船舶总体要素综述

第三章船舶总体要素

§1排水量、载重量、总吨位一、排水量１、排水量是船舶在水中所排开水的吨数，又称浮力排水量，是船舶自身重量的吨数。根据阿基米德原理：△＝╳V或△＝╳▽

排水量△的单位是吨(t)。水单位体积重量或ω的单位是(t／m3).船体水下部分体积V或▽的单位是(m3).排水量吨位又可分为轻排水量、重排水量和实际排水量三种。（1）轻排水量，又称空船排水量，是船舶本身加上船员和必要的给养物品三者重量的总和，是船舶最小限度的重量。（2）重排水量，又称满载排水量，是船舶载客、载货后吃水达到最高载重线时的重量，即船舶最大限度的重量。（3）实际排水量，是船舶每个航次载货后实际的排水量。例如:对某小船二、载重量

所谓载重量是指民用船舶所允许装载的最大重量，包括载货量、人员（旅客和船员）及其行李、食品、淡水、燃料、润滑油、炉水、备品和供应品等的重量。通常载重量以DW表示，单位是t。船舶载重量DW＝船满载排水量△－空船重量LW。载重量系数dw=DW/△＝１－LW/△dw大表示经济性好。通常，载货用的船常用来初估新船的排水量△，而载客用的船不用来初估新船的排水量△。三、重量方程式和浮性方程式

重量方程式浮力方程式——水的密度，t/m3,海水的密度1.025t/m3,淡水的密度1.0t/m3,——该装载情况的型排水体积，m3。不包括外板厚度及附体（舵、螺旋桨、轴支架、舭龙骨等）。k——附体体积系数，通常为：1.004——1.01。考虑外板厚度及附体（舵、螺旋桨、轴支架、舭龙骨等）在内。小船取大值，大船取小值。L、B、T、Cb——船长（即Lpp）、型宽、吃水及方形系数。根据浮力和重量相等，可得浮性方程式：四、民船典型载况

船舶在营运及航行过程中，其载重量(如货物、旅客及行李；油、水)是变化的，随着载重量的变化，船的排水量及其浮心和重心的位置也不同，因而船的各种技术性能也就不同；为了掌握船舶在营运过程中的技术状况，须取若干种典型载况加以研究。

民船通用的典型载况是空载和满载，相应的典型排水量为空船排水量和满载排水量。1．空船排水量

空船排水量系指新船竣工交船时的排水量，即空船排水量≈LW，此时，动力装置管系中有可供主机动车的油和水，这部分油水重量包含在机电设备重量内，相应的机电设备重量称为湿重，但不包括航行所需要的燃油、滑油和炉水储备及其他载重。２．满载排水量

船舶装载了预定的全部载重量的载况称为满载，相应的排水量即为满载排水量，如重量估算准确，则满载时船舶吃水等于设计吃水。因此，满载排水量也称为设计排水量；民船通常似满载载况作为设计状态，是决定船舶主要要素的基础。

对于货船，设计中通常取四种典型载况，即

满载出港—设计状态；

满载到港—这时的油水等重量，规定为设计状态时油水储备量的10％(不包括滑油)；

空载出港—船上不载运旅客与货物，但油水储备量为设计状态的100％；

空载到港—船上不载运旅客与货物，而油水等为其总储备量的10％。

对于客货船，除卜述载况外，通常还要核算满客无货出、到港载况，有时还要加算航行中途载况。

五、空船重量和重心计算1、精确计算按结构图一块板一块板的累加计算2、估算方法分部分、、分组地估算。①船体钢料部分：有立方模数法、平方模数法、修差法②木作舾装部分：有立方模数法、平方模数法、百分数法③机电设备部分：按主机功率法、逐项比较法3、排水量裕度①LW的2∽5%②分别加在各部分六、船舶货物的积载因数μc

货物的积载因数，是指每吨货物装船时所占据的货舱容积，以μc(m3／t)表示。货物的积载因数随货物的种类、产地及装运方式的不同而异，如铁矿石散装运输时，其积载因数μc＝0．33～0．45；而小麦散装运输时，μc＝1．22～1．34，袋装运输时，μc＝1．34～1．45；表3-1列举了部分常见货物的积载因数。

积载因数小的货物，如铁矿石、钢材和砂等，习惯称为重货，重货对船舶舱容要求低；积载因数大的货物，如棉纱、黄麻和布匹等为轻质货，轻质货对船舶舱容要求高。因此，积载因数是货物对货舱舱容要求高低的一个重要数据，在货船的设计任务书中如果没有给定要求的货舱舱容，则必须等效地给出货物积载因数。

七、船舶的吨位

船舶的吨位是表示船舶容积的单位，又称注册吨，是各海运国家为船舶注册而规定的一种以吨为计算和丈量的单位，以100英尺3或2.83米3为一注册吨。容积吨又可分为容积总吨和容积净吨两种。1．容积总吨（GrossRegisteredTonnage，缩写为GT）又称注册总吨，原先是指船舱内及甲板上所有关闭的场所的内部空间（或体积）的总和，是以100立方英尺或2.83立方米为一吨折合所得的商数。

现在“国际船舶吨位丈量公约”规定：GT=K1V式中，K1=0.2+0.02•lgV容积总吨的用途很广，它可以用于国家对商船队的统计；表明船舶的大小；用于船舶登记；用于政府确定对航运业的补贴或造船津贴：用于计算保险费用、造船费用以及船舶的赔偿等。因此，现在世界上有两种吨位计算方法：①国际船舶吨位丈量公约计算方法。②巴拿马运河、苏伊士运河计算方法。2，容积净吨（NetRegisteredTonnage，缩写为NT）又称注册净吨，是指从容积总吨中扣除那些不供营业用的空间厉所剩余的吨位，也就是船舶可以用来装载货物的容积折合成的吨数。容积净吨主要用于船舶的报关、结关；作为船舶向港口交纳的各种税收和费用的依据；作为船舶通过运河时交纳运河费的依据。3.V的计算①围蔽处所——由船壳、固定的或可移动的隔壁或舱壁，甲板或盖板所围成的处所。②免除处所——在计算船舶登记吨位时，允许扣除围蔽处所之开敞部分。一、船舶的主要剖面甲板线龙骨基线keelline艉stern艏bow中纵剖面设计水线面designedwaterlineplane左port右starboard中横剖面Midshipsectionplane

§2船舶的主要尺度及船型系数二、船舶主要尺度舷墙顶线bulwark甲板边线设计水线龙骨线基线甲板

设计水线外板龙骨板基线尾垂线AP首垂线FP梁拱舭部舭部升高Ｋ行板舭部半径１、船长（１）总长Loa：船体型表面首端至尾端的最大水平距离。（２）垂线间长Lpp：首垂线与尾垂线之间的水平距离。首垂线：指通过设计水线与首轮廓线的交点所作的垂线。尾垂线：指通过设计水线与舵柱后缘的交点所作的垂线。（３）设计水线长Lwl：设计水线与首、尾轮廓线交点之间的水平距离。2、型宽船在设计水线处的最大宽度，用B表示。3、型深在船长中点处，自基线至上甲板边线的垂直距离，用D表示。4、吃水从龙骨基线到满载水线的垂直距离，用Ｔ表示。当船舶纵倾时，取首吃水（沿首垂线量取的吃水）和尾吃水（沿尾垂线量取的吃水）的平均值。（１）设计吃水——设计船舶时取定的吃水，一般是满载吃水。（２）结构吃水Ts——船舶结构允许的吃水，一般大于设计吃水。5、干舷沿中横剖面船侧从设计水线到甲板边板顶面边缘的垂直距离，等于型深和吃水的差值加上甲板厚度。用Ｆ表示。三、主要尺度比值１、长宽比L/B

表示船的窄长程度，主要影响快速性。２、宽度吃水比B/T

表示船水下部分扁平程度，主要影响稳性。３、型深吃水比D/T

表示船水上部分与水下部分比值，主要影响抗沉性。４、长度吃水比L/T

表示船水下侧面形状，主要影响操纵性。５、长深比L/D

表示主船体侧面形状，主要影响总强度性。四、船型系数表示船体水下形状肥瘦程度的无因次系数，与船舶航行性能有密切关系。１、水线面系数Ｃw反映设计水线面两端的瘦削程度。２、中横剖面系数Cm反映中横剖面的饱满程度。T３、方型系数Cb表示水下部分总的肥瘦程度。４、纵向棱型系数Cp反映船体水下部分的体积沿船长的分布情况。TT5、垂向棱型系数Cvp反映船体水下部分的体积沿垂向的分布情况。五、主要尺度和船型系数的计算１、某军舰长L=92.0m,舰宽B=9.1m,吃水T=2.9m,中横剖面系数Cm=0.814,方型系数Cb=0.468，求(a)排水体积(b)中横剖面面积AM(c)纵向棱型系数Cp解：２、已知某巡逻艇的平均吃水T=2.05m,长宽比L/B=6.7,船宽吃水比B/T=2.46,方型系数Cb=0.53，求排水体积。解：六、主要尺度和船型系数的关系１、纵向棱型系数Cp与船速的关系２、方型系数Cb与中横剖面系数Cm的关系３、浮心纵向位置与纵向棱型系数Cp的关系§3船体型线一、船舶的三个基准投影面

基平面baseplanemidshipplanecenterplane中线面中站面二、型线图的三视图为减小船舶航行时的阻力，船体的表面一般都呈流线型的不规则光滑曲面，称为船体线型。船体线型用型线图来表示。型线图是在三个相互垂直的投影面上，以船体外型表面的截交线、投影线和外廓线表示船体外型的图样。型线图上所表示的船体形状包括外板型表面的形状和甲板型表面的的形状。型线图的视图是由纵剖线图、横剖线图和半宽水线图三个视图所组成。Bodyplan横剖型线图Profileorsheerplan纵剖线图

Waterlinesplan水线图型值表Offsetstable型值表Offsetstable三、船体型线图的名词：型表面——不包括附体的船体外形的设计表面。对金属船体系指外板的内表面；对木船、水泥船则指船体的外表面。甲板边线——甲板型表面在舷边的曲线。

甲板中线——甲板型表面与中线面的交线。

舷弧——甲板边线的纵向曲度。首垂线——通过设计水线与首柱前缘的交点所作的垂线。尾垂线——一般在舵柱后缘，若无舵柱则取舵轴的中心线。首舷弧——首垂线处甲板边线比船舯处的甲板边线高出的距离。尾舷弧——尾垂线处甲板边线比船舯处的甲板边线高出的距离。脊弧——甲板中线的纵向曲度。龙骨线——船体型表面的底部与中线面的交线首部尾部四、船体型线设计船体型线是船舶的全局性设计项目之一，型线设计是船舶总体设计的重要内容；船体型线的好坏对船舶的技术经济性能有重大的影响。型线设计的内容通常是指船体型线特征参数的选择和生成型线图的方法。

主尺度确定之后，型线设计常与总布置设计配合进行，并且要与总布置的要求互相协调；重要船舶产品的型线常通过船模试验来加以确定。船体型线图是后续的性能计算、舱室布置、结构设计、模型试验和生产放样、建造的依据，对型线设计必须予以极大的重视。

船舶主要要素只表示船舶的主要特征，而确定船舶形状的则是船舶的型线。在进行型线设汁时必须注意以下三个方面。

(1)保证设计船具有良好的航海性能

通常船体水下部分的型线没计应从船舶的稳性、抗沉性、快速性、耐波性及操纵性等方面加以考虑；而稳性、抗沉性和耐波性会影响到水上部分的外形尺寸。进行型线设计时，应该力求做到使船体水下和水上部分型线满足几何上的合理配合。除对耐波性有特别要求的船舶外，一般型线设计都把快速性放在首位来考虑。(2)满足总布置要求

与总布置有关的甲板地位、船舱尺度、机舱和设备的布置、浮态调整等的要求都应在型线设计中加以考虑。当总布置与性能对型线的要求发生矛盾时，往往以适当地降低对某些性能的要求来满足总布置的需要。

(3)考虑船体结构的合理、简易以及施工、维修的方便

船体形状若过于复杂，不仅会增加船舶的建造工时和消耗材料，而且施工质量不容易保证，同时还会影响结构强度；过长过浅的尾悬体影响尾部的强度和刚度；外飘过度、底部平坦的船首增加波浪的冲击和船底的抨击；上翘过大的首尾龙骨影响进坞搁墩和强度等。从工艺性出发，船体表面应尽可能地采用可展曲面和简易线形，以降低造价，但这又会对船舶的快速性带来不利影响。所以在型线设计中需要根据具体情况加以权衡，综合考虑。

设计船的排水量和主尺度决定之后，型线设计时需要选取的船体主要形状特征和参数主要有：横剖面面积曲线的形状和参数、设计水线的形状和参数、横剖线的形状和参数、侧面轮廓线的形状等。这些形状特征和参数不仅与船舶的性能有关，而且在几何上有其内在的联系。没计时必须密切注意，做到配合协调。

设计型线，绘制型线图的方法归纳起来有：手工绘制法、系列型线、改造母型法和数学型线等。无论用哪种方法，都必须掌握船体主要形状特征和参数对船舶性能、布置等的影响规律．以此作为设计型线的基础。五、手工绘制法①先确定横剖面面积曲线横剖面面积曲线是设计船体型线的关键。横削面面积曲线是以船长为横向坐标、设计水线下各横剖面面积为竖向坐标所绘制的曲线。其形状如图6-1所示。它能确切地表征浮力沿船长的分布，该曲线与型线是密切相关的。②按横剖面面积曲线绘制各站的横剖面形状要保证纵向棱型系数和浮心纵向位置。六、系列船型①系列60②BSRA③SSPA④FORMDATA⑤沿海“长字”型客货船到沿海5000t客货船⑥长江系列船型七、改造母型法先确定性能优良的母型船，取的其线型和型值表。再通过数学方法进行变换，达到新的主尺度、浮心纵向位置和船型系数。这有许多方法。八、数学船型即用数学方法设计船型曲线或曲面。①两步法：吃水函数法和纵向函数法。②一步法：直接设计船型曲面。九、船型光顺判断

十、肋骨线型图

十一、双尾鳍型线图

一、梯形法Trapezoidalmethod

§4船体型线面积的近似计算方法

二、辛浦生法Simpsonmethod

辛浦生法举例１、球的体积２、圆锥的体积３、树木体积计算§5船舶数据的插值方法

一、直线插值（线性插值）yy2y1x2x二、三次样条插值１、木样条和样条插值x1

2、三次样条插值P1P2P3Pn-1Pn设有n个型值点Pi(xi,yi)i=1,2,3,…,n-,n过这n个点的3次样条曲线方程为：y=S(x)S(x)在每个区间(Pi,Pi+1)上为3次多项式，可设：记：又：从而可得：进而可得：i=2,3,…,n-1再加上两个边界条件，就可解出bi(i=1,2,3,…,n-1,n)从而就得出每个区间(Pi,Pi+1)上的3次多项式。§6船舶总布置总布置是以满足船东方所提出的使用要求和航行性能为依据，经济合理地确定设计船的整体布置工作。

总布置设计是船舶设计中极为重要的一环；总布置设计的好坏对船舶的使用效能与航行性能、经济性、安全性以及结构工艺性都有直接的影响；总布置设计将会影响全局，是后续设计绘图与计算工作的重要依据。

总布置的特点是涉及面广、考虑因素多和实践性强。总布置设计涉及到船、机、电三个方画；考虑的因素包括船舶使用要求、航行性能与经济性；同时，总布置又因船舶类型、用途、航区条件等的不同可有很大差异。例如：客船上层建筑发达、外观造型美、生活舱室与公共处所庞杂；而货船则简洁朴实，货舱区长，显出任重道远的风貌；沿海客船与长江客船、南方客船与北方客船，彼此也各具一格。因此，进行总布置设计时必须注重调查研究，

一、总布置原则在总布置设计中，除了注意各类船舶布置上的特殊要求外，一般都应遵循下述基本原则。

1．最大限度地提高船舶的使用效能

客船应合理分区，客舱布置应经济实用，交通方便，保证旅客的舒适和安全；货船应保证舱容，提高装卸效率；拖船、渔船应保证拖带与捕捞作业的安全与方便。

2．保证船舶有良好的适航性与安全性

在设计中应合理地分布船上各项重量，以保证船舶在各种装载情况下具有良好的浮态和稳性；降低重心高度，减小侧面受风面积及合理设计干舷甲板上的开口位置以改善大倾角稳性；合理地布置水密舱壁以提高船舶的结构强度与抗沉性；良好的驾驶视线和航行信号设备布置以减少航行事故；此外，还要注意当事故发生时便于船员对船舶及乘客进行施救与逃生。

3．满足各有关规范、规则及公约的要求

考虑结构合理性以满足建造规范的要求，保证船体结构强度。例如：注意构件的连续性，避免纵向构件截面的突变；注意开口对强度的不利影响；上层建筑内的纵、横隔壁和支柱应与甲板纵桁和横梁相对应等。救生、消防、航行和信号等设备的配置和布置要满足柑应规范的要求；生活舱室、公共处所的面积与设备配置应满足乘客定额与舱室设备规范的要求；国际航行船舶还要满足各种国际公约、规则及规范的要求。

4．便于建造、检查、维修、保养及设备的更换

船上各处所应有良好的可达性；确定结构空间(如双层底高度、舷边舱宽度)时要注意装配与焊接工艺的方便；确定机舱开口时，要考虑机器零件拆换时主机吊出和吊人所需的空间等。

5．舱室布置时，要注意考虑工作生活需要，尽力改善船员与旅客的工作和生活条件

6．总布置设计要结合建筑学和荚学的要求，注意外部造型与内部装潢，给人以“美”感

二、总布置工作内容

１、划分船舶主体和上层建筑２、纵倾调整３、舱室与设备的布置

４、规划通道与梯口

三、总体布局１、主体内船舱的划分①水密舱壁标准肋骨间距:S=１.6Lpp+500(mm)长江钢质船舶建造规范:S为500~600(mm)当计算肋距S600时,肋距应全船统一。 水密舱壁最小数目防撞舱壁 ②机舱部位与长度尾机型、中尾机型、中机型、中前机型③双层底高度hshs不得小于700mm当Lpp<90m时，hs=Lpp+42T+530(mm)当Lpp90m时，hs=4Lp