线图通常凭借一 些数学工具来光顺处理 当然大部分数学工具都涉及到计算机 然而 执行了光 顺处理 一艘船行线设计通常凭借一幅粗略的正视图开始进展了 如果设计师有 这样一幅正视图 那么接着他将量取水线型值 并在半宽图上画水线 这就意味 着通过从横剖面上量取的型值来画可能最精确的曲线 并通过木制或塑料压条来 完成 如果通过从正视图上量取的所有点不能画出水线 那么就从水线上量取新 的型值 画出新的横剖面图 接着反复进行这种过程 直到水线图与横剖面图保 持良好的一致 然后就试着画纵剖面图且务必使这些曲线是光顺的 可能协调横 剖面图和水线图是必要 光顺过程通常在画图室中以 1 4 英寸至 1 英尺的比例或 1 50 图形比例进行 一种更加精确的船型光顺方法特别是对于生产目的明显必要 光顺常常在船厂全 比例放样间进行 画图室的工作就是将已经在画图室内经过光顺处理的型线的型 值送到放样间 在放样地板上进行全比例放样 船厂尺寸采用缩小的比例 而水 线和横剖面半宽及纵剖面高度都用全比例标记 然后使用与画图室中使用的相同 的光顺处理过程 光顺过程通过使用截面积约为 25 mm2 的木制支条来进行 该 木制支条用钢钉钉在了放养地板上 为了节约空间 前后体水线图和纵剖面图在 长度方向上相重叠 这种全比例光顺形式使得制出了横剖面图 水线图和纵剖面 图 这些图以足够精度表示目标船型 从全比例光顺中 量取型值 返还画图室 为后面的船舶计算做基础 将在后面章节见到 最近的一项进展介绍了能够在画图室中进行的