散货船设计计算书——船舶设计原理课程设计

1、89700t散货船设计计算书 船舶设计原理课程设计目录第一章 课程设计任务书及分析61.1 船型、用途与航区61.2 规范与法规61.3 载重量与舱容61.4 船舶主尺度限制61.5 航速与续航力61.6 总体其他性能61.7 货舱与舱口盖71.8 船员定额71.9 主辅机及锅炉71.10 其他设备71.11 本章小结7第二章 船型特征及分析72.1 散货船用途72.2 载重吨位82.3 布置特点82.4 货舱数量82.5 积载因数82.6 起货设备82.7 货舱形式82.8 本章小结8第三章 新船主要要素选择93.1 主尺度选择9主要要素初步分析93.1.2 排水量初步选择9船长10船宽10

2、方形系数和吃水10型深D的初步选择10主机初步选择11主尺度小结113.2重量估算11空船重量估算12主船体钢料重量12上层建筑钢料及舱内设备重量12舱口盖及舱口围板重量12机电设备重量12外舾装设备重量12螺旋桨重量13其他部分重量13空船重量小结13载重量与载货量13人员、行李及食品13备品及供应品13淡水13燃油13滑油及污油水14载货量143.22.7载重量与载货量小结143.3舱容初步计算与平衡（货舱段）14新船所需舱容14货舱所需舱容14压载水所需舱容14油水舱舱容15新船所能提供的舱容15舱容计算小结及舱容平衡163.4本章小结16第四章 新船总布置设计174.1主船体的区划17

3、4.1.1 首尾尖舱18机舱18货舱18双层底19首楼194.2货舱布置194.3油水舱布置214.3.1 压载舱布置214.3.2 燃油舱布置214.3.3 淡水舱布置214.4生活和工作舱室布置214.5舱容详细校核214.6本章小结23第五章 新船型线设计245.1型线设计概述245.2型线图及型值表245.3本章小结24第六章 性能计算246.1 最小干舷计算246.2 航速计算26阻力计算26航速估算286.3 登记吨位计算316.4 静水力性能计算336.5 典型装载情况的浮态和稳性计算35舱容估算35重量重心计算35浮态计算39完整稳性39第七章 课程设计小结417.1 船型、用

4、途及航区417.2 主尺度和船型系数417.3 吨位、载重量及载货量417.4 航速和续航力417.5空船重量重心417.6 舱容417.7 轮机427.8螺旋桨427.9 船员人数427.10总布置图和型线图427.12课程设计体会427.12致谢43第一章 课程设计任务书及分析1.1 船型、用途与航区本船为钢质、单甲板、单机、单桨、尾机型散货船，设有首楼。本船主要用于载运煤炭、谷物和矿砂，也可载运钢材、木材等一般货。本船航区为国际无限航区。载重量不大于7.5 万吨级的散货船应满足通航巴拿马运河（第一、二船闸）的有关要求。根据1.3节可知，本船载重量为89700t，故不受巴拿马运河限制。1.

5、2 规范与法规设计应满足下列规范和法规： 中国船级社（CCS）的钢质海船入级规范，包括规范中的关于“散货船结构”的相关要求； 中华人民共和国海事局船舶与海上设施法定检验规则中的“国际航行海船法定检验技术规则”。1.3 载重量与舱容根据学号5090109069，取后两位带入计算式： DW=69000+300*学号后两位，即DW=69000+300×69=89700t，故新船在满载吃水时的载重量为89700吨。新船货舱散装容积的积载因数为1.26m3/t。1.4 船舶主尺度限制在本设计过程中，根据要求，由于载重量为89700吨，大于75000吨，故主尺度原则上不受巴拿马运河通航限制。对于

6、大吨位的船虽然没有过巴拿马运河（一、二号船闸）的限制，但仍然有港口码头等因素对散货船的主尺度的限制。故在选择主尺度时，应根据载重量的大小作具体分析，使船舶的适应性尽可能地广。1.5 航速与续航力(1) 航速在满载吃水，主机连续运转工况CSR 下，考虑航海裕度15%时，服务航速不小于14.5 kn。航海裕度SM（Sea margin）是考虑由于风浪和污底的影响所引起的阻力增加或推进性能下降的因素而给定的所需主机功率增加。对于国际航行的一般货船，SM 通常取10-15，本船任务书规定为15%。课程设计中，根据选择的主尺度、船型系数、排水量和任务书要求的航速，经阻力估算后，需要选择适当的主机，然后通

7、过推进效率的计算来检验航速是否满足要求。(2) 续航力续航力为24000 mile。1.6 总体其他性能(1) 稳性：本船完整稳性应满足法规对国际航行一般船舶的要求和对载运散装谷物货船的要求。(2) 载重线：本船应满足国际载重线公约关于“B60”船的有关要求。按“B-60”船核定载重线，显然应为最小干舷船，即本船的型深和满载吃水之间的关系要恰好（或基本恰好）符合“B-60”船的最小干舷。根据载重线公约的规定，采用“B-60”船干舷，须满足该公约规定的对“B-60”船的破舱稳性要求。(3) 压载要求：本船应考虑无货压载状态的航海性能。压载舱的设置应满足“钢质海船入级规范”“散货船结构（CSR）”

8、关于装载工况中“压载舱舱容和布置”的要求。压载舱的设置要注意防止压载状态船体过大的静水弯矩和剪力。此外，驾驶盲区应满足法规关于航行安全的“驾驶室可视范围”和巴拿马运河的要求。(4) 本船应具有良好的操纵性能和适航性能，设计理念应符合绿色环保、节能减排的要求。散货船存在较多的无货压载航行工况，设计的最佳方案是用较少的压载量，满足压载工况浮态（包括符合驾驶视域）的要求，并使船舶的静水弯矩尽可能的小。压载舱的布置还应满足规范的要求。1.7 货舱与舱口盖货舱数量一般情况下为7 个。货舱和货舱口的设置应考虑尽可能有利于提高货物的装卸效率。本船货舱区尽可能采用双舷侧结构，也可综合布置、舱容、结构强度和空船

9、重量等因素，采用单、双混合型舷侧结构。本船货舱盖采用侧移式舱口盖，各货舱舱口盖的长度尽可能一致。本船不设起货设备。1.8 船员定额本船人员定额为28 人，其中干部船员11 人，普通船员15 人，其他人员2 人（船东代表和引水员各1 人）。1.9 主辅机及锅炉(1) 设低速柴油机主机一台，主机型号和功率根据航速要求选定。(2) 设相同型号的柴油发电机组三台。(3) 设燃油锅炉和废气锅炉各一台。1.10 其他设备本船舾装设备和其他机电设备按规范、法规和一般常规要求配备。1.11 本章小结课程设计根据任务书要求，对总体设计方案有一个全面、系统的分析，对设计过程中的矛盾和各种因素的相互影响做出必要的讨

10、论和分析，对矛盾和问题提出解决的办法。设计过程正确采用反馈和逐步近似的工作方法。在对设计技术任务书进行全面分析的基础上，对新船的设计方案必须有一个尽可能细致的构思，提出设想和对各种可能存在的问题进行分析和思考。第二章 船型特征及分析2.1 散货船用途散货船以运输大宗货物为主，主要有：煤、谷物、矿砂等，也可以装运木材、钢材、纸浆、重货等。本船以运输煤炭、谷物、矿砂为主。2.2 载重吨位通常，散货船是根据主要航线来区分载重吨位，46万吨级载重量的散货船称为灵便型（其中，56万吨级又称之为大灵便型）。通航于巴拿马运河第一、二船闸的巴拿马型散货船载重量为68万吨级，好望角型散货船载重量为13万吨20万

11、吨。作为大宗货运输的散货船，因受到大型船舶经济性好的刺激，大型化是发展的一个趋势。2.3 布置特点散货船通常为单甲板、单机、单桨、尾机型船。为减小甲板上浪，保护舱口盖等甲板设施，增加船舶首部的储备浮力，IMO 和IACS 都提出要求散货船设置首楼。本船按任务书要求应设置首楼。设置首楼的不利之处是增加了驾驶盲区的长度和结构钢料重量。为减小设置首楼带来的不利因素，可适当减小首楼高度，但一般不小于载重线法规中要求的上层建筑标准高度。布置船员起居处所和工作处所的甲板室位于机舱上部。灵便型散货船甲板室层数通常为5层，巴拿马型和好望角型散货船通常为6 层。2.4 货舱数量货舱数量的确定需考虑使用要求、装卸

12、效率、结构强度、规范要求、破舱稳性等因素，货舱数量多，增加了卸货时的清舱工作量，且不宜装载大件或长件。散货船的货舱数量一般按船长而定，单个货舱的长度一般不超过30m。2.5 积载因数散货船的积载因数视主要装载货物的种类不同有较大的差异，对装载轻货为主的船，积载因数可高达2.0m3/t。巴拿马型散货船对应满载吃水装载情况的积载因数一般只有1.231.28 m3/t。本船设计任务书要求为1.26 m3/t。2.6 起货设备中小型散货船为了能适应尽可能多的港口，大多设有甲板起重机，主要用于卸货。大型散货船和用于定线运输的散货船，一般不设起重机。2.7 货舱形式散货船针对主要装载散货的特点，为便于装卸

13、，其货舱有其特定的结构形式，通常都设有顶边水舱和底边水舱。这种形状的好处是装货时能将货舱基本装满，减少平舱工作量，卸货时能减少清舱工作量。设置的顶边舱和底边舱可用于装载压载水，增加了压载量，并提高压载重心，可增加压载航行的首尾吃水和改善压载状态的横摇性能。单舷侧结构顶边舱和底边舱之间的单舷侧部分是结构的薄弱点，加上此处舷侧外板上的构件均暴露在货舱内，在装卸货物作业中结构构件难免有被碰撞以及磨损、腐蚀等，导致散货船由于结构强度的不足而发生海难事故。因此，国际海事组织和国际船级社协会曾要求强制推行双舷侧结构，并对此做了大量的工作。双舷侧结构的不利之处主要是损失了部分舱容，结构钢料重量也略有增加。双

14、舷侧的不利因素影响到船舶的经济性，但从提高散货船安全性出发，双舷侧结构是有利的。双舷侧散货船的边舱宽度对舱容影响较大，为减少双舷侧结构对舱容的不利影响，一般希望双舷侧宽度小些，但其最小宽度应满足规范对检验通道的要求。考虑到单舷侧和双舷侧的利弊，也出现了采用混合式货舱结构，即一部分货舱采用双舷侧，另一部分货舱采用单舷侧。2.8 本章小结本章着重介绍了现阶段主流散货船的船型特征，从散货船用途、载重吨位、布置特点、货舱数量、积载因数、起货设备、货舱形式等角度进行总体把握和分析，从而为总体方案构思提供了参考的依据。由于新船不再需要满足巴拿马运河船闸对于船体主尺度的要求，故不再对巴拿马型散货船做特殊介绍

15、。第三章 新船主要要素选择3.1 主尺度选择主要要素初步分析一艘新船的设计，通常是从主要要素的选择开始，主要要素包括了主尺度和主要技术参数。主尺度涉及船舶的各项技术性能和经济性，是船舶设计中一项影响重大和决定性的工作。主尺度的选择必须满足基本技术要求：(1)重量和浮力是平衡的，即要求能正确估算空船重量；(2)舱容是足够的，即需要正确估算出新船所能提供的各种舱容；(3)主要性能是满足任务书要求的，要估算航速、评估操纵性等主要性能；(4)要满足法规相关内容的要求，例如最小干舷、完整稳性、破舱稳性等。船长的选择，在满足限制条件下，一般首先从浮力、总布置（舱容和布置地位）、快速性这三个因素来考虑。对于

16、载重型船舶，其中最基本的考虑因素是浮力，其次是快速性和布置地位。从经济性方面讲，船长对空船重量等造价因素影响敏感，船长选取短一些，可减轻空船重量，降低造价。散货船属于载重型船舶，其运输的货物主要为低值货，航速要求不高，因此无论从使用要求还是经济性考虑，散货船的船型必定是一种低速肥大型船舶，在主尺度不受限制的情况下，船长和长宽比值应该选取小一点，船体丰满一些。散货船的型深在满足最小干舷的前提下主要取决于舱容的要求。型深小量的变化对空船重量和航海性能影响都不大。在积载因数大致相当时，新船所需舱容基本等同于载重量的变化，在船长、船宽基本不变时，新船所能提供的舱容也就基本比例于型深的改变。船舶的设计吃

17、水是指夏季载重水线的吃水，也即为满载吃水。显然，在船舶设计中，满载吃水装载情况除须符合载重线法规以外，还应符合其他所有相关规范和法规的要求，如完整稳性、破舱稳性、结构强度等等，因为这些都与船舶的装载条件有关。在一定的船长、船宽和吃水下，方形系数的选择主要关系到排水量和阻力等性能。增加方形系数对空船重量和造价影响极微，因此，现代散货船设计中，为了增加载重量，方形系数的选取越来越大。但方形系数的增大对阻力性能影响很大，过大的方形系数也不利于操纵性能。因此，在取大方形系数的同时应采取相应的技术措施来弥补对性能的不利影响，例如在型线设计、推进装置、操纵装置等方面做细致的优化工作。3.1.2 排水量初步

18、选择第一次粗估排水量用载重量系数DW，DW可用母型船数据进行估算。=DWDW=DWDW00=8970075008×87786.17=104869.21t一般对于同类型的船舶，主尺度越大，载重量系数也越大，因此，上式估算的排水量可能偏大，具体将在更进一步的设计中进行调整。船长船长初步选择由母船资料换算，分别以75000t母船和115000t母船为参照求得船长：Lpp=Lpp0013=218×(8970075088)13=231.3mLpp=Lpp0013=248×(89700115000)13=228.3m由此可以判断，船长在230米左右。但由于船长越长，空船重量增

19、加较多，故初步选择船长为229米。船宽船宽的选择主要参照也是母型船资料。分别以75000t母船和115000t母船换算如下：B=B0013=32.26×(8970075088)13=34.23mB=B0013=43×(8970075088)13=39.58m由于75000t母船的宽度受到巴拿马运河的限制，所以，以115000t母船换算所得的B比较合理。但是考虑到L/B的要求尽量不超过6，而太小的船宽又会对舱容有较大的影响，故综合考虑后，取船宽为38米。方形系数和吃水方形系数的初步考虑从亚历山大公式出发，根据航速要求来估算。CB=C-1.68Fn式中C可根据母型船得到： C=

20、CB0+1.68Fn0=0.85+1.68×14.4×0.51449.8×218=1.119则CB=C-1.68Fn=1.119-1.68×14.5×0.51449.8×229=0.855由于考虑到需满足平衡式：=kLBdCB计算得吃水：d=kLBCB=13.67m考虑到吃水可能偏小，故适当减小方形系数来进行调整。现取吃水为13.8m，此时由平衡式计算得方形系数CB=0.847，基本满足要求。由于方形系数的减小，也可略微提高阻力性能。型深D的初步选择型深D的初步选择考虑用母型船进行换算。从货舱容积考虑，如果新船的货舱长度占船长的比例和

21、货舱部位及结构形式与母型船的差别不大时，可用下式估算：D=DoLoBoLBWccWcoco其中由于新船的载货量未知，所以用载重量DW近似代替Wc。分别用两艘母船计算得：D=DoLoBoLBWccWcoco=19.6×218×32.26229×38×75088×1.2689700×1.26=20.80mD=DoLoBoLBWccWcoco=19.6×248×43229×38×115000×1.2689700×1.26=18.59m考虑到75000t母船受到巴拿马运河的限制，船宽

22、较窄，型深较深，故估算出的新船型深也偏大，而115000t母船由于是单舷侧，而设计新船优先考虑双舷侧，故须在计算的基础上进行适当的调整。综合其他各因素考虑后，现取型深D=19.2m。主机初步选择根据母型船资料用海军系数法估算主机功率。P=Po023VV03海军系数法中P一般为有效功率，但同类船地有效功率与机器功率的比值一般相差不大，故直接用母型船的主机最大持续功率进行换算，得到新船的最大持续功率：P=Po023VV03=9480×104869.2187786.172314.514.43=10896.98KW考虑到新船和母型船相比，长宽比减小了，故阻力性能不如母型船，所以主机的功率需要

23、再有适当的提高。由于所用设计软件FreeShip可以计算出主机的功率，故在后面的设计中将会得出新船的主机功率，从而进行调整和重新选型。3.1.8主尺度小结主尺度的选择可以参照母型船、经验公式、统计公式等。本传主要根据母型船进行粗估，结果如下：考虑到主机功率在后面的计算中可能有较大调整，故先不列入表中。实际上在估算的过程中，不可能一次成功，所有的数据都是根据后面重量重心估算和舱容校核的结果等，结合误差的大小以及可能产生误差的原因，一遍遍的修改得到。例如最初船宽选择了39m，型深19.6m，但是考虑到这样空船重量比较大，超出了所给的精度范围，故进行了重新调整。3.2重量估算3.2.1空船重量估算空

24、船重量可以以分类的形式进行估算，这样相对于将空船重量分为船体钢料重量、舾装重装以及机电设备重量更准确。根据母型船资料，现在将空船重量分为主船体重量、上层建筑钢料及舱内设备、舱口盖及舱口围板、机电设备、外舾装设备、螺旋桨以及其他部分重量共七部分。3.主船体钢料重量主船体钢料重量的估算根据母型船，采用指数法进行计算。指数法考虑了各主尺度对于船体钢料重量影响程度的不同，从而计算结果更可靠。指数法计算结果如下：WH=CHLBDdCB+WC式中：WC=0，CH=WH0L0B0D0d0CB0，根据统计方法中=1.878，=0.695，=-0.189，=0.158，=0.197。最终计算得：WH=CHLBD

25、dCB+WC=11529.33t3.2.1.2上层建筑钢料及舱内设备重量上层建筑钢料及舱内设备重量的估算也采用指数法进行。W=CHLBDdCB+WC式中：WC=0，CH=WHL0B0D0d0CB0，根据统计方法中=1.878，=0.695，=-0.189，=0.158，=0.197。最终计算得：W=CHLBDdCB+WC=1035.29t舱口盖及舱口围板重量舱口盖及舱口围板的重量依据舱口盖面积与母型船成比例的原则估算，即采用平方模数法。估算过程中假设舱口盖的长、宽分别与船长、船宽成比例，则计算如下：W01=W010LBL0B0=644.2×229×38218×32

26、.26=797.11t机电设备重量按主机功率粗估得：WM=WM0PDPD00.5=930×10896.980.735594800.73550.5=997.19t3.外舾装设备重量由于外舾装主要布置在外部甲板，故可以考虑其与LB成比例，即按平方模数法粗估：W02=W020LBL0B0=304.3×229×38218×32.26=376.5t3.2.1.6螺旋桨重量按照螺旋桨的重量与主机功率成比例的关系进行估算，结果如下：W03=W030PDPD0=20×10896.989480=22.99t3.2.1.7其他部分重量其他部分重量也可粗略采用平方模

27、数法进行计算：W04=W040LBL0B0=551.2×229×38218×32.26=682.04t3.2.1.8空船重量小结载重量与载货量3.2.2.1人员、行李及食品先计算航行天数。新船续航力为24000mile，设计航速为14.5kn，则航行天数计算如下：n=2400014.5×24=68.97天新船人员定额为28人，人员重量按照每人63kg计算，行李按照每人45kg计算，食品按照每人每天3kg计算，则人员、行李以及视频重量为：W1=28×65+45+3×28×68.97kg=8870kg=8.87t3.2.2.2备

28、品及供应品取空船重量的0.5%作为备品及供应品的重量，即W2=0.005×15440.48=77.2t3.2.2.3淡水淡水取每人每天200kg计算，则计算结果如下：W3=0.2×28×68.97=386.21t3.2.2.4燃油燃油储备量根据所选主机功率以及其耗油量进行选择。对于本船，最初选择主机最大持续功率为10896.98kw。但是，根据上述主机选型的理论分析，由于海军系数法估算的不准确，导致主机功率偏小。这一点在后面用FreeShip进行航速计算时得到证实。经计算后，查阅MAN B&W柴油机选型手册并进行反复调整，最终选用MAN B&W G

29、60ME-C9柴油机，该柴油机主机最大持续功率为13400kw，转速为97r/min，耗油量为169.5g/Kwh。则燃油储备量计算结果如下：WF=g0P1tk=1.17×0.1695×13400×0.85×2400014.5×1.15÷1000=4299.5t.5滑油及污油水滑油机污油水的重量计算依据滑油及污油水的重量与燃油储备量成比例的原则，计算结果如下：WL=WL0WF0×WF=22.23152.72×4299.5=30.28t.6载货量载货量Wc=DW-Wi，计算得：Wc=84897.9t3.22.7载重量

30、与载货量小结3.3舱容初步计算与平衡（货舱段）3.3.1新船所需舱容3.3.1.1货舱所需舱容货舱所需舱容计算如下：Vc=Wc×ckc=84898×1.260.995=107509m33.3.1.2压载水所需舱容由规范要求，压载工况下，只需螺旋桨浸没即可。根据母型船数据，此时估算新船尾吃水为7.3m。根据压载工况下，纵倾不超过1.5%L，计算得尾吃水为df=7.3-0.015×229=3.865m,此时平均吃水d=7.3+3.8652=5.583m。根据估算公式：dBd=(B)CBCW其中：dB=5.583m，d=13.8m，=104896t，CB=0.947，由

31、于相似船CW对性能等各方面影响非常小，故新船的CW取于母型船相等，即有新船的CW=0.929。由此可以初步估算出压载工况下的排水量B=38859t。由于压载到港相比压载出港，其油水的存储量较小，则若要保证螺旋桨不出水，到港状态需要的压载量较多，故需要计算压载到港时得压载水量：WB=B-LW-W1-W2-0.1W3-0.1WF-WL=22844t所需压载水舱容积：VB=WBk=22277m3考虑到首尾尖舱可做压载舱，所以货舱段压载水取总压载水量的90%，则货舱段VBc=0.9×22277=20049m33.3.1.3油水舱舱容货舱段内的油水舱主要是指燃油舱。燃油舱的容积计算中涉及较多的

32、系数，现一一说明。燃油密度根据资料取为0.98t/m3，容积折扣系数取为0.99，考虑膨胀，取膨胀系数为0.98.考虑可能在燃油舱中布置关系用于加热等用途，故再取系数0.97。则，此时可以得到燃油舱所需舱容Vow=WFk=4299.50.98×0.99×0.98×0.97=4662m3货舱段内，取总共需要的燃油舱容积的85%，即Vowc=0.85×4662=3963m3。3.3.2新船所能提供的舱容新船货舱段能提供的舱容按照母型船进行估算。（1）首先估算货舱段长度。新船LBP=229m，取新船全长LOA=235.4m。机舱长度可按照主机长度粗略估算：LM

33、=lm+C其中C可按照母型船进行估算：C=LM0-lm0=20-6.392=13.608m则有新船机舱长度：LM=lm+C=7.242+13.608=20.85m首尾尖舱长度根据其与船长成比例的原则，估算后根据下面总布置中所选的肋距进行调整后，取首尖舱长度为14.85m,尾尖舱长度为12.8m。则可得货舱段长度：LC=235.4-20.85-12.8-14.85=180.4m根据下面所确定肋位长度，调整为180.44m。（2）然后计算新船舱口盖的尺寸。估算过程中假定舱口盖的长、宽分别与船长、船宽成比例。则新船：舱口盖长L1=L10L0L=16.53218×229=17.6m舱口盖宽B

34、1=B10B0B=18.632.26×38=17.6m舱口盖高与母型船相同，即为2m。同理得第1号货舱的舱口盖的尺寸为17.6×15.78×2m。（3）再根据母型船估算新船可以提供的舱容。母型船货舱段的总舱容大致为其货舱段燃油舱、货舱以及压载水舱的总容积：VC0=90257.65+2366.56+17248.61=109872.82m3母型船舱口部分的容积为：VC1=2×16.53×15.8×6+2×16.53×13.4=3577m3则去除舱口盖部分的货舱容积为：VC2=109872.82-3577=106295.

35、82m3则用VC2LC0B0D0来近似表示母船货舱段的丰满度系数。新船的货舱段总容积为：VC=VC2LC0B0D0LCBD+V=132765m3舱容计算小结及舱容平衡根据任务书精度要求，舱容误差需控制在1%内。将货舱段上述各舱室所需舱容和能提供舱容汇总如下：3.4本章小结主尺度选择的一般流程见如下流程图：注意到（1）初始拟定的主尺度后，估算空船重量可以较为粗略，重力与浮力的平衡精度可粗一些。由于后续的舱容校核和性能等校核都有可能重新调整主尺度，重力和浮力的平衡又会被打破，因此只要将不平衡的情况记下，在后续调整尺度时一并考虑。（2）校核舱容和布置地位仅依靠几个主尺度是难以进行的，因此，在有了一个

36、重力和浮力初步平衡的主尺度以后，需要进行粗略勾画总布置草图，其目的是为了估算舱容，进行舱容平衡。（3）舱容不平衡需要调整主尺度时，还应注意最小干舷的要求，以便综合考虑主尺度调整的方案，此时综合考虑的因素至少有重力和浮力的差别、舱容以及最小干舷的要求。（4）在此阶段的主尺度虽然尚未进行性能方面的计算校核，但是从尺度比和方形系数等所选择的参数中，也应对新船的基本性能与母型船等资料进行对比，做出一些判断，以便在调整主尺度时能考虑和综合更多的因素。（5）主尺度选择要考虑综合因素，要平衡各种矛盾，因此需要根据实际情况来灵活处理，设计工作强调的是综合分析问题和合理解决问题。（6）经过迭代和修改，最终选择的

37、主尺度应该是能较好的兼顾各方的要求。为了优化设计方案，还需进行必要的论证、对比工作。第四章 新船总布置设计4.1主船体的区划本船为设计载重量89700t的散货船，原则上主尺度不受巴拿马运河第一、第二船闸限制。由于第54 届环保会决议修订的MARPOL73/78附则I新增“第12A条燃油舱保护”，故本船设计过程中应着重考虑因燃油舱保护引起的总布置变化。此外，还需着重考虑双底、双舷侧对本船的重量重心以及舱容的影响。总之，应综合考虑各方面情况，做出合理的选择。本船设计过程中的参考母型船为一艘75000t巴拿马型散货船（无燃油舱保护、双舷侧）和一艘115000t散货船（有燃油舱保护、单舷侧）。散货船主

38、船体的纵向区划为：首、尾尖舱、机舱和货舱，垂向区划仅为双层底和一层连续甲板。进行主船体区划时，首先应确定各区域的肋距。规范虽然对普通肋距有一个标准肋距，但实际设计中通常是综合结构强度、钢料重量和布置要求等因素来考虑选择各区域的肋距。一般散货船货舱段的船底结构是取3个肋距设置一个强框架，甲板结构取6个肋距设置一个强框架，因此货舱段的肋位数最好为3和6的倍数。本船根据各舱室长度，现取肋距如下： 首尾尖舱尾尖舱的作用一方面起到保护机舱，另一方面可将消瘦的尾端分割出来，用于布置尾压载舱，尾压载舱可用于到港工况的浮态调整（弥补油水消耗后重心前移产生的纵倾矛盾）。防撞舱壁之前的区域为首尖舱，由于船首是碰撞

39、发生概率最大的区域，规范要求任何船舶都必须设置首尖舱，且要求首尖舱碰破后不会导致船舶沉没。因此，首尖舱的长度不能太长也不能太短，首尖舱太短使保护范围过小，太长可能碰破后直接导致船舶沉没。为了使货舱长度尽可能大些，增加舱容利用率，首尖舱长度在许可且布置合理的情况下，可考虑取短一些。首尖舱的下部一般布置为首压载舱，上部为储物舱，在首楼部分可作为缆索舱。本船船尾-#11肋位为尾尖舱，#250肋位-船首为首尖舱。首尖舱14.25m，尾尖舱12.8m。4.1.2机舱机舱的长度主要与要求的机舱的布置地位有关，应该根据所选主机的情况进行讨论。机舱长度的选择在散货船设计中是一个很重要的考虑因素。从经济性方面考

40、虑，尽可能地缩短机舱长度，可提高舱容的利用率，但从用船来说，过短、过小的机舱对设备的布置和设备维修带来困难。因此必须尽最大的可能处理好这些利弊和矛盾。尾机型船的机舱下部很窄，而上部很宽，为增加布置地位，机舱区域应根据高度设置若干层平台。本船机舱为#11-#37肋位之间，长20.85m。机舱设有二层平台，上层平台布置了集控室、柴油舱和日用油舱及沉淀油舱等，下层平台布置了三台发电机组以及一个燃油舱。4.1.3货舱散货船货舱长度占垂线间长的比例约为80%83%。在初步确定机舱和首尾尖舱后，货舱长度就是船长减去首尾尖舱和机舱的长度。巴拿马型散货船货舱数量一般为7 个，单个货舱的长度一般不超过30m。货

41、舱的区划一般以均匀舱长来布置。货舱段的侧边舱包含底边舱、舷侧边舱和顶边舱，各舱室都需要慎重考虑，以满足货舱、压载水舱、燃油舱的舱容要求。同时还需要考虑到结构的问题。需综合考虑后决定。考虑到本船6、7货舱顶边舱作为燃油舱使用，故为了满足燃油装载需求，此两段货舱的长度较2、3、4、5货舱更长。同时由于首部型线变化比较剧烈，故1货舱作了部分调整。本船货舱段为#37-#250，货舱总长187.44m，共7个货舱，1货舱长23.76m，2-5货舱长26.4m，6、7货舱长29.04m。4.1.4双层底双层底对船舶具有直接的保护作用，因此规范对一般船舶都有设置双层底的要求。本船双层底的设置范围是从尾尖舱壁

42、至防撞舱壁。双层底的最小高度需满足入级规范对双层底中桁材最小高度的要求。由于双层底内不能设置燃油舱，货舱区域的双层底一般只用于压载舱，考虑到燃油舱布置问题，货舱区域的双层底高度可取小一些。允许机舱区域的双层底高度不同于货舱区域。这主要考虑了主机基座安装的要求。机舱双层底内布置了轻柴油舱、滑油循环舱、舱底水分离舱、燃油溢油舱、燃油和滑油的油渣舱、舱底水舱等。根据规范对散货船双层底高度要求有：h=25×B+42×d+300=1829.6mmh=3820×1000=1900mm实际取1900mm作为本船双层底高。4.1.5首楼为减小甲板上浪，保护舱口盖等甲板设施，增加船

43、舶首部的储备浮力，IMO 和IACS 都对散货船提出了设置首楼的要求，本船也设置首楼。首楼的最小长度法规未明确规定，但首楼长些可增加首部储备浮力。考虑到设置首楼的另一个作用是保护第一货舱舱口盖减少波浪的冲击，因此首楼尾端应尽可能靠近No.1 货舱。本船首楼长度17m，距第1货舱舱口围壁前端的距离为2.57m。4.2货舱布置散货船时载重型船舶，对于舱容，首要满足的是有足够的货舱舱容装载货物，所以，设计的时候要时刻注意考虑有足够的货舱舱容。新船货舱段双层底、底边舱、舷侧均不可布置燃油舱，故考虑在临近机舱的第6、7货舱的顶边舱布置燃油舱。但这样减少了这两个货舱的舱容。本船按照任务书要求，考虑采用双舷

44、侧结构。由于双舷侧边舱宽度对货舱舱容影响较大，边舱对破舱稳性基本没有贡献，双舷侧边舱的最小宽度应满足最小检验通道的要求，故再参照母型船及相关规范的基础上再做选择。首尾端的货舱因型线收缩，边舱的纵舱壁采用折线过度。散货船货舱的横舱壁都采用槽型舱壁，槽型舱壁的好处是舱壁上没有骨架，有利于散货的装卸，减少清仓工作量。故本船采用槽形舱壁。对于由于槽形舱壁附近会布置部分梯道等，故因此会占用一部分舱容。在初步估算舱容的时候，将每舱的舱长减少0.4m用于布置该设备。散货装卸时有休止角因此散货船在货舱口两侧设有顶边舱，顶边舱的倾角应小于休止角，可减少货物的移动。货舱底部两侧的底边舱倾角应大于休止角，可减少卸货

45、时的清仓工作量。顶边舱和底边舱的空间用于压载舱。散货的休止角视货物的物理性质而定，一般铁矿石和煤炭的休止角为35o45o，谷物的休止角通常为35o37o，干燥谷物约为30o31o。因此，散货船顶边舱的倾角一般为30o，底边舱的倾角一般大于35o。本船顶边舱倾角取为30o。底边舱倾角取为35o。货舱布置的另一个重要内容是确定货舱开口和舱口盖尺寸。本船采用侧移式舱口盖。这种形式由于舱盖的开启是平移运动，因此舱盖的开启装置很简单，盖板数量少，结构简单，启闭可靠性好。但是要求货舱开口不能大于B/2。侧移式舱口盖是侧向开启的，因此舱口的前后端无需舱盖的收藏地位，相邻两个货舱开口之间只需留出横向通道和舱口

46、围结构的布置地位即可。综合考虑后，现将货舱段剖面图绘制如下：本船舱口盖已在第四章设计，具体参数如下：4.3油水舱布置 压载舱布置为保证压载工况的航行性能，散货船需要足够的压载舱。散货船上能用于布置压载舱的地位除首尾尖舱以外，主要是货舱区域的双层底舱、底边舱、顶边舱和双舷侧边舱。在重压载工况，可使用某个货舱作压载舱。由于舷侧部分是结构的薄弱点，加上装卸过程中对单舷侧构件的损坏以及舷侧的腐蚀问题，故本船使用双舷侧结构。双舷侧的使用会减少货舱的舱容、增加结构重量，故在满足最小检查通道要求的基础上尽量减小舷侧的间距。对于双舷侧的船，由于舷侧边舱宽度较小，容积有限，因此是否用于压载舱还有其他的考虑。由于

47、舷侧装载压载水会加快舷侧的腐蚀，故本船舷侧留作空舱。根据燃油舱保护的规定，货舱段双层底舱不能布置燃油舱，故用于压载舱。考虑到压载管系的布置和维修地位，通常在货舱段双层底的中部还设有管弄，形成箱型中桁材结构。散货船压载舱布置的另一个重要考虑因素是影响总纵强度的静水弯矩。通常，大型散货船各种装载工况中，最大静水弯矩出现在轻压载工况（中拱）。因此如何减少轻压载工况的静水弯矩也是散货船总体设计中应予以重视的一个问题。要减小轻压载工况的中拱弯矩，就希望增加船中部的压载量，适当减少首端的压载量，然而这样的考虑会影响到中部货舱的容积，显然又是一个矛盾的问题，设计的优化就是在矛盾中寻找最佳的平衡，其最重要的考

48、虑因素仍然是船舶的综合经济性。对于本船，综合考虑上述各因素后，将货舱段双层底、底边舱、首尖舱、尾尖舱以及1-5货舱的顶边舱作为压载舱。 燃油舱布置法规要求总容积大于600m3 的船舶，燃油舱必须保护。对于本船，各燃油舱均需要进行保护，因此不能布置在舷边或双层底内。燃油舱除少部分可布置在机舱区域以外，大部分的燃油舱需设置在靠近机舱的货舱区，可适当加大货舱区的顶边舱来布置燃油舱，并在舷边设隔离舱。本船就通过增大6、7货舱顶边舱的高度来增大舱容，以便可以装载所需的燃油。还有一个燃油舱设置在机舱。考虑到母型船是没有燃油舱保护的，所以，在最初决定主尺度时便已经通过型深等尺度的调节来解决燃油舱布置中的问题

49、。 淡水舱布置淡水舱通常布置在靠近船员生活区的主船体内。本船参照母型船，将淡水舱布置在船体尾部。本船还设有一个蒸馏水舱，位于淡水舱旁边并单独存储。4.4生活和工作舱室布置上层建筑各层甲板的布置包括：生活舱室、工作舱室、储藏室以及通道、梯道的布置。本船生活和工作舱室和母型船相似。4.5舱容详细校核从Freeship软件可以导出指定位置的型线（亦可从型线图得到）。将各横剖线导入AutoCAD，通过构建面域和测量面域得到各个舱室截面的面积与形心位置，再用梯形法或辛式法计算舱容。画出总布置图后，对于型线变化不是很剧烈的舱段，可取较少剖面进行估算；对于型线变化剧烈的舱段，需要获得更多的剖面进行估算。在实

50、际估算的过程中，由于刚开始软件模型建立不够完善，未使用图形法对1、7货舱进行计算。对于1、7货舱容积，利用母船进行估算。即认为新船和母船相比较，各船第1（或7）货舱的容积与第4货舱的容积的比例大致相等，利用母船的数据对新船进行估算，并与通过图形法计算的结果进行比较，得到最终结果。估算过程中，考虑到第7货舱顶边舱因作为燃油舱而进行了加大，故扣除加大部分的容积。现将舱容校核结果小结如下：4.6本章小结本章对新船的总布置进行了较为详细的规划，并将其一一在AutoCAD中进行绘制。总布置设计中包含众多船舶建造的必要信息，同时也是后续详细设计的基础。本章中还根据在FreeShip中所建立模型，参照总布置

51、图后，进行了较为详细的舱容估算，为后续设计以及之前主尺度的调整等提供了更加可靠的依据。第五章 新船型线设计5.1型线设计概述横剖面面积曲线修改方法是传统的船型设计最常用的方法之一，通常将母型船的各站横剖面面积沿纵向移动一定距离，实现浮心位置、平行中体长度和棱形系数的修改，从而在保留母型船基本性能的情况下得到新船的横剖面面积曲线。根据修改参数的不同，有多种横剖面面积曲线修改方法，如1-Cp 法、Lackenby 变换等。本课程设计先建立母型船模型，再采用Lackenby 方法变换得到目标船型线。与1-Cp 法相比，Lackenby 变换可同时修改浮心位置、前后体菱形系数、平行中体长度等因素，但计

52、算复杂，需要编制程序通过计算机迭代计算来实现，本课程设计通过Freeship Plus 软件完成。本船在母型船船体曲面的基础上，通过Scale 或Move 得到满足设计尺度的船体曲面，再通过Lackenby 变换得到满足设计要求的船体模型，为后继的计算做好准备。5.2型线图及型值表在FreeShip中建好模型后，导出所需要各剖面的型线，在AutoCAD中进行型线的修改和光顺。由于在FreeShip建模时未将首楼建入模型，故这部分还是在AutoCAD中进行修改。详见附图。5.3本章小结型线图的绘制在过去是一个复杂的工作，需要花费大量的时间来完成。但是现在依靠计算机，可以有更加简便的方法进行。在F

53、reeShip软件中建好模型后，根据要求导出每一个需要的剖面，并对不光顺的型线进行光顺，最后综合整理后便得到完整型线图。值得注意的是，在建模的过程中，需要认真研究模型的尺度、表面的光滑程度以及辅助网格的形状等，并逐步调整使得最终得到较为完善的模型。在型线图的绘制过程中，计算机导出的型线可能存在较多的重叠或者是不完善的地方，需一一加以区分，并加以标注。由于在建模时并未将首楼建入到模型中，故此部分在型线图中进行修改和完善。未建首楼对后续的性能计算影响不大。第六章 性能计算根据设计任务书要求，需要完成下列主要性能计算：最小干舷计算；航速计算；登记吨位计算；静水力性能计算；典型装载情况的浮态和稳性计算。6.1 最小干舷计算法规规定夏季最