大充填比肥大船型湿面积的计算

大充填比肥大船型湿面积的计算

0船型特征和湿面积内河船舶，尤其是大型船舶的乘客和船宽受到船舶水深、宽度和船高的限制。为了提高船舶的负荷，实现船的大规模使用，有必要将大型车辆的长度与大型车辆进行比较。欧洲和美国成功开发了大型欧洲内河船只和北美船只。中国很少有研究用大长度来区分大长度。在造船上，没有明确的定义大长度比船型。大体积的船型特征之所以被称为大长度比，是因为船型的大长度比l-b.8.0.10.0，一些船舶达到11.8，超过了传统类型的l-b.0.7.5，远高于标准船型的l-b.0.70。0.84，略长0.995。这种船型与内陆限制的船舶型良好，技术经济性能较好。是我国内河船舶型的发展方向。船体的湿表面积与船舶阻力尤其是摩擦阻力的大小紧密相关,在初步设计阶段估算湿面积时,船型不同估算公式亦不相同.大长宽比肥大型船舶船型特殊,船体湿面积如何计算,目前国内外尚无现成的公式和经验可资借鉴.为此,本文作者选择了一艘优秀的母型船,通过系列船型参数变化,运用NAPA系统设计了12条船模,计算了每条船模的湿面积,经过研究分析,给出了该船型湿面积系数图谱和相关的回归公式,供船舶设计人员参考.1计算体积湿面积的方法1.1采用纵向积分直接求解船舶湿面积的可行性直接计算法有两种具体方法,传统的计算方法是根据船体型线图,用纸条在型线图上量出各站横剖面在计算水线以下的半围长,然后用梯形法或辛浦生法沿其纵向积分直接求得船体湿面积S.该方法的计算结果没有考虑纵向曲度的影响,由于将船体的纵向曲度拉直后比原来的长度要大,故常取前述湿面积计算结果的1%作为修正,或按图谱中的长度修正系数进行修正.随着数字化造船技术的进步,目前出现了几种专用的船舶设计软件,运用这些软件中的湿面积计算功能即可在型线设计完成后直接算得湿面积.众所周知,采用直接计算法计算船体的湿面积是较为准确的,条件是必须要有型线图.1.2湿面积的估算初步设计阶段,船体的型线设计尚未完成,型线图还没有定下来,为了估算船舶阻力、外板和排水量必须估算湿面积,此时只能用经验公式进行估算.经验公式的种类较多,且每个公式都是针对某一特定船型的,例如荷兰瓦格宁根船池常规船型湿面积公式、泰勒系列公式、60系列公式、我国的浅吃水肥大型船公式和江船系列公式等.由于这些公式本身就是近似公式,如果选用的公式与船型不符,则计算误差相当大.大长宽比肥大船型与常规船型和浅吃水肥大型船有很大的差异,解决其湿面积计算的难题,对该船型的推广应用具有重要的现实意义.2大比例尺比大型船湿面积的计算更2.1船模参数变化范围影响大长宽比肥大船型湿面积大小的主要船型参数通常是主尺度比、船型系数和排水量等.限于经费,考虑到实用性,系列船模设计选择了一条L/B=11.65,B/T=3.34,CB=0.933的优秀大长宽比肥大船作为母型船,在该船型参数中心点附近,通过单参数变化法,系列变化长宽比L/B、宽度吃水比B/T以及方形系数CB,形成三个系列,共12条船模.各系列参数的变化范围参考了国内外船模系列试验研究中参数变化的档次和近10年来国内外已建造的该船型船舶的资料,经统计分析而定.各系列船型参数变化范围见表1.2.2船模湿表面积和cs湿面积湿面积系数Cs是个无量纲系数,根据相似原理,形似船(即几何相似)如船模与实船、设计船与系列船型的Cs是一样的.为方便计算,系列船型资料往往给出Cs与船型参数的关系曲线和相应的湿面积计算公式.湿面积系数Cs是船型参数的函数,不同的系列船型资料所给的函数式是不相同的,本系列采用的湿面积计算公式为S=CsV2/3,给出的函数关系为Cs=f(L/B,B/T,CB).Cs的计算公式为:式中,S为船模的湿表面积;V为船模的排水体积.根据公式(1)计算了本船型系列不同船型参数船模各种装载状态时的无因次湿表面积系数Cs,以每个船型参数的系列变化给出一张图谱,分别表示L/B,B/T,CB变化时的Cs等值线.实船设计中只要根据设计船的L/B,B/T,CB,由相应的图谱查出Cs,即可计算出该船各种装载状态下的湿面积.为了便于用户用计算机直接计算各种装载状态下的湿面积,本文通过对Cs曲线的回归分析,分别给出了Cs的曲线的表达式和回归参数与排水量变化关系的回归公式.3结果和规划的表达3.1湿表面积系数cs本系列船模保持母型船的B/T,B,CB,CM,、进流段长LE、平行中体长LP、去流段长LR、浮心纵向坐标XB等主要参数不变,不同船模仅通过船长L的变化而作单方向的仿射变换而派生.为了保持B/T不变,派生船形改变了船舶的排水量Δ、船长L和L/B参数,而保持船形系数不变.船模的L/B参数的变化值为8.0,9.0,10.0,11.65,分别对应四条船模.不同L/B参数的船模计算了五种装载状态时的湿表面积系数Cs,计算结果经整理、反复光顺和回归后,用图1所示的图谱表达,根据图谱中Cs曲线的形状将其回归成线性表达式:式中,系数a,b与排水量的关系见下列回归公式:式中,Vx=V/VF,VF满载排水体积.3.2b/t参数的影响本系列船模保持母型船的L/B,L,CB,CM,LE,LP,LR,XB,B等主要参数不变,不同的船模只根据吃水T的变化而改变了B/T参数,这样单方向的仿射变换而派生的船形改变了船舶的排水量Δ、吃水T、和B/T,而保持船形系数不变.船模的B/T参数的变化值为2.84,3.34,3.84,分别对应三条船模.对不同B/T参数的船模计算了五种装载状态时的湿表面积系数Cs,计算结果经整理、反复光顺和回归后表达成图2所示的图谱.根据图谱中Cs曲线的形状将其回归成线性表达式:式中,系数a,b与排水量的关系见下列回归公式:3.3船模和船模之间的湿表面积系数本系列船模保持母型船的L,B,T,CM,XB等主要参数不变,首尾纵向轮廓不变,仅改变横剖面面积曲线、排水量、LE、LP、LR等.船模的CB参数的变化值为0.843,0.873,0.903,0.933,0.942,分别对应五条船模.对不同B/T参数的船模计算了五种装载状态时的湿表面积系数Cs,计算结果经整理、反复光顺和回归后,表达成图3所示的图谱.由于该船型参数特殊,方型系数特别大,去流段边隧湿表面积的情况复杂,因此,图谱中Cs曲线回归模型中的回归系数的表达困难,有待进一步研究.4b/t的影响1)Cs随着船型参数L/B的增大而迅速增加,无论满载和各种排水量情况下的压载航行都是如此.实船设计中增加L/B,湿面积的增加将导致阻力有所增加,但选择较大的CB与之配合则有利于减小空船重量,大幅度增加载重量.2)Cs随着船型参数B/T的增大而迅速增加,无论满载和各种排水量情况下的压载航行都是如此.B/T的变化对Cs最为敏感,分别比较L/B和B/T的Cs曲线,B/T值对Cs的影响远大于L/B的影响.实船设计时尽量避免B/T增加导致的Cs的大幅增加,同时要注意B/T与CB的适度配合以减小湿面积.3)Cs随船型参数CB的变化情况比较复杂,当排水量在80%以上时,Cs随着CB的增大而缓慢下降,这可能是大长宽比船型能够选取较大CB值的原因之