船舶设计原理dut打印

1、1 总体设计及其重要性：总体设计解决设计中的一些最基本的问题，研究的内容有确定设计船的建筑与结构形式，决定设计船的主要尺度及船型参数，确定航速和主机功率，进行总体布置，设计船体型线等。这些问题对船舶的各项技术性能和经济性能有决定性的影响，对船舶质量的好坏起决定性的作用。一艘船如果总体设计不合理，则局部设计无论如何努力，一般也是难于改变这种不合理的现状，所以总体设计在整个设计工作中占据重要的地位。2 初步设计包括哪些内容：确定与船舶的技术经济性能关系最大的一些项目，如船的主要尺度，船型系数和排水量，船体型线，建筑形式及总体布置，基本结构，主辅机及主要装置系统等，同时对船舶的主要性能诸如航速，稳性

2、，舱容等进行计算或者估算；/绘制型线图，总布置图，中剖面结构图及机舱布置图等主要图样，编制总说明书，主要设备系统布置图，主要材料规格及舾装，机电等设备清单3现阶段船舶设计分哪几个阶段: 制定设计技术任务书; 报价设计; 合同设计; 详细设计; 生产设计。4 设计方法（从方法论的角度）：母型法:即在现有船舶中选取一条与设计船技术性能相近的优秀船舶作为母型船，将其各项要素按设计船的要求用适当的方法加以改造变换，即得到设计船的相应要素。由于有经过了实践考验的母型船作为新船设计中的借鉴，因此 使新船的设计有了一个具体的实践基础。在此基础上，设计者能够比较准确地抓 住设计船的主要矛盾，比较容易地确定设计

3、船的改进方向及措施，比较有把握地 选取设计船的各项技术参数，因而不但使设计工作大为简化，而且还可以提高准 确程度，减少逐步近似的次数。 统计法:应用一些同类船舶的统计资料，例如统计公式或统计图表，这些公式及图表是从一定类型的大量船舶的有关资料中统计归纳出来的，能反映出该类 船舶的一般情况。公式和图表所给出的数据，大约相当于所统计船舶的平均值。 因此各种统计资料所反映的，都是一定类型船舶的一般规律，能够代表一个总的 趋势，至于个别船舶的具体特点，它却反映不出来。这一点，在应用统计资料时 应当注意。应用与设计船同类型船舶的统计资料，可以使设计者了解到该类船舶 的一般情况，便于选择设计船的各项技术参

4、数。5 设计工作遵循的基本要求: 适用; 经济; 安全; 环保；美观。6 船舶设计技术任务书包含的内容: 1.航区、航线(海船按船稳性规范划分为遮蔽、沿海、近海和无限航区;内河船舶航行区域根据水文和气象条件划分为A、B、C 三级); 2用途(客船、货船); 3船型(设计船上层建筑形式、机舱部位、甲板层数、货舱划分、推进方式、装卸方式及是否采用球鼻首); 4船级; 5船舶主要尺度及型线; 6船体结构(结构形式、材料、特殊加强、甲板负荷、船舶振动等要求); 7动力装置; 8 航速、续航力; 民用运输船为要求达到的满载时航速度；续航力:在规定的航速或主机功率下(民船通常按主机额定功率的 85%-90

5、% 的螺旋桨设计点时)，船上所携带的燃料储备可供航行的距离。 自持力:船上所携带的淡水和食品可供使用的天数。9船舶性能; 10船舶设备; 11船员配备及其舱室设施。7 船舶重量分类 1) 船在某载况下的总重量即为此时的排水量 ，它是空船重量与相应载况时的载重量之和2) 空船重量：船建成后的交船重量，包括钢料重量，木材舾装重量，机电设备重量和在设计过程中还要考虑一定的排水量储备，有些船上还要加固定压载。3) 载重量：包括货物、旅客及其行李、船员及其行李、燃油、滑油及炉水，食品、淡水、备品及供应品等重量4) 载货量：等于载重量DW减去油水等消耗品重量之和5) 空船排水量：船建成后交船时的排水量；空

6、载排水量：船上不载运货物、旅客及其行李载况下的排水量 满载排水量：船上装载了预定的设计载重量的载况下相应的排水量；最大排水量：重载时对应的排水量6) 载重量系数：载重量与排水量之比; 8 空船重量的估算: 1）、空船重量估算的重要性: 大多数船的空船重量占整个排水量的30%以上，有的船(如客船、拖船、渔 船)此比例达70%95%，可见空船重量的准确计算对保证设计质量的重要性。 2）、估算方法: 在设计初期，可用载重量系数法、分项估算法、母型换算法及统计法来估算空船重量。 母型换算法:找一条或几条与设计船在布臵、结构及性能等方面相似或相近 的同类船，依照母型船的有关资料来求设计船的有关数据，它得

7、到的是一个具体 的数据或者事物。 统计法:依据大量的同类型船舶的资料，经过数据统计分析而得到的统计公 式、图表或统计范围，它反映的是该类型船舶的统计平均值。 分项估算法:船体钢料重量Wh的分析及估算；木作舾装重量Wf的分析及估算；机电设备重量Wm的分析及估算3）、影响船体钢料重量的因素; 1 船舶主要尺度及系数; 船长L、船宽 B 、型深 D 、吃水 d 、方形系数Cb； 注:(1)船的各要素对 Wh 的影响程度是不同的 (2)对大船与小船，其主要尺度对 Wh 的影响程度也是不同的 2.布置特征; 3.船级、规范、航区; 4.结构材料。 船体钢料重量的估算方法: 1.百分数法; 2.立方模数法

8、; 3.平方模数法; 4.平方-立方模数法; 5.分项细目换算法。6.修差法 7.每米船长重量法 8.百分数法：假定船体钢料重量Wh与满载排水量成正比（Wh=Ch*， Ch为钢料重量占的百分数，称为钢料重量系数）钢料重量系数按母型船或同型船统计值选取。平方模数法：假定船体钢料重量正比于船体结构部件的总面积，总面积用L、B、D的某种组合表示（Wh=ChL(B+D)）立方模数法：假定船体钢料重量正比于船的内部总体积，并以LBD作为内部总体积的特征数则有（Wh=ChLBD）平方-立方模数法：Wh=ChL(B+D)+LBD 混合模数法分项细目换算法：若设计者有相近母型船船体钢料重量的详细资料，按设计船

9、的总布置草图，利用分项目换算法可得到较准确地设计船船体钢料重量。修差法：根据设计船和母型船主要尺度的差别进行修正得出新船的Wh值。每米船厂重量法：当设计船和母型船都具备船中横剖面结构图、型线图、和总布置图时。假定主船体构件的总重量正比于船中部每米长度重量和船长Lpp，并以考虑船体丰满度的影响。2 影响木作舾装重量的因素：a.与船的排水量和主要尺度有关的重量 b.与生活设施的标准、船员或旅客人数有关的重量 c.与船的使用特点有关的重量 d. 特殊要求的重量木作舾装重量的估算方法：1.百分数法; 2.立方模数法; 3.平方模数法 4. 分项换算法3 机电设备重量的分析和估算：分析：对于同类型船舶机

10、电设备重量主要取决于主机功率；可以计算项目的重量；其他估算方法：粗估方法；逐项比较法9 载重量计算： (一)、基本概念： 用 DW 表示，其包括：货物、旅客及其行李；船员及其行李，食 品和淡水；燃油、滑油、炉水；备品及供应品。 （二）、确定DW 的方法： 1、设计任务书给出； 2、变载重量法-DW=-LW； 3、载重量系数法DW=； （三）、分项估算： 1、燃油重量估算： 2、滑油重量估算： 3、炉水重量估算： 4、 人员及行李、食品、淡水重量估算： 5、备品及供应品重量估算： 2、 重心估算： 通常船舶重心的估算主要是估算重心的纵向坐标 Xg 和重心高度 Zg。Xg 关系到船的浮态，即主要影

11、响船的纵倾；Zg 主要影响船的稳性。 （1） 、重心垂向高度Zg 的估算 重心高度储备： 设计初始阶段，空船重量通常除要有适宜的排水量储备外，对重心高度也应 有一定的储备，特别是对于那些稳性要求比较高或者稳性不易满足的船舶更应加 以注意。一般是将储备排水量的重心高度取在空船的重心处。有时考虑到重心估 算的误差及将来可能发生的重量变化，从提高船的安全性考虑，往往将整个空船 （包括排水量储备）的重心提高 0.5m-0.15m，作为新船重心高度的储备。也可 以根据Wh、Wf 及Wm 重心高度估算的结果，分别取各自的重心高度储备。 (二)、重心纵向位置Xg 的估算： 1、在设计初期，重心纵向坐标Xg

12、的粗略估算，可以认为与船长成正比 例，即Xg=LPP，其中系数可取自母型船。 2、 当有母型船的详细重量重心资料时，重心纵向位置也可分项换算。10. 船舶容量1) 船舶容量 船舶舱室容积和甲板面积的总称。 2) 货物的积载因数 每吨货物所需的货舱容积单位为m3/t 重质货物的积载因素小对船舶的货舱舱容要求低对船舶起主要作用的因素是载重量积载因数在1.4以下 轻质货物的积载因数大对船舶的货舱舱容要求高船的主要尺度相对也大积载因数在1.4以下。3) 包装货 在运输中是用箱子、桶和袋子等包装起来的散装货 如矿石、煤炭、谷物、散装水泥等运输时不用包装而直接装在货舱里，此类货物称为散装货。4) 型容积利

13、用系数 货舱、油舱、水舱的有效装载容积与其型容积之比称之为型容积利用 系数kc。kc的大小表示舱容利用率的高低。11. 载重型船所需型容积1.货舱所需容积Vc2.4. 机舱所需型容积Vm；5.其他舱（其他舱指指首尾尖舱和轴隧室等）所需型容积船主体各舱室所需要的总型容积Vh为Vh=Vc+Vvw+Vb+Vm+Va-VnVn为上甲板以上装货的容积。12. 容积估算1) 经验公式估算法12 局部区域提供的容积估算a.b. 油船货油区提供的容积估算 货油区总容积：货油区范围型线所包围的容积 货油舱容积：货油区范围，由内壳板、内底板、主甲板围成的空间容积2） 按型船资料换算设计船的舱容3） 按初步绘制的型

14、线图和总布置图计算舱容13.=Vc+Vvw+Vb+Vm+Va-Vn 反映了设计船容量与主要尺度和各系数间的关系，称为容量方程式14. 容量图：表示全船舱容大小及分布，是以船长为横坐标，各舱的横剖面面积为纵坐标绘制成的曲线容量图是按着总布置图、邦荣曲线图和型线图绘制出来的。根据邦荣曲线图可查出双层底、各层甲板及平台高度处各站的横剖面面积，选择适当的长度和面积比例，然后在长度方向上画出船长及各舱室长度在高度方向上画出各舱室不同高度处对应的横剖面面积值，最后分别把双层底和各层甲板及平台高度处各站面积值连成曲线得到容量图。利用容量图可以计算出货物、油水的重量及其重心的纵向位置，所以它是纵倾调整、浮态及

15、稳性计算的辅助资料。15.第4章 排水量及主要尺度确定一、 船舶的排水量、主要尺度（长、宽、型深、吃水等）以及船型系数（方 形系数、棱形系数、水线面系数、中剖面系数等）统称为船舶主要要素；二、选择船长考虑的主要因素： 1、船长对阻力的影响： （1）、剩余阻力随船长的增加而减少； 摩擦阻力随船长的增加而增大； 不同航速时，摩擦阻力和剩余阻力占总阻力的比例是不同的，所以 船长对阻力的影响随船速不同而不同。 对低速船（通常 的船）来说摩擦阻力占总阻力比例很大， 所以总阻力随船长增大而增加，较短的船长可以获得较低的摩擦阻 力，其最低阻力船长较短； 对高速船（ 的船）因剩余阻力占总阻力的比例很大，所以总

16、 阻力随船长的增加而减少，较长的船长可获得较低的剩余阻力，其最 低阻力船长较长。 （2） 、临界船长： 对中高速船（Fn 不十分低的运输船），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L opt ， （3）、经济船长： 由于增大船长，船体钢料重量将显著增加，从而引起船的造价及与 造价相关的营运开支增加，对经济性不利。因此民用运输船从营运 经济角度出发，常选用阻力稍有增加的较短船长，称其为经济船长 Le。 2、使用条件及建造条件对船长的限制； 3、总布置对船长的要求； 4、船长对操纵性、耐波性、抗沉性的影响； 5、船长对重量及造价的影响。 三、选择船宽考虑的主要

17、要素： 1、船宽对稳性及耐波性的影响： （1）、船宽对初稳性影响 增加船宽 B 对改善初稳性有显著效果。 （2）、船宽对大角稳性影响 增加船宽除可增加初稳性高度外，还对增加大倾角时的 恢复力臂起很大作用。船宽增加时出水及入水楔形体积 静矩也增大，因而使船的形状稳性臂增大。 2、船宽对阻力的影响； 3、使用条件和建造条件对船宽的限制； 4、总布置对船宽的要求； 5、满足浮力要求。 四、选择吃水考虑的主要因素： 1、吃水对快速性的影响： 增加设计吃水可加大螺旋桨直径，提高其效率；吃水增加可加大 螺旋桨的埋水深度，可降低空泡，有利螺旋桨工作； 选用大一些的吃水对螺旋桨工作性能有利； 同时加大吃水，可

18、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。 2、航道及港口水深对吃水的限制； 3、满足浮力要求。 五、选择型深考虑的主要因素： 1、型深对稳性的影响； 2、型深对总强度及造价的影响； 3、型深对容量、布置及使用性能的影响。 六、选择方形系数考虑的主要因素： 1、方形系数对阻力的影响： 对摩擦阻力影响较小，对剩余阻力的影响较大； 对剩余阻力的影响较大； 下图为由船模试验所得的低速船的单位排水量总阻力 Rt/与 方形系数C b 的关系曲线（1） 、最佳方形系数： 当F n 一定时，在F n 等值曲线上可找到一个R t /最小即阻力 最低的方形系数，称为最佳方形系

19、数C bopt ； （2） 、临界方形系数： 在 F n 等值曲线上还可找到一个阻力显著增加的方形系数， 称为临界方形系数C bk ； （3） 、经济方形系数： 当一定时，选用接近于临界的C b ，主要尺度可适当减小，对降低造价有利， 但阻力会有所增加。特别是当 C b 超过临界值时，因阻力剧增，以致为达到规定 的航速不得不增大主机功率，燃油消耗及燃料开支都要增加，对经济性反而不利。 若选用最佳方形系数，虽因船体尖瘦，剩余阻力可望减小，但为保持一定，主 要尺度将增大。这将使湿表面面积增大而导致摩擦阻力 R f 增加，而且船体钢料 重量增加，以致造价增大。这就需根据具体情况进行综合分析，得出经济

20、上有利 的C b 值，该方形系数称经济方形系数C be 。 对于中速以上，尤其是高速舰船，通常选用最佳方形系数C b 。 2、满足浮性方程式； 3、对布置的影响； 4、对船体重量及载重量的影响。 综上，船长和船宽是对各项性能影响最大也是决定船舶质量的最重要的主要尺度。 七、确定船舶主要要素的基本思路及流程图: (1) 、解决布置型主要尺度确定问题的一般思路: 首先根据总布置要求初步拟定长、宽及型深的最小值，然后根据尺度比的适宜值对长、宽、型深做适当调整，计算重量，选择吃水，计算方形系数，调整各有关数值，使尺度绝对值、尺度比及方形系数要协调，然后进行性能校核。如不满足要求，还须调整主要尺度，如满

21、足了即可结 束或做经济分析。 图5-7(a)、(b)所示框图就是解决这类问题的两种流程。 (2) 、解决非布置型主要尺度确定问题的一般思路: 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。 图5-7(c)所示框图就是这类问题的典型流程之一。 (3) 、总结: 船的主要尺度及船型系数是相互联系相互制约的，船长、船宽、吃水、 方形系数及排水量之间既以浮性方程式相联系，又以重量方程式相联系，重量与浮力还应平衡，确定下来的一组主要要素最终要满足对设 计船的各项要求，所以确定船舶

22、的各主要要素并不是孤立的一个个单 独确定的，而是从它们的普遍联系出发，分析相互间的关系，通过一 定的逐步近似过程，揭示和解决所遇到的各种矛盾，在相互联系中逐 个地或同时地把各要素确定下来。 确 定 布 置 型 船 舶 的 主 要 要 素 载 重 型 或 非 布 置 型八 重力与浮力平衡的作法: (1) 、作法一: 改变载重量(变排水量法) 保持浮力不变，也就是保持 L,B,d,C b 不变，改变船舶的载重量，从而改变 Wi，使其与浮力达到平衡。当设计船对载重量没有十分严格的要求时，这种 作法是最方便的。 (2) 、作法二: 保持载重量不变(固定载重量)改变浮力: 这种方法就是改变L,B,d,C

23、 b 等主要要素，则与浮力相关各部分重量也发生变 化，即Wi 中空船重量相应也发生变化，这要通过若干次逐步近似，使它们 达到平衡。只改变方形系数Cb诺曼系数法 1、 作为这种平衡方法的最简单的一种是用方形系数C b 平衡。按重力等于 浮力求出C b ，即C b= Wi/LBd k。这种方法较为粗糙，因为有的重量也 与方形系数有关，完全不考虑方形系数对重量(例如对船体钢料重量) 的影响是不恰当的。 2、 当空船重量LW与要求的载重量DW之和与由主要尺度确定的排水量 不相等时，使DW具有增量 DW=LW+DW- =DW-( -LW)，为满足重力 与浮力平衡的要求，因而排水量也必有增量 。排水量变化

24、后，与 排水量相关的空船重量也相应发生变化，这又得引起排水量的近一步 增加，所以必然是3、 诺曼系数: (1) 概述: 在上式中，令 称N 为诺曼系数(它是由法国工程师诺曼提出)，亦称排水量增量系数。 (2) 物理意义: 该系数恒大于1.0，这说明排水量的增量永远是大于已知重量(与 排水量变化无关)的增量。 诺曼系数 N 的具体表达式是由以排水量为变量的代数形式的 重量方程式求排水量增量 得出的。 (3) 作用: 既可用于排水量确定时的重量与浮力平衡，也可以用于按母型船 考虑重量变化时直接确定设计船排水量。九、性能校核: (一)、性能校核概述: 在确定排水量和主要尺度阶段，性能校核一般包括稳性

25、校核、航速校核、干舷校核、容量校核，如有需要，还要进行横摇周期、 振动频率、回转半径的校核。 第五章型线设计 1、 型线设计需要考虑的问题：保证设计船具有良好的性能;与总布置及总体结构相互协调;使结构合理，施工、维修方便2、 型线设计的方法:改造母型法 自行设计法 数学船型法。3、 主要型线要素：概述： 船体型线设计就是决定船主体部分的形状，即露天连续甲板以下 部分的外板形状，包括水下部分与水上部分，而研究的主要方面是水下部分的形状。 定义： 表征船体外形特征的参数主要有： 1、主要尺度与船型系数，包括 Cb Cm D d B L 等； 2、横剖面面积曲线形状； 3、设计水线形状； 4、横剖线

26、形状； 5、首、尾轮廓及甲板线（甲板中心线、舷弧线）的形状。 其中25 可称为“型线要素”。 4、 横剖面面积曲线的形状特征可以用以下参数表示出来:1、横剖面面积曲线下的面积相当于船的型排水体积 V ； 2、曲线面积的丰满度系数等于船的棱形系数 Cp ；3、面积形心的纵向位置相当于船的浮心纵向位置 Xb ； 4、曲线的最大竖坐标值代表最大横剖面面积 Am ，通常是船中剖面面积（如 较丰满船）； 5、丰满船的横剖面面积曲线中部水平段长度即船舶的平行中体长度 Lp ； 6、平行中体前后的两段长度分别称为进流段长度 Le 和去流段长度 Lr ； 7、无平行中体船的最大横剖面位置； 8、曲线两端端部形

27、状。5、 棱形系数C p 的选择： 选取C p 时考虑的因素有： 1、 对阻力的影响; 2、对总布置与建造工艺的影响 3、与其他参数和船体型线的协调配合6、 浮心纵向位置的选择：对阻力的影响；有利于纵倾调整。7、 平行中体: 平行中体就是船中部设计水线下横剖面面积大小和形状完全一样的部 分，其长度通常用Lp 表示。8、 设计水线形状:概述: 设计水线就是船舶满载时的载重水线，其形状由水线面系数 Cw、 平行中体长度LP，半进流角iE、半去流角iR、漂心纵向位臵Xf 及 首尾端部形状等确定。设计水线形状对船舶阻力、稳性、耐波性 及型线光顺等方面均有影响。9、 船尾形状：1、常规船尾 方尾具有以下

28、优点: 方尾最突出的优点是能降低高速航行时的阻力，当 Fn>0.5 以后，阻力可 减少10%15%; 由于方尾比较丰满，有利于尾部上甲板、舵机舱和推进器的布臵; 方尾能增加稳性，便于施工。 但方尾亦有如下缺点: 在波浪中航行方尾要受到较大的冲击，尾部容易被波浪掀起而产生埋首现 象，从而导致舰艇在波浪中的快速性和适航性恶化; 倒车时阻力较大，并易使尾部甲板上浪或溅水，从而迫使降低倒车航速; 在低速时，方尾的静水阻力较大。 巡洋舰尾的优缺点正好与方尾相反。 2、球尾; 3、双尾鳍船型; 4、不对称尾及涡尾船型; 5、隧道船型; 6、纵流船型。 10、 型线设计及绘制方法：（需要熟练掌握）1、

29、概述： 型线设计与生成主要有自行设计法和改造母型法；（1）自行设计法： 首先要绘制船的横剖面面积曲线，使其特征参数符合设计要求。然后逐一绘制纵剖型线图的侧面轮廓线、半宽水线图的设计水线和甲板边线。再根据设计水线和甲板边线的半宽在横剖型线图上试绘横剖线，使各横剖线与设计水线所包围的面积符合所设计的横剖面面积曲线给定的数值。根据各横剖线再绘制各水线及纵剖线。绘图过程中，对每一条线和每一点都应使其在三面投影中相互协调。（2）改造母型法：比例变换法；移动横剖面变换法；1-CP法；勒根贝尔法；二次式变换函数法；迁移法。2、各种方法优缺点：试论述1-CP法的优缺点。优点：变换公式简单；能很好的满足设计船的

30、CP和Xb的要求；当母型船的横剖面面积曲线和水线光顺时，设计船的横剖面面积曲线和水线也一定光顺；能保持母型船的特点。缺点：平行中体的变化量取决于棱形系数的变化量，能独立变化前后体平行中体的长度； 最大平移距离在平行中体端部，设计船附加的排水体积纵向分布不能由设计人员来控制； 不能用于母型船无平行中体时缩减棱形系数情况。本方法一般用于有平行中体的丰满型船舶。（2）勒根贝尔法： 优点：对有或无平行中体的船都能适用；可保证平行中体长度不变，还可同时对母型船的棱形系数、平行中体长度和浮心纵向位置进行改造； 缺点：略去高阶项，结果不精确。3、二次式变换函数法： 能精确地推导出二次式的变换函数，具有计算方便、灵活、精度高的特点； 对棱形系数、浮心纵向位置及平