《无人艇的总体设计案例》3700字

无人艇的总体设计案例综述目录TOC\o"1-2"\h\u11731.1综述 126661.2主要量度的确定 1162671.1.1型宽B 154951.1.2总长Loa 262011.1.3吃水T 253961.1.4重量及重心 259031.3总布置和舱室设备 2203941.3.1艇体结构 3127111.3.2舱室布置 3209811.3.3总布置草图 484931.3.4三维总布置图 7231141.4重量与重心估算 9217841.4.1估算状态 9253271.4.2估算内容 9114121.4.3重量重心计算 10277411.5型线设计 12133841.5.1型线设计原则 12282591.5.2无人艇的型线设计 131.1综述总体设计的内容将包括对该无人艇的总长、型宽以及型深等主尺度进行分析论证，合理确定无人艇的整体布置，对船舶进行重量、重心进行估算并绘制出无人艇的外部型线图及总布置图。此款多体复合无人艇依据设计任务书之要求，能够在5级海况下安全航行，3级海况下高速航行，并在开展作业时具有良好的稳定性，对无人艇的安全性、快速性以及稳性提出了较高的要求，在进行总布置设计时要仔细考量其对各性能指标的影响，同时型线设计在与总布置相配合时，对无人艇的航行性能也是举足轻重的。1.2主要量度的确定1.1.1型宽B船舶主尺度的重要参数之一是型宽。型宽（B）是指船体两侧型表面之间垂直于中线面的水平距离。宽度对滑行艇的滑行性能有较大影响，适当地增加型宽将有助于改善稳性，可以增加滑行面的展弦比，提高升力系数，优化阻力性能，但是单独地分析型宽变化对阻力的影响十分复杂，一般运用型宽吃水比（B/T）分析船体的扁平程度对摩擦阻力和剩余阻力的影响，在具体的设计工作中还需要考虑到重量重心位置，机械设备的安放对舱容方面的要求等。此无人艇的主船体最大型宽定在1.746m，当伸出两侧片体时，总宽度将达到1.897m。1.1.2总长Loa总长系指从船舶最前端至最尾端船体结构的水平距离。该长度包括船舶的所有结构和组成部件。对于多体船，应分别测量每一船体的长度，取其中最长者为总长[2]。对于滑行艇来说，无论是折角线长度还是最大长度，其对性能的影响都不如一般排水型船那样重要。艇长的选取主要是从总布置的要求来确定，一般长宽比为3～8[3]，考虑到对快速性以及总布置的要求，同时在确定合适的艇长时还需考虑操纵性和经济性等因素。基于以上考虑和设计任务书的要求，此无人艇所选择的总长为6.027m，可得长宽比为3.45，该值符合长宽比为3～8要求。1.1.3吃水T吃水T是构成船的浮力的重要因素，是决定船舶载重量的尺度，同是也是影响湿面积的重要因素之一。结合对船长、型宽等方面的考虑，将此艇的吃水定在0.420m。1.1.4重量及重心船舶的重量与重心位置的计算在船舶的各个设计阶段都是一项必不可少的重要工作。从目前的研究成功及理论计算来看，重心位置靠后形成一定的首倾可以减小湿长度，将有助于提高滑行艇的滑行效率。同时船舶的重心位置关系到浮态与稳性。1.3总布置和舱室设备总布置设计是总览全局的系统工程，涉及到各个方面并贯穿到新船设计的各个阶段，需综合考虑船、机、电各功能及布置协调，是一项解决各种矛盾、协调各部分设计的综合性工作[4]。1.3.1艇体结构此无人艇依设计任务书之要求，采用铝合金材料，按中国船级社2021年出版的《小型海船入级规范》所述要求进行设计，采用纵横骨架式结构。此无人艇船壳、骨材以及上层建筑均采用铝合金材料。1.3.2舱室布置此艇设计两道舱壁，分别为防撞舱壁和水密舱壁，将无人艇内部分隔成包括艏尖舱在内的三个舱室。1、船外机综合舱容、艇型及经济性等多方面考量，此无人艇决定采用船外机布置于船尾。船外机的重量估计为287kg，距艇中-2100mm，距基平面723mm.2、汽油箱燃油在无人艇航行过程中不断地被消耗，重量重心变化较大，为稳定设计艇地重心纵向位置，并尽可能地降低燃油地重心高度，将汽油箱尽可能地靠近艇体重心布置。此无人艇油箱为独立油箱，其艇距船舯-795mm，距基线370mm。3、电池箱无人艇上不计划安装发电设备，船外机发电功率有限故大部分电气设备及机械伸缩臂均由蓄电池提供电力供应。计划安装三个电池箱放置三块大功率船用电池。由于电池重量较重，为较好地平衡此艇重心纵向及垂向位置，电池箱也将布置在无人艇重心附近。距船舯774mm，距基线257mm。4、机械绳索臂布置在船舯靠后位置的两具机械伸缩臂为此无人艇的特色。伸出状态时，伸缩臂重心距船舯-250mm，距基线1485mm。收缩状态时，伸缩臂重心距船舯-250mm，距基线1320mm。5、浮体无人艇两侧浮体与机械伸缩臂固定连接，布置于船体两侧。伸出状态时，臂重心距船舯-1291mm，距基线547mm。收缩状态时，重心距艇船舯-1291mm，距基线881m。6、船壳此无人艇为全铝合金艇体，艇体重量包括外板、骨材和舱壁等。底板厚度为5mm,舷侧板及上甲板厚度为4mm,舱壁厚度为5mm,尾缘板厚度为10mm,型材板厚为4mm,肋板厚度为4mm。进行艇体重量估算，质量约为756kg。重心距船舯-665mm，距基线719mm。1.3.3总布置草图图3.1单体船型态俯视图图3.2三体船型态俯视图图3.3俯视剖面图图3.4单体船型态侧视图图3.5三体船型态侧视图图3.6侧式剖面图图3.7三体船型态艏艉视图图3.8单体船型态艏艉视图1.3.4三维总布置图运用犀牛软件对此无人艇的单体船型态及三体船型态进行三维建模，如下图所示。图3.9三体及单体船型态艏部视角图图3.10三体及单体船型态艉部视角图1.4重量与重心估算在选择与确定船舶主要要素之后就是确定船舶的重量以及进行重心位置的估算，任何设计的成功都取决于其重量和重心，这两个参数是稳性、快速性、有效载荷能力、适航性能等的基础。对于此无人艇而言，确定好了艇体的船体结构、舱室结构、艇上机电设备及舷外机等主要设备后，便可以开始进行无人艇的重量重心估算了。为调整至合适的重量与重心位置，这项步骤将是反复和精细的。1.4.1估算状态此无人艇无装载货物的任务设计，依照有关规范并结合本身可变船体形式的特征，核算的装载状态包括：三体船形态下的出港重量、到港重量和单体船型下的出港重量、到港重量。1.4.2估算内容船在某一装载情况下的总重量就是此时的排水量，它由各部分重量组成。通常在设计中将排水量分成空船重量和载重量两个部分，即∆=LW+DW（3-1）式中:LW为空船重量。LW=W1+W2+W3（3-2）式中：W1为船体钢料重量（t）；W2为木作舾装重量（t）;W3为机电设备重量（t）;DW为载重量（t），包括船上设备、油料、主机冷却水等重量[5]。该无人艇的重量估算采用将艇体各部分重量累加的方法，考虑到骨材重量，最后还需考虑增加10%船体结构质量的建造余量。1.4.3重量重心计算表1.1无人艇（单体船型）重量重心计算表分类质量(kg)重心纵向坐标（mm）重心垂向坐标(mm)纵向力矩(kg*mm)垂向力矩(kg*mm)出港船体结构756.362085719.01577010.60543821.84推进动力系统287-500580.0-143500.00166460.00电气系统307.33793.78476.621165830.00146465.00仪器仪表51.83517.991006.62185750.0053151.00辅助系统622141.13324.11132750.0020095.00其他设备245.71529.181151.15375720.00282838.00建造余量171.12燃油236.251955370461868.7587411.5总计2118.531958.44670.294148996.151420026.54到港船体结构756.3620857191577010.60543821.84推进动力系统287-500580-143500.00166460.00电气系统307.33793.78476.621165830.00146465.00仪器仪表51.83517.991006.62185750.0053151.00辅助设备622141.13324.11132750.0020095.00其他设备245.701529.181151.15375720.00282838.00建造余量171.12燃油23.63195513846186.883260.25总计1905.901958.82700.913733314.281335874.29表1.2无人艇（三体船型）重量重心计算表分类质量(kg)重心纵向坐标(mm)重心垂向坐标(mm)纵向力矩(kg*mm)垂向力矩(kg*mm)出港船体结构756.362085688.001577010.60520375.68推进动力系统287-500580.0-143500.00166460.00电气系统307.33793.78476.621165830.00146465.00仪器仪表51.83517.991006.62185750.0053151.00辅助系统622141.13324.11132750.0020095.00其他设备245.701529.181124.29375720.002776238.00建造余量171.12燃油236.251955370344568.7565211.5总计2118.531958.44656.114148996.151389979.38到港船体结构756.3620856881577010.60520375.68推进动力系统287-500580-143500.00166460.00电气系统307.33793.78476.621165830.00146465.00仪器仪表51.83517.991006.62185750.0053151.00辅助设备622141.13324.11132750.0020095.00其他设备245.701529.181124.29375720.002776238.00建造余量171.12燃油23.63195513846186.8753260.25总计1905.901958.83685.153733314.281305827.13通过重量重心计算表格得出无人艇两种状态下的重量重心最终结果如下：表1.3无人艇重量重心计算结构计算状态重量（kg）重心纵向坐标（距0号站位，mm）重心垂向坐标（距基线，mm）单体出港2118.531958.44670.29单体到港1905.901958.82700.91三体出港2118.531958.44656.11三体到港1905.901958.82685.151.5型线设计在船舶的初步设计阶段中型线设计需要在主尺度确定后与总布置设计配合进行的，型线设计必须格外细致，它决定着船体的形状特征，进而影响着船舶包括阻力、稳性和操纵性等各种性能，同时其与结构和建造工艺等密切相关，关系到船舶的经济性能。型线设计结果将是评判该艇设计质量好坏的重要依据之一。1.5.1型线设计原则（1）满足快速性、耐波性等设计任务书的基本要求（2）满足总布置要求。（3）基于设计任务书的要求满足相关主尺度1.5.2无人艇的型线设计1、概述型线设计在船舶总体设计中的重要性不言而喻。初步设计工作中,此无人艇的型线设计是与主尺度确定和总布置设计相辅相成，在主尺度选择和舱室及设备布置时就需要对型线进行考虑，并反应在此艇的型线特征上。优秀的型线设计将是该无人艇发挥优异航行性能的重要保障，同时为后续的结构设计和建造等提供依据。首先，型线与阻力性能关系重大，如斜升角、折角线长度和重心的纵向位置等都将对阻力性能产生影响，同时尾部型线与推进效率和振动有很大的影响，此艇采用方尾设计，其能使得水流较平坦地脱离船体，有益于船体减阻。其次，型线与船舶的稳性、操纵性和快速性等都有关系。再者，型线设计时需考量对布置和舱容的影响，如无人艇的舱容及舱室布置、两侧片体的安放位置，艉部船外机的安装等。最后，带有明显折角的V型剖面作为滑行艇的典型特征之一，已有研究表明：滑行艇V