8米游艇初步设计

8米游艇初步设计V摘要本次设计的课题为8米游艇初步设计，该游艇属于C类游艇，是一艘高速敞开艇，适航于平静水域。此次游艇设计采用参照母型船设计和规范设计相结合的设计方法，主要包括了三个部分：总体设计、结构设计、性能设计。首先，根据母型船参数，初步确定设计游艇的主尺度等主要参数，并绘制了型线图、总布置图；然后，依照中国船级社《游艇建造规范（2007）》计算结构强度、确定主要构件尺寸，使游艇满足规范对于强度、稳性的要求；然后对于空船的重量重心进行计算，进而计算稳性；最后，计算游艇航行阻力，设计适用的推进器。母型船选用的是RivaISEO型游艇，在设计过程中，使用了AutoCAD、Maxsurf、SolidWorks、Excel、Word等计算机辅助软件。关键词：8m游艇；初步设计；阻力与推进ABSTRACTThesubjectofthedesignisthepreliminarydesignofan8meterslongyacht,itisaClassCyacht.ItisanopenboatwhichwouldsailthroughConfinedWater.Thedesignusesacombinationofmethodswithreferencetothemothershipdesignandspecificationdesignmainlyincludesthreeparts:theoveralldesign,thestructuraldesign,designingforperformance.Firstofall,accordingtotheparametersofthemothership,identifythemaindimensionsoftheyachtpreliminarily.Drawingthegeneralarrangementandlineplans;Secondly,usingthe2007CCS“yachtconstructionspecifications”tocalculatethestructuralstrength,andtodeterminethemajorcomponentsize,sothattheboatbodytomeettherequirementsofstrength,stability,etc.;then,estimatingtheweightoflightshipanditscenterofgravity;finally,calculatetheresistanceoftheyacht,designthepropeller.ThemothershipisRivaISEO.AutoCAD,Maxsurf,SolidWorks,MicrosoftExcel,MicrosoftWordandsomeothercomputer-aidedsoftwareareusedthroughoutthedesignprocess.Keywords:8meterslongyacht；preliminarydesign；Resistanceandpropulsion目录HYPERLINK第1章绪论 1HYPERLINK1.1课题研究的背景及意义 1HYPERLINK1.2设计任务书 1HYPERLINK1.2.1游艇的用途及航区 1HYPERLINK1.2.2游艇类型及结构 2HYPERLINK1.2.3船级 2HYPERLINK1.2.4游艇主要尺度及型线 2HYPERLINK1.2.5游艇结构 2HYPERLINK1.2.6游艇性能 2HYPERLINK1.3设计任务书分析 2HYPERLINK1.4基本设计思想 3HYPERLINK第2章主尺度及排水量等主要参数的确定 4HYPERLINK2.1主尺度的确定 4HYPERLINK2.1.1根据母型船的尺度进行初步设定 4HYPERLINK2.1.2根据总布置的需要进行设计（采用舷外机） 5HYPERLINK2.2排水量的确定 6HYPERLINK2.2.1空船重量 6HYPERLINK2.2.2载重量 6HYPERLINK2.2.3排水量储备 7HYPERLINK2.2.4排水量合计 7HYPERLINK2.3本章小结 7HYPERLINK第3章总体设计 8HYPERLINK3.1型线设计 8HYPERLINK3.1.1型线设计概述 8HYPERLINK3.1.2型线图的绘制 8HYPERLINK3.2总布置设计 10HYPERLINK3.2.1总布置设计概述 10HYPERLINK3.2.2舱室布置 10HYPERLINK3.2.3驾驶台位置 10HYPERLINK3.2.4游艇设备的布置 11HYPERLINK3.2.5油、水舱的布置 11HYPERLINK3.2.6其他布置 11HYPERLINK3.2.7总布置图的绘制 11HYPERLINK第4章结构设计 14HYPERLINK4.1结构设计概述 14HYPERLINK4.2结构强度计算书 14HYPERLINK4.2.1计算依据 14HYPERLINK4.2.2主尺度 14HYPERLINK4.2.3船体结构 15HYPERLINK4.2.4结构构件尺寸 19HYPERLINK4.2.5结构骨材 20HYPERLINK4.3基本结构图的绘制 21HYPERLINK第5章性能设计 23HYPERLINK5.1性能设计概述 23HYPERLINK5.2空船重量重心计算 23HYPERLINK5.3静水力计算 23HYPERLINK5.4浮态及初稳性计算 26HYPERLINK5.5大倾角稳性计算 28HYPERLINK5.5.1静稳性及动稳性曲线的绘制 28HYPERLINK5.5.2大倾角稳性校核 30HYPERLINK5.5.3进水角曲线的绘制 31HYPERLINK5.5.4稳性衡准数校核 31HYPERLINK第6章阻力计算 35HYPERLINK6.1计算方法 35HYPERLINK6.2计算程序 35HYPERLINK6.3计算过程 36HYPERLINK第7章螺旋桨设计 38HYPERLINK7.1船体主要参数 38HYPERLINK7.2初步设计确定最佳直径 38HYPERLINK7.3空泡校核 39HYPERLINK7.4强度校核 41HYPERLINK7.5螺距修正 42HYPERLINK7.6重量及惯性矩的计算 43HYPERLINK7.6.1螺旋桨重量计算 43HYPERLINK7.6.2转动惯性矩的计算 43HYPERLINK7.7敞水性征曲线的确定 44HYPERLINK7.8系柱特征的计算 45HYPERLINK参考文献 47HYPERLINK致谢 488米游艇初步设计第1章绪论1.1课题研究的背景及意义游艇，是一种水上娱乐用高级耐用消费品。它集航海、运动、娱乐、休闲等功能于一体，满足个人及家庭享受生活的需要。在发达国家，游艇像轿车一样多为私人拥有，而在发展中国家，游艇多作为公园、旅游景点的经营项目供人们消费，少量也作为港监、公安、边防的工作手段。游艇是一种娱乐工具这一本质特征，使它区别于作为运输工具的高速船和旅游客船。而随着经济的发展和居民生活水平的提高，游艇正在成为人们娱乐休闲的新消费品。船舶设计的任务是根据相关法规、规范和设计任务书的要求，为船舶的建造和使用提供所需的全部技术设计，包括各类设计说明书，计算书和设计图纸等。1.2设计任务书1.2.1游艇的用途及航区本游艇为一艘8.5米的玻璃钢敞开游艇，用于休闲娱乐，在繁忙的工作之余与亲朋好友外出游玩，亲近自然之用。主要航行于平静水域，即距岸不超过5nmile的水域，船舶满载并以其最大航速的90%速度航行，航程时间不超过2h，并限制在蒲氏风级不超过6级，目测波高不超过1m的海况下航行。1.2.2游艇类型及结构根据CCS对游艇的分类，本游艇属于C类游艇。本艇以纤维增强塑料为船体结构材料。船体结构采用纵骨架式。1.2.3船级本游艇按下列规范、规则和公约进行设计：CCS《游艇建造规范》（2007）；入级中国船级社。1.2.4游艇主要尺度及型线本游艇设计平均吃水0.3米，其他尺度主要根据最佳型线及安全性选定。1.2.5游艇结构本游艇全艇采用纤维增强塑料材料。船体结构采用纵骨架式。1.2.6游艇性能对设计游艇稳性应满足的稳性规范和其他要求，对摇摆周期的要求，对游艇在满载航行状态的浮态要求。1.3设计任务书分析设计任务书的分析首先从游艇的主要要素的确定开始，因为它对游艇技术、游艇性能、经济性和安全性的影响很大，是游艇设计中应首先解决的最重要的工作。本游艇属于布置型船舶，其主要尺度主要根据游艇上设备的布置情况确定。排水量及其他主要参数根据母型船进行设计，在满足设计要求的条件下，船长应尽可能小。在满足布置要求和溅湿性要求的情况下，型深不应过大，以免引起重心过高以及受风面积过大而降低稳性。在总布置设备上按照使用要求、技术性能、经济效益和结构工艺，根据确定的船舶主尺度对型船进行优化，充分利用空间进行总体布局规划。其他方面，重量重心力求满足装载合理的要求，同时又能保证船舶的稳性要求，在满足不超过吃水以及强度要求的情况下，尽量减轻船体重量；同时必须保证满足稳性的要求；型线设计在各项指标符合规范设计要求下注意游艇的外形美观。1.4基本设计思想经过分析，本游艇在设计中要满足一下要求：（1）根据设计任务书的要求，本游艇应采用玻璃钢材料的纵骨架式结构；（2）设计时要尽可能兼顾装载合理，使全船受力均匀，同时保证游艇的浮态平衡（3）在建造条件限定的主尺度范围内，保证容量及航速的要求下，应力争减小游艇的其他主要尺度，以达到提高经济性的目的；（4）在保证强度要求的情况下，应尽量减轻游艇的重量；（5）在设计任务书的允许范围内充分利用游艇内部空间，同时注意从结构上考虑船体结构的合理性，从施工工艺上考虑加工的方便性以利于游艇总布置的设计；（6）在满足规范的要求下，尽量使游艇外形美观、内部环境舒适。第2章主尺度及排水量等主要参数的确定根据设计要求并参考母型船的实船资料，在考虑安全性的条件下初步拟定主尺度。2.1主尺度的确定2.1.1根据母型船的尺度进行初步设定（1）船长。母型船船长8.24m，本游艇初定艇总长8.55m，船长的选择主要取决于总布置的要求。当肋骨间距取400mm时船尾部定长2.4m,其中包括油舱0.6m，水舱0.4m以及储物柜和存放敞篷的长度；船中部定长3.72m，为游客主要活动范围，包括驾驶台，座椅和固定台桌；实取垂线间长7.50m。（2）型宽。船宽的选择为了满足总布置及稳性的要求。高速艇的安全性十分重要。国内小游艇长宽比大致为L/B≈3，略大于国外艇（L/B<2.8）,估算本艇型宽为7.50/3=2.50(m),最后设定型宽为2.45m。（3）吃水。由母型船资料得其长深比L/D,根据型船吃水为0.4m，设定本游艇吃水为0.36m。（4）型深。根据本船的设计要求，参考型船型深，D/d≈3，初步设定型深D=1.05m。2.1.2根据总布置的需要进行设计（采用舷外机）（1）总布置要求：桌台一个；单人座椅四张，连坐沙发（三人）一张；驾驶台一个；折叠式敞篷一个；水舱、油舱各一个。（2）根据总布置要求所设计的游艇总布置图如下：图2.1.1侧视图图2.1.2俯视图图2.1.3正视图2.2排水量的确定2.2.1空船重量根据母型船资料，初步设计空船载重量为1325kg2.2.2载重量（1）乘客及物品。设计游艇载客6人，按每人（包括随身携带物品）75kg计，则=75*6=450（kg）（2）燃油重量。游艇燃油箱的规格尺寸为0.6*1.1*0.5=0.33,游艇所用燃油为汽油，汽油的比重为0.7499kg/L,则=0.33*1000*0.7499=247.467kg（3）淡水重量。游艇淡水箱的规格尺寸为0.4*0.42*0.5=0.084，淡水密度为1kg/L，则=0.084*1000*1=84kg因此，游艇的载重量为DW==450+247.5+84=781.5(kg)2.2.3排水量储备排水量储备俺空船重量的5%计，则为1325*5%=66.25kg2.2.4排水量合计综上，游艇的排水量为=1325+66.25+781.5=2172.75kg2.3本章小结综合前面对主要尺度的设计和排水量的估算，得出本设计游艇的主尺度和排水量如下：总长Loa=8.550m船长L=7.460m满载排水量Δ=2.173t船宽B=2.4584m型深D=1.0452m吃水d=0.36m第3章总体设计3.1型线设计3.1.1型线设计概述船体型线是关系到船舶技术、经济性能的全局性设计项目之一，它与船舶的静力与动力性能、总布置、结构与建造工艺密切相关，是评定船舶设计质量好坏的一个重要指标。型线设计需满足一下几个方面：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。本次设计借鉴母型船，通过MAXSURF软件对游艇建立三维模型，通过调整控制点，使其符合主尺度及其他各项主要系数的要求，并保证型线广顺。3.1.2型线图的绘制利用MAXSURF软件将所绘制好的模型的型线图导出到AUTOCAD中，经过调整，同时按照以下步骤进行：选取合适的比例，决定布图形式；运用CAD制图，绘制时选取比例为1:1，采用分离布置的形式。作格子线；绘制型线；检验型线；注字和标注尺寸。通过以上的修改，得到本次设计游艇的型线图如下：图3.1.1图3.1.2图总布置设计3.2.1总布置设计概述总布置设计的主要内容包括：船舶主体和上层建筑设计、船舶舱室和设备布置设计、船舶造型设计等。在总布置设计时，在注意各类船舶布置的特殊要求的同时，都应遵循下列的基本原则：最大限度地提高船舶的使用性能；详尽考虑船舶安全性能、航海性能、结构性能。注意船舶结构的合理性；便于建造、修理、检查、包养以及设备的更换；在经济实用前提下，船舶造型应美观和大方。3.2.2舱室布置根据《游艇法定检验暂行规定》（2009）的一般要求进行布置，要求如下（仅取有关本游艇设计的规定）：（1）舱室的设计和布置应使艇上人员免受不利环境条件的影响，并在正常和应急情况下使艇上人员受伤的危险降到最低；（2）艇上所使用的玻璃应符合相关的安全标准；（3）艇上的重型物件，例如固定沙发，座椅应紧固在位置上以防止其在游艇航行时移动；3.2.3驾驶台位置驾驶台的布置应使操舵的人员在游艇航行时具有良好的向前和向后的视野并符合认可的标准。3.2.4游艇设备的布置游艇设备在布置上遵循安全、舒适和美观的原则。3.2.5油、水舱的布置本次设计游艇设有油舱、水舱各一个，均布置在船后部。3.2.6其他布置其他布置在规范允许范围内，以舒适度及方便为标准，进行布置。3.2.7总布置图的绘制总布置图简单明了地体现了总布置设计中各个注意事项及总布置设计中所考虑的问题。此次游艇的总布置图由侧视图、主甲板俯视图、正视图（前）和正视图（后）等组成。侧视图及各级甲板俯视图如下（图3.2.1）：图3.2.1正视图（前）如下（图3.2.2）：图3.2.2正视图（后）如下（图3.2.3）：图3.2.3第4章结构设计4.1结构设计概述结构设计时船舶设计的第三个阶段，结构设计是否合理正确关系到船体的总体强度是否能够满足要求，关系到船舶的设计建造施工。船体材料的选用以及尺寸的确定都要按照结构强度规范，并且要综合考虑总体设计的各个因素，绘制基本结构图。本次设计依据我国船级社《游艇建造规范》（2007）对纤维增强塑料艇的要求，并参考母型船资料确定。4.2结构强度计算书4.2.1计算依据本艇为适航于平静水域的游艇，归属于C类艇计算书根据CCS《游艇建造规范》（2007）第二章第一节的要求进行计算，4.2.2主尺度总长Loa=8.550m水线宽BWL=2.1561m船长L=7.460m满载排水量Δ=2.173t船宽B=2.4584m设计最大航速V=25kn型深D=1.0452m定员：6人吃水d=0.36m重心处斜升角β=16°4.2.3船体结构（1）结构布置全船（船体及甲板）的结构形式采用纵骨架式。船体铺设3道船底纵骨。（2）结构设计载荷eq\o\ac(○,1)艇重心处的垂向加速度根据CCS《游艇建造规范》，艇重心处的设计垂向加速度应由船东或设计部门提供，一般可取为重心处1/100最大加速度的平均值。设计部门还可自行调整，选择合理的值。艇重心处的设计垂向加速度与该艇航行限制规定的有义波高和艇在该波高下对应的航速VH三者的关系如下：m/（4-1）式中g—重力加速度，取9.81m/；—艇在有义波高的波浪中航行的航速，kn；—有义波高，m；L—艇长，m；—水线宽，m，系指艇静浮于水面时，沿满载水线量得的最大线宽；β—艇体重心处横剖面的艇底斜升角（°）；—满载排水量，t；本艇的重心加速度设计值取=1.94g，根据以上结果，现得出一组有义波高和限速值如下表：（对C类艇，取=1m）表4.1有义波高与限速值对应0.812518151211eq\o\ac(○,2)船底波浪冲击压力根据《游艇建造规范》（1）艇底波浪冲击压力按下式计算，且应不小于《规范》（3）确定的对应位置处的舷侧压力：=1.16dKN/（4-2）其中，—纵向压力分布系数。艇中前取，尾端取，尾端与艇中之间用线性插值法求得；A—受力点计算面积对板的计算面积取板格的承载面积，且A≯2.5；其中S为骨材间距，m；对加强筋或桁材取A=承载宽度×跨距；D—吃水，m；Δ—满载排水量，t；—设计垂向加速度，m/根据公式计算出数值如下表：表4.2船底波浪冲击压力计算表序号构件名称△（t）A（m²）（m/s²）d（m）（N/）承载宽度×骨材跨距1船首船底外板12.1730.4×0.819.0450.3614.122船底纵骨12.1730.2×0.819.0450.3617.3953船底肋板12.1730.4×0.819.0450.3614.124船中船底外板0.752.1730.4×0.819.0450.3610.595船底纵骨0.752.1730.2×0.819.0450.3612.826船底肋板0.752.1730.4×0.819.0450.3610.597船尾船底外板0.52.1730.4×0.619.0450.367.7018船底纵骨0.52.1730.2×0.619.0450.364.7529船底肋板0.52.1730.4×0.619.0450.367.701eq\o\ac(○,3)舷侧波浪冲击压力根据《游艇建造规范》.（3）舷侧波浪冲击压力按下式计算：=9.81h+0.15kN/（4-3）式中：h—从舷侧板最低点到舷侧处干舷甲板上缘（甲板艇）或舷侧顶板上缘（敞开艇）的垂直距离，m；—该处艇底的冲击压力，kN/m2。根据上述公式计算得出如下表中各值：表4.3舷侧波浪冲击压力计算表序号构件名称h（m）Ps1（KN/m²）Ps（KN/m²）1船首舷侧外板0.314.125.0612船中舷侧外板0.310.594.53153船尾舷侧外板0.37.7014.098eq\o\ac(○,4)甲板计算压力根据《规范》(4)计算甲板计算压力：露天甲板：=0.25L+2.0kN/（4-4）=3.865kN/m2根据规定，对C类艇,其露天甲板的计算压力可取计算值的0.85倍，即露天甲板：=（0.25L+2.0）×0.85kN/(4-5)=3.28525kN/m2非露天甲板：Pd=0.1L+2.0kN/(4-6)=2.746kN/m2《游艇建造规范》规定按上述算得的各最终值均应不低于3.6kN/m2取露天甲板：Pd=3.6kN/m2非露天甲板：Pd=3.6kN/m2eq\o\ac(○,5)舱壁计算压力按《规范》(5)计算舱壁计算压力Ph值水密舱壁及其扶强材：Ph=8h=8×0.2=1.6kN/（4-7）式中:h—板的下缘至上甲板的垂直距离，此处为全船尺寸最大的水密舱壁板下缘至甲板距离eq\o\ac(○,6)按《规范》(6)计算上层建筑及甲板室的计算压力P:前端壁及扶强材P=2+0.25LkN/（4-8）=3.865kN/m2侧壁、尾端壁及扶强材P=2+0.1L=2.746kN/（4-9）式中：L—船长，7.46m。对于C类游艇，其上层建筑和甲板室的前端壁及扶强材计算压力可取上述值得0.85倍。按上述算得的最终值均不应小于3KN/。4.2.4结构构件尺寸板厚的最低尺寸要求eq\o\ac(○,1)根据《规范》层板的最小厚度按照下式计算：(4-10)式中：—系数，由《规范》表（1）查得L—艇长，m。计算可得下表：表4.4板厚最低尺寸计算表01上层建筑甲板室舱壁艇底外板舷侧板甲板板前端壁侧后壁水密舱1.40.951.23.96043.4143.003.002.593.28eq\o\ac(○,2)单层板的厚度应不小于按《规范》(2)计算值,计算公式如下：mm（4-11）其中:—层板的极限弯曲强度，N/S-骨材间距，m，通常指纵骨间距，对桁材或肋板为其承受面积的宽度；P-艇体局部强度计算中，构件单位面积上承受正压力的设计值，按《规范》计算按上述计算方法得到如下表格中计算结果：表4.5板厚最低尺寸计算表02船底外板舷侧板甲板板上层建筑，甲板室舱壁前端壁侧后壁水密舱S设计压力P652.7461.6焊接后屈服强度180180180180180180板厚度8.54.523.643.933.322.51实取板厚t9544444.2.5结构骨材根据规范（1）骨材剖面模数W应不小于按下式计算所得之值：(4-12)其中:K－系数，查《规范》（1）表可得P－船体计算压力，kN/m2；S－骨材间距，m;l－跨距,m;－层板极限弯曲强度，取180N/mm2计算结构如下表表4.6结构骨材计算表KslP（KN/m²）σW（cm³）1龙骨4800.60.81818017.812船底纵骨4000.60.81818014.843船底肋板4800.60.81818017.934甲板纵桁4801803.1115甲板纵骨4001802.5926甲板横梁4001802.5924.3基本结构图的绘制基本结构图也是绘制其他结构图样的依据之一，通过以上结构计算后，根据所设计的结构尺寸，绘制基本结构图。图4.3.1第5章性能设计5.1性能设计概述性能设计是衡量游艇在航速、稳定性等各个方面的性能，是一个设计能否成功的关键。性能设计主要包括游艇静水力计算、空船重量重心计算、游艇满载出、满载到两种载况下的载况计算、初稳性计算、静稳性和动稳性计算等一些力游艇性能的计算。通过这些计算，可以具体地了解所设计游艇的性能特点。5.2空船重量重心计算空船重量重心计算的结果影响其它各类性能设计计算的准确性，针对空船重量重心计算你的结果如下：空船重量LW=1392kg重心距基线高VCG=0.448m重心距船中距离LCG=0.836m5.3静水力计算静水力计算采用Maxsurf软件进行，得到如下静水力计算表：表5.1静水力计算表吃水0.50.6排水量0.86451.6852.6963.7444.831湿表面积9.05811.05213.28815.37417.672水线面面积8.5179.65510.04310.44110.689棱形系数0.5830.5310.5420.550.564方形系数0.3030.3270.3910.430.463中横剖面系数0.5660.6540.7550.8140.85水线面系数0.6110.5760.5970.6150.63浮心纵向位置-0.493-0.221-0.119-0.0170.075表5.1静水力计算表（续表）漂心纵向位置-0.428-0.060.1520.3160.487浮心高度0.0670.1990.2560.310.364重心高度0.360.360.360.360.36横稳心半径2.3441.9841.2880.980.79纵稳心半径36.19120.67513.46910.0187.441初稳性高2.0511.8231.1830.930.795纵稳性高35.89820.51413.3659.9687.445稳心高2.4112.1831.5431.291.155纵稳心高36.25820.87413.72510.3287.805每厘米吃水吨数0.0870.0990.1030.1070.11每厘米纵倾力矩0.0420.0460.0480.050.048由Maxsurf软件导出静水力曲线图如下：图5.3.1图浮态及初稳性计算在运用Maxsurf软件设置好舱室后，可得出各个舱室的容积及型心位置，本次浮态及初稳性计算共计算了两种载况：满载出港和满载到港。下面为各种载况下的重量重心情况：表5.2满载出港装载情况计算表项目重量/t纵向垂向离船中离基线力臂/m力矩/t*m力臂/m力矩/t*m空船1.392-0.71-0.988320.450.6264油舱0.247-2.658-0.6565260.4170.102999水舱0.084-1.909-0.1603560.410.03444人员及物品0.450.80.361.850.8325总计2.173-0.39-1.4452020.4481.596339表5.3满载到港装载情况计算表项目重量/t纵向垂向离船中离基线力臂/m力矩/t*m力臂/m力矩/t*m空船1.392-0.71-0.988320.450.6264油舱0.0122-2.658-0.03242760.1860.0022692水舱0.0033-1.909-0.00629970.1850.0006105人员及物品0.450.80.361.850.8325总计1.8575-0.39-0.66704730.4481.4617797根据各个装载状况，运用Hydromax软件对游艇的各个载况计算浮态及初稳性，因本艇自由液面面积较小，且呈纵向狭长布置，故自由液面修正值不计。计算结果见下表：表5.4浮态及初稳性高校核表序名称单位符号及公式计算结果号满载出港满载到港1排水量tΔ2.1732.0352排水体积m3V2.121.985365853平均吃水md0.3510.3364重心距船中mXG0.8360.7245浮心距船中mXB-0.846-0.7316纵倾力臂mXG-XB1.6821.4557纵倾力矩t*mΔ(XG-XB)3.6549862.9609258每厘米纵倾力矩t*mMTC0.0350.0379纵倾值mt=Δ(XG-XB)/100MTC1.0440.810漂心距船中mXF-1.031-0.0411艏吃水mdf0.1720.20412艉吃水mda0.5270.46613重心距基线mZG0.4880.46314横稳心距基线mZM=ZB+BM1.3941.51915初稳心高度mGM=ZM-ZG0.9061.05616初稳心高自由液面修正值m//17自由液面修正后初稳心高m0.9061.056因本艇自由液面面积很小，且纵向狭长布置，故自由液面修正值不计。5.5大倾角稳性计算5.5.1静稳性及动稳性曲线的绘制静稳性曲线采用乞式法进行计算，即根据船舶在横倾后的入水和出水楔形所形成的体积矩，求得不同排水体积不同横倾角时浮力作用线至假定重心的距离，绘成稳性横截曲线。然后根据稳性横截曲线求出某一排水体积时随的变化曲线，最后根据对重心加以修正，绘出各种装载情况下的静稳性曲线。根据上述的静稳性曲线，用梯形法计算每一个角度下与静稳性曲线构成封闭区域的面积，可以得到动稳性臂。根据动稳性臂的数值绘制动稳性曲线，再考虑进水角，就可以得到如下所示各种状态下的最小倾覆力臂。满载出港状态表5.5满载出港动稳性臂计算表序号项目数值1横倾角θ(°)10203040506070802静稳性臂0.2130.3450.4320.490.490.4440.3680.2723成对和0.2130.5580.7770.9220.980.9340.8120.644自左至右和∑i0.2130.7711.3351.6991.9021.9141.7461.4525动稳性臂0.0190.06730.11650.1480.1660.16710.15240.127图5.5.1满载出港静、动稳性曲线图（2）满载到港状态表5.6满载到港动稳性臂计算表序号项目数值1横倾角θ(°)10203040506070802静稳性臂0.2170.3460.4290.4870.4880.4390.360.2623成对和0.2170.5630.7750.9160.9750.9270.7990.6224自左至右和∑i0.2170.781.3381.6911.8911.9021.7261.4215动稳性臂0.01890.0680.1170.14760.16510.1660.15070.124图5.5.2满载到港静、动稳性曲线图5.5.2大倾角稳性校核根据《IMO》的有关规则，运用Hydromax软件对游艇的大倾角稳性进行校核，校核结果见表5.7。表5.7大倾角稳性校核项目单位符号满载出港满载到港《IMO》要求实际初稳心高（m）GM0.9061.056>=0.15最大复原力臂（m）Lm0.4970.495>=0.2（GZ）最大复原力臂（°）θm4545>=25对应角消失角（°）θv>80>80>=550-30°（m.deg）—10.4910.39>=3.151（GZ曲线）面积0-40°（m.deg）—14.8614.63>=5.157（GZ曲线）面积30-40°（m.deg）—4.374.24>=1.719（GZ曲线）面积稳性校核结果——满足要求满足要求—5.5.3进水角曲线的绘制船舶的进水角随排水体积的变化而变化的曲线称为进水角曲线。设E点为穿上最先进水的非水密开口下缘，过E点与作水平线成倾角的各倾斜曲线，算出倾斜水线下的排水体积，然后以进水角为纵坐标，排水体积为横坐标绘制曲线，进水角汇总表如下：表5.8进水角汇总表序号123456进水角(°）303640506070进水体积（m³）57463921115通过以上对进水角及水体积的汇总结果，绘制进水角曲线如下图：图5.5.3进水角曲线图5.5.4稳性衡准数校核稳性衡准数K是对船舶稳性的重要基本要求之一。《规范》规定：船舶在所核算的各种装载情况下的稳性，应符合下式：K=（5-1）式中：K为稳性衡准数；为最小倾覆力臂，表示船舶在最危险情况下抵抗外力矩的极限能力；为风压倾侧力臂，表示在恶劣海风下风对船舶作用的动倾力臂。（1）风压倾斜力臂根据《国内航行海船法定检验技术规则》（2011）规定风压倾斜力臂按照下式计算：（5-2）式中：P—单位计算风压，Pa；—船舶受风面积，；Z—计算风力作用力臂，m；—所核算装载情况下船舶排水量，t。计算结果见下表：表5.9风压倾侧力臂计算表项目满载出港满载到港P=198200=5.415.5Z=0.270.29排水量=2.1732.0350.0135674270.01597928（2）横摇角根据《国内航行海船法定检验技术规则》（2011）规定横摇角按下式计算：（5-3）式中：—系数，按规范2.1.8求得，按《游艇法定检验暂行规定》（2009）取沿海航区的0.8倍；—系数，按规范2.1.9求得；—系数，按规定2.1.10求得；—系数，按规范2.1.8求得，按《规定》（2009）取1.0对于折角线型船舶，横摇角取计算值的0.8倍，各种装载情况下的横摇角计算结果见表5.9。（3）横摇自摇周期根据《国内航行海船法定检验技术规则》（2011）规定横摇自摇周期按下式计算：（5-4）式中：f—按船舶的B/d值由规则中表2.1.8查得的系数；B—不包括船壳板的最大宽度，m；d—所核算装载情况下的型吃水，m；KG—所核算装载情况下船舶重心至基线的垂向高度，m；—所核算装载情况下船舶未计及自由液面修正的初稳性高度，m。各装载情况下的横摇周期计算结果见表5.9表5.10横摇角及横摇自摇周期计算表1.6996358581.54240433f061.056B2.182.18KG0.4880.463d0.350.330.2670.26c02=0.9665714290.97181818C2修正11C3=0.0210.021C4=1136.9047061136.9047061折角线船舶修正后横摇1518（4）最小倾覆力臂计算根据各种载况下的排水量和进水角曲线图，测量出各个载况下的进水角，再根据游艇的动稳性曲线的有效部分与进水角，决定最小倾覆力臂，得到下表：表5.11最小倾覆力臂计算表满载出港满载到港横摇角（度）1518进水角（度）3636最小倾覆力臂0.1560.1481（5）稳性衡准数校核表5.12稳性衡准数校核表满载出港满载到港最小倾覆力臂lq0.1560.1481风压倾侧力臂lf0.0135674270.01597928稳性衡准数K11.49812719.26825239结论（是否>=1)满足要求满足要求第6章阻力计算6.1计算方法阻力计算采用的是A.B.Marry法，该方法的特点是在给定速度下，先确定一系列航行纵倾角a，计算出各航行纵倾角下的阻力值，绘出以a为横坐标的阻力曲线。然后求各航行纵倾角下压力中心距尾板的水平距离，并标绘到同一张图上。于是可以根据给定的值确定a值，这样就可以在同一个横坐标上读取阻力值。6.2计算程序（1）预先计算艇底平均宽度、平均斜升角、艇的动负荷系数和宽度傅氏数；（2）使用公式求得考虑斜升影响的当量平板载荷系数；（3）取一系列航行纵倾角a值，列表计算比值;（4）根据和两个参数通过下式求相对浸湿长度，公式为：=0.012+0.0095/（6-1）（5）确定浸湿长度l=B和浸湿面积S=；（6）计算Re和；（7）按公式R=+（）S计算水动阻力R；（8）绘制阻力与航行纵倾角的关系曲线；（9）计算给定速度下，对应于不同纵倾角的值：=k（6-2）式中：k=（10）绘制与航行纵倾角的关系曲线，并从该曲线上取得符合给定的航行纵倾角a的值，再从阻力曲线上获得对应于此a角的阻力值。这个值即为本计算艇在给定速度下的水动阻力。6.3计算过程本艇计算使用尺度：=2.173t=2.4086m=2.287m=4.13m=22°=12°计算速度v=25kn=12.85m/s预先计算：B=（+）/2=2.3478mβ=17°===0.0457===2.678得到=0.0782；列表计算如下：表6.1阻力计算表1a2°3°4°5°6°7°22.143.354.595.877.188.503/0.03650.02330.01700.01330.01090.00924(查得)3.1252.0451.6241.0260.7230.61357.3374.8013.81282.40881.69751.4396L*B17.22611.2728.9525.6553.98543.3785718.01311.7879.36115.91344.16753.53298=lv/(1.19*)7.9*5.4*4.1*2.6*1.83*1.56*90.00220.002330.00240.00260.00270.0028表6.1阻力计算表（续表）10+0.00270.002830.00290.00300.00320.003311=(+)512.5lB（N）3937.42700.52211.31478.31089.7943.49120.03490.05240.06990.08750.10510.128813（N）743.961117.021490.071865.252240.432745.6514（N）4681.363817.523701.373343.553330.133689.13155.7104.1023.4272.3951.8231.603160.9560.8820.8340.7980.77010.7472175.459m3.617m2.858m1.911m1.404m1.197m通过计算可以得到阻力、与航行纵倾角的关系曲线，如下图：

图6.3.1第7章螺旋桨设计7.1船体主要参数垂线间长LPP=7.46m型宽B=2.4584m型深H=1.045m设计吃水T=0.3m排水量Δ=2.173t7.2初步设计确定最佳直径由初步设计确定最佳直径计算数据如下表所示：表7.1初步设计确定最佳直径名称单位数据螺旋桨转数Nr/min28001.044kn22.5PEhp61.846假定一组直径Dm50.4直径系数31.1137.33343.55649.78查MAU3-40图谱，由δ等值线与最佳效率曲线的交点可得到P/D1.1490.980.8450.780.770.7450.7150.682.42.923.353.47hp24.453.4792.64148.58主机马力hp25.1655.1395.50153.18有效推马力hp19.6341.6169.18105.53由计算结果得到下图：图7.2.1螺旋桨设计计算结果图根据如上计算步骤得到：螺旋桨直径D=0.34m，螺距比P/D=0.69，效率=0.63，要求的主机马力Ps=90hp。7.3空泡校核空泡校核采用柏利尔的商船限界线，具体计算过程如下表：表7.2空泡校核计算表项目数据单位0.8110596.5kgf/m²11.5875m/s134.2702(m/s)²34.89m/s1217.495(m/s)²1351.765(m/s)²70697.32kgf/m²0.149885查柏利尔限界线得0.076推力T355.9806kgf需要投影面积0.066254㎡需要展开面积0.072887㎡0.090792㎡需要盘面比0.802由如上计算表格可知，满足空泡要求得螺旋桨盘面比为0.802，而设计螺旋桨的盘面比为0.81，故满足要求。7.4强度校核为了保证螺旋桨的安全，CCS2001年《钢制海船入级与建造规范》第三分册第三篇第十一章中，对螺旋桨强度要求作了明确规定，本设计按照规定进行强度校核计算，具体计算过程见下表：表7.3强度校核计算表项目数值单位0.25R0.6RK1634207K2250151K31410635k4434桨叶宽度b0.1496260.205621530.7r处的D/P1.4492753621.449275362D/P1.4492753621.449275362A12433.219072869.1295946A21401.5942031187.246377Y212.028455.1106595X0.3786210.23337855t(mm)12.434216.02808277mmtn(mm)13.0057.412mm校核结果满足要求满足要求实取桨叶厚度13.0057.412实取桨叶在相应半径处切面的厚度如下表：表7.4实取桨叶在相应半径处切面的厚度表0.1R0.2R0.3R0.4R0.5R0.6Ｒ0.7Ｒ0.8Ｒ0.9R15