船舶设计原理第6章

船舶设计原理(Ch6)§6-1概述§6-2选取主要要素的综合分析§6-3载重量船主尺度的确定

§6-4布置地位型主尺度的确定

第六章

船舶主要要素的确定§6-5主尺度选优主要要素是描述船舶几何形状的一些最基本的特征数据，对船舶设计质量起着决定性的作用。船舶主要要素:船舶的排水量主要尺度

(船长、船宽、型深、吃水)船型系数

(方形系数、棱形系数、水线面系数、中剖面系数)尺度比(L/B,B/T,D/T,L/D)船舶技术经济性能:

(快速性、稳性、耐波形、重量、容量、强度、总布置、经济性等)§6-1概述满足尺度限制的前提下尽力提高使用性能和经济性要求。§6-1概述一.确定船舶主要要素应满足的基本要求1.综合性2.灵活性与多解性3.过程的逐步近似§6-1概述二.确定船舶主要要素的特点

(1)任务书分析

(2)调查研究

(3)确立设计指导思想

(4)估取第一近似值

(5)性能校验

(6)绘图核算

(7)主尺度选优§6-1概述三.确定主要要素的一般步骤一.选取L时应考虑的因素L↑浮力↑总布置Vc↑快速性Rf↑,Rr↓(▽不变)经济性Lor<LE<Lropt(临界船长，最佳船长)操纵性↑，纵摇升沉减缓，回转性↓耐波性↑，稳定性L/B↓，↑，§6-2选取主要要素的综合分析二.选取B时应考虑的因素B↑总布置↑，布置地位型船和中小型船舶，B多取决于布置初稳性GM↑快速性取决于B/T，当B↑同时Cb↓，阻力↓耐波性横摇周期减小§6-2选取主要要素的综合分析三.选取T时应考虑的因素T增加△增加快速性Δ不变时，Cb↓（对于中速船），R↓D螺↑，敞水效率↑Vs↑耐波性甲板上浪↓，抨击，飞车↑经济性不变时，L↓，B↓,Wh↓,Ps,S2↓,经济性改善。§6-2选取主要要素的综合分析四.选取D时应考虑的因素D增大总布置有利于布置快速性无影响经济性对于中小型船舶，Wh↑Ps↑，E↓耐波性甲板上浪改善操纵性无影响抗沉性↑稳性↑§6-2选取主要要素的综合分析五.选取Cb时应考虑的因素Cb是协调因子，当重力和浮力不平衡时，用它来调整。Cb增大浮力增大总布置有利于机舱布置快速性Rf减小Rr增大Cbopt，Cbor，CbE经济性耐波性不利操纵性回转性稍微增加，直航性没影响§6-2选取主要要素的综合分析六、实船设计时综合考虑L:浮力，总布置，经济性，快速性，耐波性B：浮力，总布置，稳性T：选较大吃水（T限）D：中小型船舶，控制D，大型船舶。适当增加DCb：货船选经济方形系数，客船，中小型船和海船适当减少方形系数§6-2选取主要要素的综合分析1.载重型船载重量与排水量的比值(DW／Δ)较大、较稳定的船舶。（油船、散货船及杂货船）设计主要矛盾是DW主尺度确定往往从重力与浮力平衡入手。

2.布置地位型船为了布置各种用途的舱室需要较大舱容或甲板面积的船（客船、科学考察船、车客渡船、集装箱船和载驳船）主要矛盾是容量，主尺度确定通常从总布置入手。§6-3载重型船主尺度的确定

(一)载重量系数法DW—设计船的载重量；ηdw—载重量系数；ηdw=DW0/Δ0，可取自母型船或统计资料。

(二)诺曼系数法§6-3载重量船主尺度的确定一、排水量估算三.主尺度初选(一)母型船改造法(二)经验公式法

1．L的选取,

巴斯裘林公式L=K*(Vk/(Vk+2))2Δ1/3（在商船中计算经济船长）

2.Cb的选取,

Cb=1.08-1.68Fn经济方形系数

3.BT的选取, BT=Δ/ρkaLCb.

1）T=T限，

2）取B/T=C§6-3载重量船主尺度的确定(三)系列尺度法1）L，B，Cb，2）L/B、B/T、Cb3）L，B/T、Cb§6-3载重量船主尺度的确定四.性能校核与主尺度调整(一)重量校核(二)舱容及最小干舷校核

1）全船容量方程式

2）货舱容量方程式(三)稳性和横摇周期校核

GM=ZB+r-ZG

（设计状态，满载出港）

GM=a1T+a2B2/T-ξD（取母型船）§6-3载重量船主尺度的确定(四)航速校核

1．初估：海军系数法

2。较精确估算 由PE----VsPt----Vs

得Vs流程图§6-3载重量船主尺度的确定 布置地位型船的主尺度主要取决于所需的船主体容积及上层建筑甲板面积。因此，设计客船、集装箱船、推拖船等布置地位型船舶时，一般都需从布置上所需的地位入手，计算所需伊L、B、D值，然后再根据重力与浮力平衡、快速性、稳性、耐波性、抗沉性等条件，综合确定合理的主尺度。现以集装箱船为例加以说明。§6-4布置地位型主尺度的确定一.按布置要求初选主尺度(1)确定新船装箱的行、列、层数(2)选船宽B(3)初选船长L(4)选型深D§6-4布置地位型主尺度的确定二.排水量Δ估算(1)估算空船重量W，

LW=Wh+Wf+Wm

如采用固定压载也应计入LW中，同时，一般还应计入Δ储备。

(2)估算DW

载货量按总装箱数乘平均箱重计算． 平均箱重可为表6—3中最大重量的60％70％； 其他项目的重量见第二章。(3)估算新船排水量新船Δ＝LW+DW。§6-4布置地位型主尺度的确定三.方形系数CB的确定方形系数CB按重力与浮力平衡要求由浮性方程式,TCB

＝Δ/ρkLB，根据Fr与CB

、T与螺旋桨推进性能的配合合理性协调确定CB值。（高速船见表）四.性能校核 校核GM，Vs§6-4布置地位型主尺度的确定一.概念

1．船舶主尺度的约束条件。设计船的主尺度不仅要满足任务书的要求，而且要受到各种因素(其中包括各种规范的要求)的制约。

2．可行方案。每一组主尺度的组合都可构成一个船型方案，但并非每一个船型方案都能满足约束条件，满足约束条件的方案为可行方案。

3．最优方案。在可行域内众多的方案中，选取一个技术、经济综合性能最佳的主尺度组合。§6-5主尺度选优二.选优衡准

衡准设计方案优劣的标准有两类：（一）能够用数字表达的技术与经济指标。海军系数、航速、初稳性高度、横摇周期、载重量等技术指标；年运输能力、年总成本、必要运费率及净现值等经济指标。（二）另一类是不能用数字表达的指标有关法规、乘员的工作生活条件、防止环境污染等。§6-5主尺度选优§6-5主尺度选优三.选优原理 实际设计中，可根据新船的特性，采用不同的具体步骤．获得最佳的主尺度组合。但从基本原理上讲，寻找最佳方案的途径可大致分为两类：从个别作扩展寻优和从一般作收缩寻优。§6-5主尺度选优四.优化方法

(一)变值法(亦称网格法或参数分析法)

一般较常用的方法是变值法，即系统地改变对设计船的主要性能有显著影响的船舶要素，组合成苦干组尺度方案，对每组方案都进行各项性能计算，然后在各级方案中比较选优。

(二)最优化方法 最优化方法是利用近代数学力求有约束多元函数极值来求解最优方案的一种方法。(三)正交设计法