82000DWT散货船总体方案设计.docx

82000DWT散货船总体方案设计引言新中国成立后，百废待举，国家重新认识到船舶与海洋领域的重要性，集中人力、物力、财力发展船舶工业。改革开放以来，在总工程师邓小平同志的正确领导下，经过几代人几十年的奋力拼搏，中国重新跻身举足轻重的世界造船大国。在经济全球化的今天，国际贸易日趋频繁，这极大地推动了船舶事业的发展。特别地，散货船作为当今三大主流船型（散货船、集装箱船、油船）之一，需求量巨大且稳中有升。散货船自20世纪50年代中期出现以来，在60年的时间里，总体上保持着强劲的增长势头。在国际航运业中，散货船运输占货物运输的30以上。由于货运量大，货源充足，航线固定，装卸效率高等因素，散货船运输能获得良好的经济效益，散货船已成为运输船舶的主力军。随着世界经济的发展，散货船运输仍将保持较高的增长势头。20世纪50年代以前没有专用的散货船，煤、谷物、矿石等干散货，早先是由杂货船承运的。粮食、水泥等散货的流动性比液体小，都有一定的休止角，因而当这些散货在舱口围板内装满后，舱口四周的甲板下仍留有一个楔形空档。船在海上发生横摇后，散货流向空档，形成横贯整个船宽的自由表面。出现较大横摇时散货将流向一舷，船随即横倾，在风浪中很容易发生倾覆事故。据统计，20世纪50年代全世界有150余艘运送散货的船发生海损事故。为了解决这个安全问题，才逐步形成了现在广泛应用的典型专用散货船。其结构型式为：两舷布置底边舱加高舱口围板以保证满舱，两舷布置底边舱便于清舱，也能增加抗沉性；由于82000吨散货船属于大型船，承受的总纵强度大，因此在双层底、四个边舱区及舷侧均采用纵骨架式结构以保证船体总纵强度：两个货舱口之间的甲板不参与保证总纵强度，这里的甲板板明显地比舱口线以外的甲板板薄，骨架也减弱。散货船根据载重吨位通常分为以下几个类型：灵便型散货船（指载重量在25万吨左右的散货船，其中超过4万吨的船舶又被称为大灵便型散货船）；巴拿马型散货船（指在满载情况下可以通过巴拿马运河的最大型散货船，载重量一般在67.5万吨之间）；好望角型散货船（指载重量在15万吨左右的散货船，由于尺度限制不可能通过巴拿马运河和苏伊士运河，需绕行好望角和合恩角）；大湖型散货船（指经由圣劳伦斯水道航行于美国、加拿大交界处五大湖区的散货船，载重量一般在3万吨左右）。本次毕业设计为82000DWT散货船总体方案设计，该设计结合现代散货船的船型特点，采用双底双壳结构，结合母型船、统计资料和规范要求对散货船的主尺度、型线、总布置、典型横剖面结构进行了设计、计算，并对典型载况下的稳性和总纵强度进行了校核，由此获得一个良好的满足设计任务书的设计方案。设计任务书1用途本货船用于运载谷物，货物积载因数是1.51m3/t。2航区航线本船航区为无限航区。3船级入CCS船级。4船型本船为钢质、单机、单桨、单甲板、尾机型、双舷侧、双底，具有球首线型。5航速要求设计航速不小于15节。6续航力本船续航力约为6000海里。7自持力 本船自持力为60天。8船员数本船船员数为40人。9动力装置主机机型选用MANB&W。10螺旋桨本船采用MAU型螺旋桨。第一章绪论1.1现代散货船的特点1.1.1散货船名称的由来散货船是散装货船简称，是专门用来运输不加包扎的货物，如煤炭、矿石、木材、牲畜、谷物等。散装运输谷物、煤、矿砂、盐、水泥等大宗干散货物的船舶，都可以称为干散货船，或简称散货船。因为干散货船的货种单一，不需要包装成捆、成包、成箱的装载运输，不怕挤压，便于装卸，所以都是单甲板船。总载重量在50000吨以上的，一般不装起货设备。由于谷物、煤和矿砂等的积载因数（每吨货物所占的体积）相差很大，所要求的货舱容积的大小、船体的结构、布置和设备等许多方面都有所不同。因此，一般习惯上仅把装载粮食、煤等货物积载因数相近的船舶，称为散装货船，而装载积载因数较小的矿砂等货物的船舶，称为矿砂船。1.1.2船型与主尺度1.1.3散货船船货舱区的结构形式（1） 货油舱区的甲板骨架、船底骨架和内底骨架均为纵骨架式结构。（2） 双壳、双层底型。1.2母型船资料1.2.1母型船主要尺度表1.1母型船主尺度项目数值总 长228.6m垂线间长217.0m设计水线长221.8m型宽32.26m型深21m设计吃水12.50m结构吃水14.50m型排水体积 (设计/结构吃水)abt. 73577.8/86709.6m3排水量 (设计/结构吃水)abt. 75756.0/89206.3t方形系数0.8408舯剖面系数0.9961棱形系数0.8441水线面系数0.9256半进水角47浮心纵向坐标6.838m梁 拱0.7m首 舷 弧(#179+0.15F.P.)1.60m尾 舷 弧由梁拱引起试航速度15.103kn1.2.2母型船型线图图1.2母型船型线图1.2.3母型船总布置图图1.3 母型船总布置图第二章船舶主要要素的初步拟定2.1确定船舶主要尺度和排水量的主要方法由于大中型散货船的主要尺度确定属于典型的非布置问题。因此需要按载重型船的方法来论证。解决这类问题的一般思路是：从重量入手，先选取载重量系数，然后估算排水量，按适宜尺度比及限制条件等算出主要尺度，重量与浮力平衡后进行性能校核，若满足，则结束或进行经济分析，否则，修改主要尺度重新计算。流程图2.1所示框图就是解决这类问题的典型流程之一。图2.1 确定载重型船舶主要尺度和排水量的基本步骤2.2排水量估算2.2.1载重量系数的初步拟定载重量与排水量的比成为载重量系数，它反映了运输船舶装载能力的大小，表示排水量的利用率。载重量系数的初步拟定用于初步确定设计船的排水量。此船的载重量系数DW取自统计资料，见表2-1。由于设计船为82000吨散货船，属于大型散货船，故取其DW=0.81.表2-1各类船舶的DW大致范围船舶类型DW船舶类型DW拖船0.050.15大型散货船0.700.86渔船0.300.40中小型客船0.300.50中小型散货船0.680.75大型客船0.400.55大型散货船0.720.83集装箱船0.660.70中小型散货船0.600.75驳船0.700.852.2.2 排水量的初步确定设计船的排水量可由下式求得，=DWDW(2.1)代入数据可得设计船的排水量为=820000.81=101235t2.3选择船舶主要要素考虑的主要因素船舶主要要素受到一系列因素的制约，航道、码头泊位等对主尺度有限制，船舶的各项技术性能对主要要素有各种要求，货源、运费、造价和散货价等经济因素也对设计船主要要素有影响。选择设计船主要要素时，必须首先对影响主要要素的各种因素进行研究和综合分析。2.3.1选择船长考虑的主要因素（1） 船长对阻力的影响本船的航速为15kn，而其垂线间长初步估计在230m左右，估算其傅汝德数大于0.18属于中速船型，在排水量不变的情况下，随着船长的变化，对应一定航速可以得到总阻力最低的船长，同时也可以找到使总阻力开始显著增加的最短船长（称临界船长）。现代散货船的大约在68之间，所以选择主尺度时，应尽量在此范围内。另外，船长的选择还需满足布置要求、阻力性能、操纵性和经济性的条件的影响。（2） 使用条件及建造条件的限制由于本船的航区为我国沿海区域，且本船的总排水量101235t左右，船长在230m左右，为国际无限航区。据相关新闻报道，巴拿马运河将于2014年完成扩宽工程，对船宽的限制逐渐缩小。苏伊士运河最大吃水限制为58英尺，即17.67m，设计船舶应当满足此条件。所以对于使用条件及建造条件限制可以作为次要因素考虑。（3） 船长对操纵性、耐波性、抗沉性的影响本设计船航区为国际无限航区，需要较好的航向稳定性，适当增加船长有利。船长主要影响船的纵摇和升沉，增大船长对耐波性有利。增加船长对改善抗沉性有利。（4）船长对重量及造价的影响船长增长对钢料重量影响很大，船的造价也会增加，出于对经济性的考虑，本船应在满足要求的情况下尽量使船长减小，但也不应太小，同时应考虑到（1）中船长与阻力的关系。2.3.2选择型宽考虑的主要因素本船由于航速较高，排水量相对较小，在船宽选择方面应主要考虑稳性及耐波性的要求，其次应考虑船宽对阻力的影响。同时，现代散货船的L/B大约在68之间，选择船宽时应保证在此范围内。对于稳性而言，调整船宽是最有效的措施，而且在保证稳性下限值的前提下，尽可能较小B，以增大横摇周期，使横摇尽量和缓。2.3.3选择型深考虑的主要因素本船为装载谷物的散货船船，谷物的积载因数为1.51m3/t，即，积载因数在1.4以上，属于轻质货物船，其干舷大于最小干舷，属于“容积型”富裕干舷船型。增加型深是提高舱容最有效的措施，但同时，型深的增加对大倾角稳性和初稳性的影响是相互矛盾的，其对大倾角稳性一般是有利的，而对初稳性是不利的。现代散货船的大约在817之间，设计时应在该范围内。2.3.4选择吃水考虑的主要因素选用大一些的吃水对提高螺旋桨工作性能和降低阻力有利。同时增加吃水，可加大螺旋桨的埋水深度，还能在纵摇时减少螺旋桨出水的可能性，对耐波性也有好处。然而，随着吃水的增大，船体湿表面积增大，从而使得阻力随之增大。现代散货船的大约在2.02.6之间。2.3.5选择方形系数考虑的主要因素方形系数是调节重力与浮力平衡的一个常用因素，对于本设计船来说，由于是中低速的民用船，因此考虑方形系数主要体现在对阻力的影响，其对于总布置影响方面可当做次要影响因素来考虑，参照母型船即可。2.4设计船主要要素的确定2.4.1设计船主要要素的初步计算初步拟定主尺度及方形系数的方法有很多种，此处采用以下三种方法进行对比论证：母型换算法、统计公式法和主尺度比法。通过对三种方法的对比，我们获得最优解，即结合本设计船主要特点的最优船型。(1)母型换算法设计船排水量=DWDW=820000.81=101235t，母型船排水量0=75756t。(2.2)(2.3)(2.4)(2.5)代入相关数据得，Lpp=239.0m，B=35.53m，d=13.77m，D=23.13m由此得到方形系数近似值(2)统计公式法(2.6)(2.7) (2.8)(2.9)式中 DW载重量（t）；代入相关数据得，Lpp=232.0m，B=35.94m，d=13.51m，D=22.46m方形系数近似值(3)主尺度比法经分析母型船及统计范围后选择出LB=K1,Bd=K2及方形系数Cb,已知排水量后，可应用浮性方程算出L、B、d. (2.10) (2.11) (2.12) (2.13)由此可得，即设计船的主要尺度要素为，Lpp=248.5m，B=36.94m，d=12.74m，D=24.05m，Cb=0.84112.4.2设计船主要要素的初步确定由上述三种方法可得到三种主要要素方案，见表2-2.表2-2 三种主要要素方案的比较 主要要素估算方法LBDdCbmmmm母型换算法239.035.5323.1313.770.8408统计公式法232.035.9422.4613.510.8440主尺度比法248.536.9424.0512.740.8411根据现代散货船统计资料得，在8.017.0之间，在6.08.0之间，在2.02.6之间。散货船属于低速船，除了专用的自卸散货船等专用船以外，30000t以上的绝大多数散货船的服务航速都在14kn至14.5kn之间。本船为载重量为82000t的大型散货船，航速要求在15kn，所以本设计船在航速方面要求是比较高的，故和应尽量大一些。以上三种方案中，和比较接近，且都在统计范围内，所以本船的和选取值只要在现代散货船统计范围内即可。对于方形系数，据赛维尔雷夫分析大量资料后得出估算临界方形系数值的关系式为：（2.14）计算三种方案的临界方形系数，得表2-3.如下所示。表2-3方形系数统计资料计算各方案临界方形系数结果项目母型换算法统计公式法主尺度比法Cbt0.83720.83150.8445由表2-3可知，只有母型换算法和统计公式法符合要求。对于载重型船舶，考虑到使用上和建造价格等方面的要求，设计时不应片面的强调阻力性能而选用过小的方形系数。由于本船傅汝德数在0.18左右，对阻力影响可以不予考虑，如果值太小，势必影响舱容和布置；而从造价要求考虑，总是要求将船设计得短些、丰满些。据相关资料显示，N413船是舟山中远船务建造的第一艘82000DWT散货船，也是DAELIM公司82000DWT系列散货船的第一艘。船型长229米，型宽32.26米，型深20.25米，总载重吨82000吨。根据上述现代散货船的统计资料和实船资料，综合第一、二、三号方案，设计船舶主要要素的初步拟定为：mmmm 初步选择的这一组主要要素符合一般八万吨级散货船尺度的通常范围。为了提高经济性要求，应尽量降低钢材消耗及造价，这就要求船长较短；而为了提高快速性，满足高航速的要求则要求船长加长。因此本船在主要要素的选择中考虑了两方面的要求，经过三种方案的比较，体积小者钢料少，所以选择如上。2.5主机选型在初步选定主机时，可以根据母型船主机功率，用海军系数法估算主机功率，母型船海军系数为(2.15)代入数据求得母型船海军系数为.设计船主机功率(2.16)设计船要求的试航速度不低于15kn，因此取kn.同样保持10%的功率储备，得到设计船的kW。由海军部系数法得到的设计船的主机功率，选取的主机型号为MAN-B&W7S65MC-C，选用的主机参数见表2-4.表2-4 选用主机参数项目单位数值最大持续功率kW16030主机额定转速r/min95单位燃散货消耗率g/kWh1622.6空船重量估算(1)钢料重量估算采用经验公式估算 (2.17)其中，(2)舾装重量估算采用经验公式估算(2.18)(3) 机电设备重量估算采用经验公式(2.19)式中 主机功率（kW）；机电设备重量系数。对于中速主机，56；对于低速主机，在10000kW以上时78，在10000kW以下时89。根据本船主机型号，取6。代入相关数据得到t。本船空船重量t，本船载重量t。2.7重力浮力平衡采用诺曼系数法进行重力浮力平衡。保持载重量、方形系数，通过改变型深进行重力浮力平衡。(1) 求诺曼系数N(2.20)(2) 载重量增量t(2.21)(3) 排水量增量t(2.22)代入浮性微分方程(2.23)仅变化方形系数Cb,得到方形系数的变化量=0.017 (4）由于Cb发生了变化，船体钢料重量相应变化为t(2.24) (5)由于Cb发生了变化，船体舾装重量相应变化为(2.25) 重复循环上述过程，经过7次平衡后得到t满足要求，从而重力和浮力得到平衡，得到新的排水量和方形系数分别为t，Cb=0.8477.2.8性能校核性能校核一般包括稳性校核、航速校核、干舷校核和容量校核。由于本船装载谷物的积载因数是1.51m3/t,属于富裕干舷船，因此此处可省略干舷校核。2.8.1稳性校核稳性校核包括初稳性和大角稳性校核，在主要尺度确定时通常只作初稳性校核，因为在初稳性校核之后，按照初稳性高度的大小，根据母型船的大倾角稳性情况，一般可以判断出设计船的大倾角稳性。初稳性校核的内容是估算初稳性高度，并检查其是否符合设计船所要求的数值。初稳性高度下限值：m;初稳性上限值：设计中在保证初稳性下限的条件下力求使船舶的横摇缓和，为使横摇和缓，摇幅不过大，希望不发生谐摇，即对调谐因子要求：(2.26)(1)初稳性高的计算初稳性高度的估算按初稳性方程式进行(2.27)式中所核算状态下的初稳性高度；相应吃水下的浮心高度；相应吃水下的横稳心半径；所核算状态下的重心高度；自由液面对初稳性高度修正值，此处暂时忽略不计。由薛安国公式得到浮心高度的近似公式(2.28)其中，(2.29)方形系数已知，水线面系数，得m.由诺曼公式得到横稳心半径的近似公式(2.30)其中，(2.31)代入相关数据得到m.重心高度(2.32)其中，系数，取自母型船，值的一般数值范围见船舶设计原理2-4表，取空载时为0.64，满载是为0.62.由此可得，空载时Zg=14.336m，满载时Zg=13.888m.初稳性高度(2.33)由上式可得，满载时m0.15m，满足初稳性高度下限值； 空载时m0.15m，满足初稳性高度下限值。(2) 调谐因子的计算波浪周期(2.34)式中 波长，远洋船取160m. 代入数据得s空载时，横摇周期(2.35)满载时，横摇周期 (2.36)式中修正系数。时，；时，f取1.0。由于本船，代入相关数据的。调谐因子要求 (2.37)稳性校核的最终计算及校核结果见表2-5。表2-5 初稳性计算及校核结果项目空 船满 载系数0.640.62重心高度/m14.33613.888初稳性高度/m1.2631.711横摇周期/s24.091320.4513调谐因子1.8531.31.5731.3从表2-5中可以知，本船满足初稳性的要求。2.8.2航速校核航速校核的目的是校验在选定的主要尺度及系数下，当主机功率为19615.23kW（储备功率为10%），检验航速能否达到任务书的要求，即航速为15kn.（1）总推进系数的估算有效功率的估算，采用兰普法。表中船中剖面系数Cm,暂取为0.996，浮心位置Xb取为船中前2.8% 处。具体过程见表2-6和2-7.表2-6 推进系数估算参数项目单位数值BHPhp21794.7伴流分数0.374推力减额分数0.224相对旋转效率1.00船身效率1.2390.84760.8509转速r/min95因为MAU5叶桨拥有比较好的阻力性能和水动力性能，因此本船采用MAU5叶桨图谱进行设计计算，储备功率10%，轴系效率。表2-7按法估算螺旋桨推进效率项目单位数值航速kn15kn9.39PD=BHP0.9SRhp19222.9348.506.964MAU5-40（查图）0.523MAU4-55（查图）0.514MAU4-70（查图）0.496P.C0.635(2) 计算有效功率曲线采用莱普法进行有效功率曲线估算，具体过程见表2-8和表2-9。表2-8航速校核主要参数项目单位数值Lppm232Ldm234.32Bm36.4dm13.8Dm22.4排水体积m99172.9Cb0.8477Cbd0.8393S=(3.413+0.5Lpp)13m12654.0kgs/m4104.50.5Skgs/m661171.0CRt=(BdCm/S)r0.0393rt101652.2续表2-8项目单位数值Cm0.996CP0.8511CPd0.8427B/d2.6377Ld/B6.4374XB2.8%Lppm6.4960表2-9 莱普法估算有效功率序号项 目数 值1Vn131415162Vs6.6877.2027.7168.23030.4760.5120.5490.5864(查图)23.526.529.534.55修正-1.00%-1.00%-1.00%-1.00%6修正后23.4926.4929.4934.4970.9291.0471.1661.36481566.941687.481808.011928.5591.321091.421091.521091.62109101.4791.4661.4541.44311粗糙度补贴系数0.2650.2550.2550.255121.7441.7211.7091.698132.6732.7692.8753.0611444.71951.86359.53767.739152.961073.431073.941074.48107167.901049.491041.131051.3710517B/d修正=(B/d-2.4)5%9.391021.131031.341031.63103188.001049.611041.151051.3910519Vs/750.0890.0960.1030.11205.241036.781038.681031.12104(3)有效功率曲线由表2-9在各个航速下所需主机功率可以得到如下有效马力曲线，见图2.2。图2.2有效马力曲线由有效马力曲线可得到设计航速为15.034kn15kn，航速满足要求。2.8.3容积校核(1)载货量估算a.主机燃油重量(2.38)主机的最大持续功率为16030kW,服务状态下航速为15kn,续航力为6000nmile，单位耗散货量为162g/kWh.式中，W0主机燃料油重量，t;g0包括一切用途在内的耗油量，通常取主机持续常用功率Ps时的耗油率gr（169g/kWh)的1.11.5倍，此处取1.3。Ps主机持续功率，kW;Vs服务速度，kn;R续航力，nmile;k考虑风浪影响而引起航行时间增加的储备系数，通常1.15-1.20,此处取1.16.得到t，取1310t.b.滑油重量Wl=W0(2.39)式中，比例系数，通常柴油机船取3%5%，此处取5%.得到W1=39t,取为50t.c.人员重量人员的重量按平均每人65kg计算，则人员总重量为65kg40=2600kg=2.6t.d.船员生活用水本船船员为40人，自持力60天，每人每天耗水按100kg计，则生活用水总量为kg，取250t.e.食品每人每天食品按4.5kg计算，食品重为，取11t.f. 行李行李每人定为60kg计算,则行李总重量为6040=2400kg=2.4t.g.备品及供应品备品是指船上备用的零部件、设备与装置，包括锚、灯具、损坏管制器材、油漆等。供应品是指零星物品，如床上用品、炊具、信号旗、办公用品、医疗器材等。备品和供应品的重量一般较小，可取为（0.5%1%）LW.此船备品取为空船重量的0.8%，即为0.8%20925=167.4t，取170t.表2-10 载货量计算表项目单位数值主机燃油t1310滑油重量t50人员重量t2.6船员生活用水t250食品t11行李t2.4备品及供应品t170总和t1826由表2-10可得，油水等重量总和为1796t.已知载重量为82000t，则载货量t(2.40)(2)舱容计算a. 货舱容积的估算(2.41)式中 货舱长度，；型宽，；相当型深，m；双层底高度，m；hb双层壳宽度，m;k型容积利用率，参照母型船，取0.885；代入相关数据得本船主体总型容积b. 主体总容积的估算：在设计初期按照下式计算：(2.42)式中Vh估算的总体总容积，m3；Lpp垂线间长，m；B型宽，m；D1只计入首尾舷弧影响的相当型深，D1=D+Sm，Sm取0.8；CbD计算到型深的方形系数CbD=Cb+(1-Cb)(D-d)/3d代入相关数据，的Vh=172279.18m3.c. 货舱所需型容积的估算(2.43)式中 载货量，；货物积载因数，此处取1.51m3/t； 型容积利用系数，此处取0.98；代入相关数据得.d. 油水舱所需型容积的估算（2.44）式中 散货水重量，；相应燃散货、滑散货、淡水的密度，通常，重油=0.9，轻油=0.85，淡水=1.0； 液体舱型容积利用系数代入相关数据得e. 专用压载水舱所需容积的估算，（2.45)式中 系数，0.2到0.5之间，此船取0.2；海水重度为1.025t/m3;代入数值得f.机舱所需型容积(2.46)式中 型宽，m；型深，m；双层底高度，m； hb双层壳宽度，m；系数；机舱长度； 系数代入相关数据得g. 其他舱所需的型容积其他舱是指首、尾尖舱和轴遂室等。一般为主体总型容积的2%4%,本船取4%。为6891.17m3.总容积的校核:根据上述计算，设计船总容积为172248.14m3，需要总容积为171401.75m3，总容积足够而且保证经济性的要求。货舱容积校核:根据上述计算，设计船货舱容积为122003.17m3，需要货舱容积为121927.35m3，货舱容积足够而且保证经济性的要求。2.9本章小结本设计船是一条运输谷物的船舶，因此设计时需要仔细考虑实用性的同时应注意降低造价，即要注意提高运输能力，提高本船的经济性。本章的重点是主尺度选择、重力浮力平衡及性能校核，分别如下：（1） 主尺度的选择。设计者共用了三种方法来初步确定满足设计任务书要求的设计船的主尺度，三种方案在其确定主尺度的方面各有优点，但考虑到本船为大型散货船这一特点，因而在满足各项性能校核的同时要有一定的经济性。（2） 根据诺曼系数法调节重力与浮力平衡。在进行多次调整方形系数（只考虑方形系数对钢料重量的影响）之后，可以把重力与浮力的差值控制在一个很小的要求的范围内（1t之内）。（3） 性能校核。设计者主要进行了稳性校核、航速校核和舱容校核。校核的过程中主要应用了近似的校核方法，比如航速校核中利用了兰普法。由于母型船是一艘已经投入营运的实船，所以设计船在校核方面比较顺利。而且航速最后估算为15.034kn，满足设计任务书的要求同时有一定的裕度，为之后的螺旋桨的设计提供了有力的支持。本设计船的主尺度设计参考了林焰主编的的船舶设计原理、盛振邦主编的船舶原理以及国内航行海船法定检验技术规则（2011）等。以上性能校核均满足要求，因此主要要素不再做修改。mmmmt第三章型线设计3.1绘制母型船无因次横剖面面积曲线75756吨母型船的横剖面图，如图3.1。图3.1 母型船横剖面图利用AutoCAD软件查询母型船设计水线（12.5m）下各站横剖面面积，见表3-1.表3-1 母型船设计水线下各站横剖面面积站号面积/m2站号面积/m2-0.043.0412401.66016.2813401.660.539.0614401.660.7567.3515401.66194.7016400.471.5149.1617388.982198.6018341.123283.2218.5302.364345.5719247.695382.8819.5172.656397.4919.75127.037400.922077.678401.6620.247.089401.6620.421.4510401.6620.57011401.66将母型船各站面积无因次化，见表3-2.从而画出母型船横剖面面积无因次曲线，如图3.2。表3-2 母型船设计水线下各站横剖面面积x/(Lpp)面积/m2x/(Lpp)面积/m2-1.0440.010.21.00-10.040.31.00-0.950.100.41.00-0.9250.170.51.00-0.90.240.61.00-0.850.370.70.97-0.80.490.80.85-0.70.710.850.75-0.60.860.90.62-0.50.950.950.43-0.40.990.9750.32-0.31.0010.19-0.21.001.020.12-0.11.001.040.0501.001.0600.11.00图3.2 母型船无因次横剖面面积曲线3.2改造母型船横剖面面积曲线3.2.1母型船相应参数母型船无因次化的横剖面面积曲线的面积就是母型船棱形系数，从而可以得到母型船前体与后体的棱形系数与。通过面域查出母型船棱形系数为，母型船前体棱形系数，母型船后体棱形系数.3.2.2改造母型船横剖面面积曲线.1.按“”法改造母型船横剖面面积曲线由于母型船存在平行中体，故按“”法改造母型船横剖面面积曲线。母型船的各个参数已经通过图3.2读出，设计船的棱形系数.(1) 按经验公式估算前、后体的棱形系数和根据公式(3.1)(3.2)式中 、设计船前体、后体棱形系数；设计船棱形系数；设计船浮心纵向位置，.代入相关数据得，.（2）求各辅助站位置各站移动距离的表达式如下：(3.3)因此，各辅助站距理论站距离为，由此得到变化后的设计船面积曲线。根据上诉数据得到偏移量，各站偏移数据见表3-3。根据偏移量，可以绘制出“”法横剖面面积曲线如图3.3。表3-3“1-Cp”法各站偏移量数据实际站无因次化偏移量实际站无因次化偏移量-0.04-1.0440.0026120.20.00020-10130.30.00020.5-0.95-0.003140.40.00010.75-0.925-0.0044150.50.00011-0.9-0.0059160.60.00011.5-0.85-0.0089170.70.00012-0.8-0.0118180.803-0.7-0.017818.50.8504-0.6-0.0237190.905-0.5-0.029619.50.9506-0.4-0.035519.750.97507-0.3-0.041520108-0.2-0.047420.21.0209-0.1-0.053320.41.040100-0.059220.571.060110.10.0002图3.3 “1-Cp”法调整后无因次横剖面面积曲线由图3.3可以读出经过“”法变化后新的设计船棱形系数及浮心纵向位置 （占船长的百分比），结果如下，。（3）校核设计船横剖面面积曲线0.5%，满足设计要求；0.5%，不满足设计要求。2.利用迁移法调整设计船浮心纵向位置（1）通过迁移法获得设计船横剖面面积曲线迁移量经过“1-Cp”法调整母型船无因次横剖面面积曲线，设计船的Cp满足设计要求，而浮心纵向位置不满足要求，故需用迁移法进行改造。迁移法过程如下：形变函数（3.4）（3.5）（3.6）式中 y母型船面积曲线在x处的纵坐标,b系数。得最后的各辅助站无因次化距离X，见表3.4.表3-4 迁移法后各站无因次横剖面面积值实际站无因次化偏移量调整后值实际站无因次化偏移量偏移后值-0.04-1.044-0.00003-1.04163120.2-0.004350.195850-1-0.00018-1.00018130.3-0.004350.295850.5-0.95-0.00042-0.95342140.4-0.004350.395750.75-0.925-0.00073-0.93013150.5-0.004350.495751-0.9-0.00103-0.90693160.6-0.004340.595761.5-0.85-0.00162-0.86052170.7-0.004210.695892-0.8-0.00215-0.81395180.8-0.003690.796313-0.7-0.00307-0.7208718.50.85-0.003270.846724-0.6-0.00374-0.62744190.9-0.002680.897325-0.5-0.00415-0.5337519.50.95-0.001870.948136-0.4-0.00431-0.4398119.750.975-0.001380.973627-0.3-0.00434-0.34584201-0.000840.99916续表3-4实际站无因次化偏移量调整后值实际站无因次化偏移量偏移后值8-0.2-0.00435-0.2517520.21.02-0.000511.017929-0.1-0.00435-0.1576520.41.04-0.000231.03663100-0.00435-0.0635520.571.0601.05714110.1-0.004350.09585利用表3-4，在AutoCAD中绘制设计船无因次横剖面面积曲线，见图3.4.图3.4调整后设计船无因次横剖面面积曲线（2）校核迁移法后的无因此横剖面面积曲线利用改造后无因次横剖面面积曲线创建面域，查询得：，即；。设计船的浮心纵向位置，故Xb在误差允许范围内，所以此次用迁移法变换得到的横剖面面积曲线符合设计船的要求。3.3绘制型线图(1)选定绘图比例，绘制设计船格子线(2) 绘辅助水线半宽图 在水线图上绘辅助站位置；在辅助站上量取半宽，其中，和分别为设计船某辅助水线在各站处的型值半宽和型宽；和分别为母型船对应水线上各站的型值半宽和型宽。由此得到各辅助水线。(3)绘横剖面图在横剖面上画出辅助水线，其中，和分别为设计船和母型船的设计吃水，而为设计船与母型船水线相对应的辅助水线；量取水线图上理论站上各辅助水线的半宽值，绘制到横剖面图的辅助水线上，从而得到横剖线图； 根据横剖线图校核设计船的与。由横剖线图计算出设计船各站的横剖面面积，无因次化后画出横剖面面积曲线，可以得到与值： (3.6) (3.7)(3.8)比较设计值与实际值的区别见表3.4.表3.4校核Cb与Xb 项目 设计理论值实际计算值误差0.85090.85120.10%0.84760.84800.05%6.4966.5390.02%101652.2t101752.4t0.01%(4)绘理论水线半宽图在横剖线上量取理论水线上各站半宽，重新画到水线图上，得到理论水线。相应的型值见型线图。(5)绘纵剖线图在半宽水线图上画出2000、4000、6000、8000、12000纵剖线，每条纵剖线与各条水线都有相应的交点，将这些交点投射到纵剖线图上的相应水线位置，连接这些交点便得到了纵剖线图。(6)三面投影光顺配合三向光顺顺序：先光顺横剖线图,之后光顺半宽水线图和纵剖线图。(7)绘制甲板中心线及甲板边线首先确定首舷弧、尾舷弧及粱拱曲线；为施工方便，把甲板中心线定为直线；由甲板中心线及粱拱曲线画出甲板边线。(8)绘制型线图的水上部分对于设计水线以上部分型线的设计采用自行绘制法，由于选取的母型船与设计船吨位上比较相近，可以进行一定程度的比例变化再加上相应的三向光顺配合画出设计船水上部分的型线。(9)制定型值表、注字和标尺寸完整型线图见附图1。3.4本章小结本船的型线设计是从母型船横剖面面积曲线出发，它在很大程度上决定了船体型线。本设计阶段主要工作是不断地插值，还有水线以上部分的设计工作。型线的设计工作量比较大，需要仔细认真，尤其是插值过程，以免绘制出的型线不够光顺。由于型值点数量有限，型线三向不光顺属于常见情况，因此需要进行三向光顺。这也成为型线后期修改的主要工作。设计船的主要尺度要素因此而定下来。见表3.5.表3.5设计船主要尺度要素项目 数值总长244.90m设计水线长236.83m垂线间长232m排水量101752.2t型宽36.4m型深22.4m设计吃水13.8m0.996+2.82%Lpp0.84800.851第四章总布置设计4.1概述总布置设计是船舶设计中一项非常重要的任务。总布置的结果对船舶的使用效能、航行性能、安全性能以及结构工艺性能等有着直接的影响。总布置设计也是后续设计和计算的主要依据。总布置设计是一项涉及面广，考虑因素比较多，实践性很强的工作。主要工作包括以下四个方面：(1)区划船舶主体和上层建筑，勾画船舶设计水线以上的外部造型；(2)调整船舶的浮态（纵倾调整）；(3)布置船舶舱室和设备；(4)协调各部分通道和出入口楼梯。4.2遵循的原则在总布置工作中,除了注意各类船舶布置上的特殊要求之外,对各类船舶在布置上应遵循的一般规则如下:(1)布置时，应最大限度地提高船舶的使用性能；(2) 布置时，应考虑对船舶航海性能、结构性能和安全性能的影响；(3) 布置时，注意结构的合理性，以提高船舶强度；(4) 布置时，注意便于建造、修理、检查、保养以及设备的更换；(5)在布置住舱和工作舱时，注意考虑工作需要和方便，又力求缩小差别；(6) 在经济、实用的前提下，适当注意造型美观大方。4.3肋骨间距划分钢质海船入级与建造规范规定，肋骨标准间距按下式计算：(4.1)0肋位取在舵杆中心线处。通常，首尾尖舱为600mm，大型船舶也有700甚至有800，防撞舱壁至距首垂线0.2L区域内一般为700mm，也有750mm-800mm的，但肋骨（包括舷侧纵骨）的最大间距不大于1m。本船垂线间长m，经过计算得到m。要求肋骨间距不大于0.7m，而本船属于大型散货船，考虑本船的实际情况，并参照母型船肋位长度，实际选取肋位m，首尾尖舱内肋位m.4.4计算双层底高度船舶设计实用手册2007规定，散货船双层底高度按下式计算：（4.2）其中本船型宽，吃水，得，最后取双层底高度。4.5计算双舷侧宽度当散货船双舷侧内为纵骨架式时，骨材内表面之间的最小间距应小于0.8m，货舱长度平行部分以外，由于结构形状的需要，该间距可以减小，但应不小于0.6m。考虑到骨材高度的影响，故选定双舷侧的宽度为1.3m.4.6船舶总体规划4.6.1总体划分(1)水密舱壁划分水密舱壁将船体划分为首尖舱、货舱、机舱、尾尖舱。按照钢制海船入级与建造规范中规定，设计船水密舱壁数不少于8个。(2)机舱的位置及长度机舱设置于尾尖舱之前，根据统计公式 (4.3)式中中机型取；中后机型；尾机型取代入数据以及考虑舱壁落在肋位上的要求，。(3)首、尾尖舱长度的确定按照船舶与海上设施法定检验规则中规定：货船的防撞舱壁应通至干舷甲板，此舱壁距首垂线的距离应不小于0.05L或10m，取其小者，不大于0.08L；对于具有球鼻首的船舶，则应量至球首长度的中点，或艏垂线以前船长的1.5%处，或艏垂线以前