【《77500WDT散货船总体结构方案初步设计》18000字】

WDT散货船总体结构方案初步设计[摘要]船舶总体方案初步设计是船舶设计过程中最为重要的设计部分，它对各个部分的设计影响是全局性的。本次设计根据任务书要求，运用船舶总体设计原理与方法，开展了77500DWT散货船总体方案设计。首先根据母型船主尺度应用母型换算法，得出三种可行的新船主尺度方案；运用层次分析法和熵权法确定评价指标的组合权重，根据TOPSIS法建立评价模型，得出最优的主尺度方案；然后采用母型船改造法设计新船的型线，最后进行新船的静力性能计算，并绘制静水力曲线图以及邦荣曲线图。[关键词]散货船；总体方案设计；TOPSIS；型线设计；静力性能计算目录0引言 11新船主尺度选择 21.1主尺度选择步骤以及方法 21.1.1新船主尺度选择依据 21.1.2载重型船舶主尺度选择步骤 21.2主尺度方案一 31.2.1估算新船排水量 31.2.2主尺度第一次近似计算 41.2.3估算空船重量 41.2.4重力与浮力的平衡 51.2.5载重量的估算 61.2.6空船重心高度 81.2.7所需舱容估算 91.2.8舱容校核 121.2.9初稳性校核 141.2.10确定主尺度 191.2.11主尺度论证 191.3主尺度方案二 251.3.1主尺度的确定 251.3.2主尺度论证 261.4主尺度方案三 311.4.1主尺度初步确定 311.4.2主尺度论证 332主尺度的选择 392.1选择评价指标 392.2计算指标权重 402.3TOPSIS评价模型建立 423型线绘制及静水力计算 453.1型线图绘制 453.2静水力曲线 473.3邦荣曲线 50结论 59参考文献 61附录A公式符号含义 62附录B母型船第一次初步分舱图 66附录C母型船第二次初步分舱图 67附录D经验公式法第二次初步分舱图 68附录E比值法第二次初步分舱图 69附录F母型船型线图 70附录G77500DWT散货船型线图 72附录H型值表 73附录I77500DWT散货船静水力曲线图 75附录J77500DWT散货船邦戎曲线图 760引言总体方案初步设计是新船设计过程中最重要的环节，对设计工作与新船设计质量具有重要意义。在设计过程中应做到考虑全面，统筹兼顾，才能对后续的生产设计打下坚实的基础。本设计主要包括以下内容：设计主尺度方案。参考母型船资料，根据新船要求，根据船舶设计原理理论与方法及CCS《钢制海船入级规范》（2018），改进母型船主尺度与各项性能指标并校核，设计三种可行的主尺度方案。主尺度方案优选：选用舱容利用率、载重量系数、海军系数、单位油耗、主船体总容积与载重量比值作为评价指标。根据层次分析法原理与熵权法原理分别求出权重，将所得两种权重组合求出复合权重，用TOPSIS建立评价模型对三种方案进行优选，在三种方案中选取最优方案。绘制型线图：根据最优方案，采用母型改造法生成新船型线，绘制新船型线图。静水力计算。根据新船型值开展静水性能计算，运用绘图软件CAD绘制出静水力曲线图、邦戎曲线图。1.1主尺度选择步骤以及方法1.1.1新船主尺度选择依据母型船基本信息（1）主要参数如表1-1所示。（2）母型船总布置图。（3）母型船型线图。表1-1母型船主要参数225.432.2620.1014.450.88417160014.396052）新船设计要求如表1-2所示。表1-2新船设计要求船员（人）航区（nmile）船籍船级7750014.526无限航区19000中国CCS1.1.2载重型船舶主尺度选择步骤载重型船舶主尺度选择的一般步骤框图如图1-1所示。图1-1载重型船舶主尺度选择的一般步骤框图1.2主尺度方案一1.2.1估算新船排水量对于载重型船舶，新船排水量可用载重量系数的方法估算，相关计算如公式（1-1）～（1-3）[1]所示。（1-1）（1-2）（1-3）式（1-1）中：附体系数k取1.006，海水质量密度取1.025。计算得出载重量系数，新船排水量。1.2.2主尺度第一次近似计算根据得出的新船排水量与母型船主要参数估算新船主尺度，具体计算如公式（1-4）～（1-8）[1]所示。（1-4）（1-5）（1-6）（1-7）（1-8）经过计算，主尺度的初步估算结果如表1-3所示。表1-3主尺度的初始值221.5631.7119.7614.200.884190974.761.2.3估算空船重量船体钢料重量、舾装重量、机电设备重量分别按公式（1-9）～（1-11）[1][2]估算。（1-9）（1-10）（1-11）式（1-12）中：PD——主机功率MCR（kW），可以根据母型船海军系数换算。CM——系数，本文取8[1]。计算得：在船舶设计中通常在空船重量中加一定的排水量裕度来减小设计中重量估算误差、未预计重量的增加及建造中采用代用品而导致的空船重量增加。在初步设计阶段，排水量裕度对船体钢料重量取3%～6%，对舾装重量和机电设备重量各取8%～10%。[1]本文船体钢料重量取LW的4%，舾装重量和机电设备重量取9%。计算得：。1.2.4重力与浮力的平衡新船总重量，比排水量少2803.48t。需要调整船舶主尺度来保证浮力和重力平衡，用诺曼系数来调整主尺度，计算如公式（1-12）～（1-13）[1]所示。（1-12）（1-13）假定L，B不发生改变，修改d,则α取0.4，β、γ取0[1]。计算得：。修正后的主尺度：经诺曼系数调整后的主尺度值如表1-4所示。表1-4修正后主尺度221.5631.7119.1313.750.884188080.88根据1.2.3节估算修正后空船重量数据如表1-5所示。表1-5修正后空船重量及主机功率（t）（t）（t）（t）（t）（kW）6963.072094.12907.72412.3110543.6210521.21在瓦锡兰（中国）有限公司的官方网站查得，WARTSILA品牌5RT-flex58TD/RTA型号的柴油机，主机功率11300kW，与设计船舶较为相近，故设计船主机使用该主机,主机参数如表1-6所示。表1-6主机参数项目数值主机功率11300主机耗油率169转速105缸径580活塞行程2416重量2810001.2.5载重量的估算1）人员及行李重量人员重量按每人65kg，行李按每人45kg/人计算。[1]计算得。2）食物和淡水重量运用公式（1-14）[1]估算。（1-14）式中：[1]。食品定量通常按每人每天2.5～4.5kg计算。淡水，通常海船取每人每天定量100～200kg。[1]本文定量标准按每人每天3.5kg的食物和150kg的淡水。计算得：。3）燃油重量运用公式（1-15）[1]估算燃油重量。（1-15）式中：为一切燃油装置耗油率，近似取主机耗油率的1.15～1.20倍[1]。本次设计取为主机耗油率的1.16倍，主机耗油率由表1-6可知为；为风浪影响系数，这里取1.2。计算得:。4）滑油重量可用公式（1-16）[1]进行估算。（1-16）式中：对一般柴油机≈0.02～0.05[1]，本次设计取0.03。计算得：。5）炉水重量根据公式（1-17）[1]估算。（1-17）式中：G为锅炉额定蒸发量，根据表1-7中G取2.5（t/h）；为蒸汽漏失率，本次设计取0.06[1]；t为航行时间，。在凯能科技官方网站上查阅选取型号LSK2.5-0.7作为本次设计的锅炉，锅炉具体参数如表1-8所示。表1-8锅炉参数型号蒸发量工作压力重量水容积LSK2.5-0.72.50.964002.7计算得：。6）备品、供应品重量其重量通常取[1],本次设计取。计算得：。将所估算载重量计算结果汇总如表1-9所示。表1-9载重量估算结果项目重量值（t）人员及行李2.86食物4.97淡水212.93燃油3134.96滑油94.05炉水196.55备品、供应品63.08载货量73790.59载重量775001.2.6空船重心高度1）计算船体钢料重心高度如公式（1-18）～（1-20）[1]所示。（1-18）（1-19）（1-20）式中：为计入舷弧和舱口围壁容积影响的相当型深，可以粗略用型深替代；是计算到型深的方形系数，其中取3。代入数据计算得：。2）计算舾装重心高度如公式（1-21）[1]所示。（1-21）取1.05代入计算得：。3）机电设备重心高度计算如公式（1-22）[1]所示。（1-22）计算得。4）空船重心高度如公式（1-23）[1]所示。（1-23）计算得：，在船舶设计中对于重心高度的估算结果一般要考虑一定的裕度。本次设计采用将空船重量裕度的重心高度区在处[1]。则。1.2.7所需舱容估算1）设计新船货舱中横剖面以母型船82000DWT散货船的总布置图作为参考，根据散货船货舱剖面形状及特征进行新船货舱中横剖面的设计。当舭部升高高度h=0时，横剖面舭部半径R如公式（1-24）[1]所示。（1-24）计算得：。海船的标准梁拱值一般取为B/50～B/100，此处取B/50[1]，得出。根据CCS《钢制海船入级规范》（2018）对国际航行船舶双层底的要求，并参考母型船对双层底的设置和方便布置设计船的液体舱室，本设计船的双层度高度取为2.5m。在CAD绘制出新船货舱中剖面图如图1-2所示，这种货舱剖面形状方便清舱、平舱及增加压载量。该方案的详细分舱图详见附录B。图1-2货舱中剖面图单位：m由CAD测量得到每一个顶边舱面积为34.03m3，每一个底边舱面积为25.98m3，货舱面积为444.09m3。2）货舱所需容积估算如公式（1-25）[1]所示。（1-25）式中：新船运载袋装水泥，货物的积载因数为1.06，容积折扣系数为0.995;计算得。3）压载水舱容积估算如公式（1-26）[1]所示。（1-26）式中：kb取为0.32。计算得。4）机舱容积估算如公式（1-27）[1]所示。（1-27）式中：机舱段体积丰满度系数KM取0.9，参考母型船机舱双层底高度，本次hDM取2.5m，计算得：。5）油水舱容积如公式（1-28）[1]所示。（1-28）式中：容积折扣系数为0.98，对油舱考虑膨胀系数0.97～0.98，重油舱内因需设置加热管系，故还要占去3%左右的容积，本船设计膨胀系数取0.97。计算得：。6）其他舱室容积主船体还有艏尖舱、尾尖舱等其他舱室,这些舱室的容积约占总容积的2%～5%[1]。此处取3%，故计算得。7）主船体总容积估算如公式（1-29）～（1-33）[1]所示。（1-29）（1-30）（1-31）（1-32）（1-33）式中：C为梁拱值，可取（0.01～0.02）B。计算得：。8）货舱容积估算如公式（1-34）[1]所示。（1-34）式中：LF、LA分别为首尾尖舱长度，首尾尖舱长度分别为0.05～0.08LPP、0.04～0.05LPP[1]。此出分别取0.072LPP、0.04LPP，计算得AC为船中出货舱横剖面积，根据1.2.7节可得计算得：。双层底容积估算如公式（1-35）[1]所示。（1-35）式中：为双层底高度，根据1.2.7节可知取为2.5m。计算得：。1.2.8舱容校核 1）新船主船体舱室划分（1）参考母型船总布置图及型线图，由于82000DWT散货船是非常优良、非常成熟的船，设计新船的外轮廓线仿照母型船新鲜图外轮廓绘制。（2）货舱划分要考虑货物的合理配载，货舱数按船长选取，一般情况下每一节货舱长度不超过30m。根据母型船资料，选取货舱数为7。（3）划分液舱时，应该与机舱布置相协调。燃油舱放置在机舱前端的顶边舱，这样不仅省去了加热管系的安装，更方便使用。滑油舱布置在机舱双层底顶部，必须与船体外板隔离，滑油舱长宽高尺寸大小分别为9m、9m、1.5m，淡水舱设置在机舱后端，为了方便取用布置在尾尖舱顶部，长宽高尺寸大小分别为6m、6m、7m，炉水舱放置在淡水舱后方，长宽高尺寸大小分别为5.5m、6m、7m。（4）货舱两侧的顶边舱、底边舱及双层底设置为压载水舱。（5）备品及供应品放置在机舱内。初步分舱图如图1-3所示。图1-3初步分舱图单位：m全船容积校核根据公式（1-36）[1]所示（1-36）式中：为上甲板以上装货容积。由于该等是需要满足等于或大于，对于不用计算。计算得：根据1.2.7中（7）可知因此全船容积校核满足。局部容积校核根据1.2.7节可知货舱所需容积为78611.09m3,货舱所能提供容积为84573.42m3，货舱所能提供容积大于所需容积，因此货舱容积校核满足。双层底实际容积包括货舱双层底容积与机舱双层底容积，经计算得10820.98m3，所能提供双层底容积为13927.40m3，因此双层底容积校核满足。燃油舱、淡水舱、炉水舱、滑油舱所需容积经计算分别为3777.64m3、217.28m3、200.56m3、116.40m3，实际容积分别为4247.78m3、222.79m3、204.23m3、121.50m3，都满足实际容积大于所需容积，因此校核满足。压载水实际容积可分为顶边舱、底边舱、双层底舱中的压载水，经计算总容积为25463.79m3，所需容积为24800m3，因此校核满足。4）舱容校核结果汇总如表1-10所示。表1-10舱容校核结果类别所需容积提供容积校核结果货舱78611.0984573.42符合压载水舱24800.0025463.79符合淡水舱217.28222.79符合炉水舱200.56204.23符合燃油舱3777.644247.78符合滑油舱116.40121.50符合机舱10149.6110440.83符合其他舱容3908.295001.95符合VH=121780.86130276.29符合1.2.9初稳性校核1）重量与重心估算（1）查询1.2.7节计算结果空船重心高度为13.82m。（2）人员、行李及食品重量重心Zg=D+1=20.13m[1]。（3）满载载况下，双层底重心高度取为双层底高度的3/5左右[1]，对于淡水、炉水、滑油的重心高度近似认为船底至舱室高度的中点，则淡水重心高为15.63m，炉水重心高为15.63m，滑油重心高为1.75m，燃油重心高为16.83m；压载水重心高7.94m;货物重心高为10.4401m。（4）压载载况下，即剩余10%的燃油、备品和供品时（根据我国《国际航行海船法定检验技术规则》（2014）的规定[14]，也就是2008国际完整稳性规则的规定），此次设计将备品和供品置于机舱内的平台，备品和供品重心高为6m，燃油重心高为13.84m。其余重心高度不变。重量及重心估算结果如表1-11所示。表1-11压载重量重心项目△1（t）KG1（m）△1*KG1△2（t）KG2（m）△2*KG2人员及行李2.8620.1357.572.8620.1357.57食品4.9720.13100.014.9720.13100.01淡水212.9315.633328.11212.9315.633328.11炉水196.5515.633072.10196.5515.633072.10燃油3134.9616.8352760.18313.5013.844337.66滑油94.051.75164.5994.051.75164.59备品和供应品63.086.00378.496.316.0037.85空船10513.6013.82145277.4610513.6013.82145277.46压载水26100.387.94207137.7926100.387.94207137.79货物0.000.000.000.000.000.00总计40323.3910.22412276.3037445.159.71363513.13注：下标1的为压载出港，下标2的为压载到港满载载况重量及重心估算结果如表1-12所示。表1-12满载重量重心项目△1（t）KG1（m）△1*KG1△2（t）KG2（m）△2*KG2人员及行李2.8620.1357.572.8620.1357.57食品4.9720.13100.014.9720.13100.01淡水212.9315.633328.11212.9315.633328.11炉水196.5515.633072.10196.5515.633072.10燃油3134.9616.8352760.18313.5013.844337.66滑油94.051.75164.5994.051.75164.59备品和供应品63.086.00378.496.316.0037.85空船10513.6013.82145277.4610513.6013.82145277.46压载水0.000.000.000.000.000.00货物73790.5910.44770381.1973790.5910.44770381.19总计88013.6011.08975519.7085135.3610.89926756.54注：下标1的为压载出港，下标2的为压载到港初稳性高度校核初稳性估算如公式（1-37）～（1-43）[1]所示。（1-37）（1-38）（1-39）（1-40）（1-41）（1-42）（1-43）根据上式计算得出初稳性高如表1-13所示。表1-13四种载况初稳性校核表载况d（m）CBCWa1a2GM（m）压载到港6.060.8530.8900.5110.0837.09压载出港6.510.8560.8930.5110.0835.90满载到港13.320.8830.9210.5110.0862.39满载出港13.750.8840.9230.5110.0862.22根据我国《国际航行的海船法定检验技术规则》，初稳性高下限为0.15m,根据表格数据可知，四种载况均满足要求。3）横摇周期如公式（1-44）[1]所示。（1-44）式（1-36）中（缺少新船型线图，故在分舱图粗略量取水线长度），量得的值代入计算得到结果如表1-14所示。表1-14横摇周期估算结果载况d（m）Lwl（m）C值TΦ（s）压载到港6.06218.120.409.52压载出港6.51218.140.3910.21满载到港13.32229.010.3313.51满载出港13.75229.030.3313.94根据文献[1]可知，横摇周期达不到我们所设计的远洋船舶要求的12s，均不符合要求。4）最小干舷校核最小干舷计算如公式（1-45）[1]所示。（1-45）（1）基本干舷F0公约和法规中B型船（本设计船属于此类）以船长为参数列表给出标准船的基本干舷如表1-9示，基本干舷由表1-15插值取得[1]。表1-15B类船舶基本表列干舷船长干舷2203586221360122236152233630对于干舷修正值f1，根据《国际航行的海船法定检验技术规则》，在船长LPP＞100m，取值为0，新船符合要求，因此。（2）方形系数对干舷的修正值如公式（1-46）所示。（1-46）故计算得出（3）型深对干舷的修正值如公式（1-47）所示。（1-47）L＞120m，R=250mm，故计算得出上层建筑和围壁对干舷的修正值如公式（1-48）所示。（1-48），，根据文献[1]可得，故非标准弧对干舷的修正值缺少母型船资料，并且初步设计时可暂不修正。则,，因此最小干舷符合要求。1.2.10调整主尺度新船横摇周期与校核目标差距较大，由于型宽跟吃水对横摇周期影响较大，本次设计在原有主尺度方案基础上排水量不变、减少型宽并增加吃水，保证d/D与母型船相等从而得到新的型深，为后续型线设计考虑方形系数应保持不变，假定排水量不变，根据公式适当减小船长使与母型船尽量相近，平衡后新的主尺度的选取值如表1-16所示。表1-16调整后主尺度（m）（m）（m）（m）（t）2173020.5814.790.884187791.201.2.11主尺度论证1）根据1.2.3节计算空船重量与主机功率如表1-17所示。表1-17空船重量与主机功率项目数值单位WH6993.82tWo1853.63tWM906.73tLW10282.36tMCR10498.13kWCSR9448.32kW2）人员及行李。备品计算方法与第一次设计相同，其余根据公式（1-14）～（1-17）计算，各项重量如表1-18所示。表1-18载重量估算结果项目数值单位人员及行李2.86t食品4.97t淡水212.93t燃油3134.96t润滑油94.05t备品、供应品61.69t炉水196.55t∑3708.02t3）舱容计算及核算通过公式（1-24）计算得出舭部半径R=1.76m；FM=0.6m。双层度高度取为2m。在绘制分舱图时，略微修改的地方有：在计算首尖舱长度时由0.072倍垂线间长改为0.08倍垂线间长，且尾尖舱由0.04倍改为0.05倍，货舱双层底高度由2.5改为2，机舱双层底高度由2.5改为2.1。根据上述数据可画出船的中横剖面图以及初步分舱图如图1-4、图1-5所示，该方案详细分舱图详见附录C。图1-4中横剖面图单位：m图1-5初步分舱图单位：m根据公式（1-25）～（1-35）计算各个舱容所需容积及所能提供容积，各个舱室校核结果如表1-18所示。表1-18舱容校核项目所需容积（m³）提供容积（m³）校核货舱78612.5681580.15符合压载水舱24800.0026129.83符合淡水舱217.28241.36符合炉水舱200.56204.23符合燃油舱3777.644337.13符合滑油舱116.40120.00符合∑123241.94128960.27符合4）重量及重心估算（1）空船重心高度为12.21m。（2）人员、行李及食品重量重心Zg=D+1=21.58m[1]。（3）满载载况下，双层底重心高度取为双层底高度的3/5左右[1]，对于淡水、炉水、滑油的重心高度近似认为船底至舱室高度的中点，则淡水重心高为17.08m，炉水重心高为17.08m，滑油重心高为1.48m，燃油重心高为18.19m；压载水重心高10.02m;货物重心高为10.6578m。（4）压载载况下，即剩余10%的燃油、备品和供品时（根据我国《国际航行海船法定检验技术规则》（2014）的规定[14]，也就是2008国际完整稳性规则的规定），此次设计将备品和供品置于机舱内的平台，备品和供品重心高为6m，燃油重心高为14.6711m。其余重心高度不变。压载载况重量及重心估算结果如表1-19所示。表1-19压载重量重心项目△1（t）KG1（m）△1*KG1△2（t）KG2（m）△2*KG2人员及行李2.8621.5861.722.8621.5861.72续表1-19项目△1（t）KG1（m）△1*KG1△2（t）KG2（m）△2*KG2食品4.9721.58107.224.9721.58107.22淡水212.9317.083636.86212.9317.083636.86炉水196.5517.083357.10196.5517.083357.10燃油3134.9618.1957030.94313.5014.674599.34滑油94.051.48138.8894.051.48138.88备品和供应品61.696.00370.176.176.0037.02空船10282.3614.65150624.9010282.3614.65150624.90压载水26783.0810.02268333.5326783.0810.02268333.53货物0.000.000.000.000.000.00总计40773.4611.86483661.3337896.4711.37430896.58满载载况重量及重心估算结果如表1-20所示。表1-20满载重量重心项目△1（t）KG1（m）△1*KG1△2（t）KG2（m）△2*KG2人员及行李2.8621.5861.722.8621.5861.72食品4.9721.58107.224.9721.58107.22淡水212.9317.083636.86212.9317.083636.86炉水196.5517.083357.10196.5517.083357.10燃油3134.9618.1957030.94313.5014.674599.34滑油94.051.48138.8894.051.48138.88备品和供应品0.000.000.000.000.000.00空船73791.9810.66786460.1973791.9810.66786460.19压载水87782.3611.411001787.9884905.3711.18949023.23货物61.696.00370.176.176.0037.02总计87782.3611.411001787.9884905.3711.18949023.235）初稳性高根据公式（1-37）～（1-43）计算初稳性高，初稳性高计算结果如表1-21所示。表1-21四种载况初稳性计算结果载况d（m）CBCWa1a2GM（m）压载到港6.610.8540.8910.5110.0833.26压载出港7.100.8560.8940.5110.0832.28满载到港14.330.8830.9210.5110.0861.53满载出港14.790.8840.9230.5110.0861.37由表1-21可知，h满足最低初稳性高要求。6）横摇周期根据公式（1-44）计算横摇周期，横摇周期计算结果如表1-22所示。表1-22四种载况横摇周期计算结果载况d（m）Lwl（m）C值TΦ（s）压载到港6.61211.560.3912.85压载出港7.10211.710.3815.06满载到港14.33222.450.3315.81满载出港14.79222.480.3216.62由表1-22可知12.85S＞12s，横摇周期计算结果符合要求。7）最小干舷计算与核算干舷校核结果如表1-23所示。表1-23干舷校核结果项目干舷修改值（mm）35370续表1-23干舷校核结果项目干舷修改值（mm）530.811528.50-80.255516.06d+Fmin=20.31m<D=20.58m认为最小干舷符合要求。1.3主尺度方案二1.3.1主尺度的确定本方案论证过程与1.2节相似，具体计算公式与方法可以参考1.2节。由于第一次所得的方案出现与方案一第一次相同问题，需要对第一次方案进行调整，调整方法与方案一相同。分舱处理与方案一第二次一样。下文只取最终通过校核的方案的数据。新船的主尺度估算相可由经验公式和统计公式（1-49）～（1-52）[1]估算得出。（1-49）（1-50）（1-51）（1-52）经过计算并且修改主尺度，得出主尺度如表1-24所示。表1-24主尺度和排水量最终取值（m）（m）（m）（m）（t）21730.2020.0914.360.884187686.00空船重量与主机功率如表1-25所示。表1-25空船重量与主机功率项目数值单位WH6859.75tWo1873.45tWM906.36tLW10164.13t1.3.2主尺度论证1）根据公式（1-14）～（1-17）计算，各项重量估算结果如表1-26所示。表1-26载重量估算结果项目数值单位人员及行李2.86t食品4.97t淡水212.93t燃油3134.96t润滑油94.05t备品、供应品60.98t炉水196.55t∑3707.31t计算得。2）空船重心高度（1）船体钢料重量高度由（1-19）可计算：ZgH=9.58m。（2）舾装重心高度由（1-21）可计算：ZgO=21.09m。（3）机电设备重心高度ZgM=11.05m。（4）空船重心高度由（1-18）可计算：ZgE=11.95m。3）舱容估算及校核根据CCS《钢制海船入级规范》（2018）对国际航行船舶双层底的要求，并参考母型船对双层底的设置和方便布置设计船的液体舱室，本设计船的双层度高度取为2m。机舱双层底高度取2.2m，圆形舭部半径R由（1-24）计算：R=1.74m；梁拱高FM=0.6m，尾尖舱长度为0.04倍垂线间长，淡水舱与炉水舱尺度在长度方向分别为6.5m与5.5m,滑油舱尺寸改为10×10×1.2m。在AutoCAD上画出船的中剖面图如图1-6所示；初步分舱图如图1-7所示，该方案的详细分舱图详见附录D。图1-6中剖面图单位：m图1-7初步分舱图单位：m根据公式（1-25）～（1-35）计算各个舱容所需容积及所能提供容积，各个舱容校核结果如表1-27所示。表1-27舱容校核项目所需容积（m³）提供容积（m³）校核货舱78613.3280143.40符合压载水24800.0026049.05符合淡水217.28222.79符合炉水200.56210.00符合燃油3777.644472.12符合滑油116.40120.00符合机舱10387.7310695.34符合其他舱容3808.925273.94符合VH=121704.57126963.85符合4）满载与压载重量及重心估算各部分重心计算参考1.2.9节，计算结果如表1-28所示。表1-28各部分重心高项目重心高单位空船重心高14.34m人员、行李及食品重心高21.09m滑油重心高度1.4m淡水重心高度16.59m炉水重心高度13.44m燃油重心高度17.68m燃油剩余10%时14.14m货物重心高度10.42m压载水重心高度10.02m备品重心高度6m备品剩余10%时6m压载载况重量及重心估算结果如表1-29所示。表1-29压载载重量重心项目△1（t）KG1（m）△1*KG1△2（t）KG2（m）△2*KG2人员及行李2.8621.0960.312.8621.0960.31食品4.9721.09104.774.9721.09104.77淡水212.9316.593532.53212.9316.593532.53炉水196.5516.593260.79196.5516.593260.79燃油3134.9617.6855421.45313.5014.144433.40滑油94.051.40131.6794.051.40131.67备品和供应品60.986.00365.916.106.0036.59空船10164.1314.34145794.2010164.1314.34145794.20压载水26700.2810.02267606.0926700.2810.02267606.09货物0.000.000.000.000.000.00总计40571.7111.74476277.7237695.3611.27424960.35满载载况重量及重心估算结果如1-30所示。表1-30满载重量重心项目△1（t）KG1（m）△1*KG1△2（t）KG2（m）△2*KG2人员及行李2.8621.0960.312.8621.0960.31食品4.9721.09104.774.9721.09104.77淡水212.9316.593532.53212.9316.593532.53炉水196.5516.593260.79196.5516.593260.79燃油3134.9617.6855421.45313.5014.144433.40滑油94.051.40131.6794.051.40131.67备品和供应品60.986.00365.916.106.0036.59空船10164.1314.34145794.2010164.1314.34145794.20压载水0.000.000.000.000.000.00货物73792.6910.42768661.5773792.6910.42768661.57总计87664.1311.15977333.2084787.7810.92926015.835）初稳性、横摇周期、最小干舷根据公式（1-37）～（1-43）计算初稳性高，初稳性高计算结果如表1-31所示。表1-31四种载况初稳性计算表载况d（m）CBCWa1a2GM（m）压载到港6.400.8530.8910.5110.0833.78压载出港6.860.8560.8930.5110.0832.78满载到港13.910.8830.9210.5110.0861.80满载出港14.360.8840.9230.5110.0861.64根据公式（1-44）计算横摇周期，横摇周期计算结果如表1-32所示。表1-32四种载况横摇周期计算表载况吃水d（m）水线长度Lwl（m）C值横摇周期TΦ（s）压载到港6.40211.000.3912.15压载出港6.86211.000.3813.88满载到港13.91213.000.3314.90满载出港14.36213.000.3315.55由上表可知12.15S12s，横摇周期计算结果符合要求。最小干舷计算与核算如表1-33所示。表1-33干舷校核结果项目干舷修改值（mm）3537.000530.811404.93-80.255392.49d+Fmin=19.75m<D=20.09m因此最小干舷符合要求。1.4主尺度方案三1.4.1主尺度初步确定与1.3节一样只取最终通过校核的方案数据。新船主尺度由公式（1-53）～（1-57）[1]估算得出。（1-53）（1-54）（1-55）（1-56）（1-57）其中计算得k1=6.987,在得出比值法的第一次方案后经过修改主尺度，得出校核通过主尺度如表1-34所示。表1-34主尺度和排水量最终取值（m）（m）（m）（m）（t）221.3030.332014.380.884187989.48空船重量与主机功率如表1-35所示。表1-35空船重量与主机功率项目数值单位WH7090.76tWo1946.68tWM907.41tLW10485.34tMCR10513.93kWCSR9462.54kW本次设计选用主机型号改为4X62，主机参数如表1-36所示。表1-36主机参数项目数值主机功率10640主机耗油率168转速97缸径620活塞行程2658重量2700001.4.2主尺度论证1）载重量估算结果如表1-37所示。表1-37载重量估算结果项目数值单位人员及行李2.86t食品4.97t淡水212.93t燃油2689.86t润滑油80.70t备品、供应品62.91t炉水196.55t∑3250.78t计算得。2）空船重心高度（1）船体钢料重量高度由（1-19）可计算：ZgH=9.55m（2）舾装重心高度由（1-21）可计算：ZgO=21m（3）机电设备重心高度ZgM=11m（4）空船重心高度由（1-18）可计算：ZgE=11.92m3）舱容估算及校核根据CCS《钢制海船入级规范》（2018）对国际航行船舶双层底的要求，并参考母型船对双层底的设置和方便布置设计船的液体舱室，本设计船的双层度高度取为1.8m，机舱双层底高度取2m，圆形舭部半径R由（1-24）计算：FM=0.61m；R=1.75m。滑油舱尺寸为10×10×1m，淡水舱与炉水舱尺寸分别为6×7×6m,5.5×7×6m。在AutoCAD上画出船的中剖面图如图1-8所示；初步分舱图如图1-9所示，详细分舱图详见附录E。图1-8横剖面图单位：m图1-9初步分舱图单位：m舱容校核如表1-38所示。表1-38舱容校核项目所需容积（m³）提供容积（m³）校核货舱79338.8982963.74符合压载水舱24800.0026029.39符合淡水舱217.28222.79符合炉水舱200.56204.23符合燃油舱3241.294527.40符合滑油舱99.87100.00符合机舱舱10506.6010810.29符合其他舱容3895.255206.66符合VH=122082.46129841.70符合4）满载与压载重量及重心估算各部分重心高如表1-39所示。表1-39各部分重心高项目重心高单位空船重心高14.31m人员、行李及食品的重心高21m滑油重心高1.5m淡水重心高17m炉水重心高17m燃油重心高17.64m剩余10%时14.17m货物重心高10.29m压载水重心高10.09m备品重心高度6m备品剩余10%时6m压载载况重量及重心估算结果如表1-40所示。表1-40压载载重量重心项目△1（t）KG1（m）△1*KG1△2（t）KG2（m）△2*KG2人员及行李2.8621.0060.062.8621.0060.06食品4.9721.00104.344.9721.00104.34淡水212.9317.003619.83212.9317.003619.83炉水196.5517.003341.38196.5517.003341.38燃油2689.8617.6447456.39268.9914.173811.64滑油80.701.50121.0480.701.50121.04备品和供应品62.916.00377.476.296.0037.75空船10485.3414.31149999.7010485.3414.31149999.70压载水26680.1210.09269258.6426680.1210.09269258.64货物0.000.000.000.000.000.00总计40416.2411.74474338.8537938.7411.34430354.37满载载况重量及重心估算结果如表1-41所示。表1-41满载重量重心项目△1（t）KG1（m）△1*KG1△2（t）KG2（m）△2*KG2人员及行李2.8621.0060.062.8621.0060.06食品4.9721.00104.344.9721.00104.34淡水212.9317.003619.83212.9317.003619.83炉水196.5517.003341.38196.5517.003341.38燃油2689.8617.6447456.39268.9914.173811.64滑油80.701.50121.0480.701.50121.04备品和供应品62.916.00377.476.296.0037.75空船10485.3414.31149999.7010485.3414.31149999.70压载水0.000.000.000.000.000.00货物74249.2210.29764121.0174249.2210.29764121.01总计87985.3411.02969201.2285507.8410.82925216.745）初稳性、横摇周期、最小干舷根据公式（1-37）～（1-43）计算初稳性高，初稳性高计算结果如表1-42所示。表1-42四种载况初稳性计算表载况d（m）CBCWa1a2GM（m）压载到港6.420.8540.8910.5110.0833.78压载出港6.820.8560.8930.5110.0832.93满载到港13.990.8830.9220.5110.0861.97满载出港14.380.8840.9230.5110.0861.82根据公式（1-44）计算横摇周期，横摇周期计算结果如表1-43所示。表1-43四种装载状态横摇周期计算表载况d（m）Lwl（m）C值TΦ（s）压载到港6.42215.630.3912.14压载出港6.82215.720.3813.56满载到港13.99226.540.3314.08满载出港14.38226.560.3214.56由上表可知12.14s12s，横摇周期计算结果符合要求。最小干舷计算与核算如表1-44所示。表1-44干舷校核结果项目干舷修改值（mm）3605.200541.051311.73-80.255377.73d+Fmin=19.76m<D=20m，因此最小干舷符合要求。2主尺度的选择2.1选择评价指标常见的载重型船舶的综合性能指标主要有载重量系数、海军系数、舱容利用率、单位油耗、主船体总容积与载重量的比值等。本文取载重量系数、舱容利用率、单位油耗、主船体总容积与载重量的比值作为主尺度方案优选的综合性能评价指标。1）载重量系数计算如公式（2-1）所示。该指标为效益型指标，反应了空船重量越轻，该指标越优。（2-1）计算出三种方案的载重量系数分别为0.8828、0.8838、0.8808。2）舱容利用率Q1计算如公式（2-2）所示。该指标为效益性指标，用于赢利的载货容积占比越大，船上非赢利部分越小，指标越好。（2-2）计算出三种方案的舱容利用率分别为58.68%、59.89%、59.11%3）单位油耗Q2计算如公式（2-3）所示。该指标为成本性指标，主要要求节能。（2-3）式中：FC为主机日耗油量（t/d），为了方便计算，将单位油耗单位改为克。计算得三种方案的单位油耗分别为1.4029、1.4198、1.4146。4）主船体总容积与载重量的比值Q3如公式（2-4）所示。（2-4）计算出三种方案的主船体总容积与载重量的比值分别为1.664、1.638、1.675。四种性能指标数据如表2-1所示。表2-1性能指标方案一0.882858.68%1.42091.664方案二0.883859.89%1.41981.638方案三0.880859.11%1.41461.6752.2计算指标权重本文应用AHP-熵权法，对选取的四种综合性指标采用基于专家评分的主观赋权法（AHP）进行权重计算，对四种指标的数据应用客观赋权法（熵权法）进行权重计算，最后将两种方法确定的权重结合，是所确定的权重系数既体现主观信息的同时，也不忽视客观信息。2.2.1层次分析法计算指标权重1）根据层次分析法原理，将各个指标进行两两比较，根据比较结果建立判断矩阵如表2-2[6]所示。表2-2判断矩阵131/331/311/5135151/311/512）各指标权重计算如公式（2-2）-（2-4）[6]所示（2-2）（2-3）（2-4）计算得权重向量3）一致性检验如公式（2-5）-（2-6）[6]所示（2-5）（2-6）计算得：；认为矩阵具有满意的一致性。2.2.2熵权法1）构建评价矩阵X2）矩阵标准化处理如公式（2-7）[7][8]所示（2-7）标准化处理就是将指标的绝对值转化成相对值的过程，标准化矩阵如表2-3所示。表2-3标准化矩阵方案一0.33350.33020.33390.3343方案二0.33390.33710.33360.3291方案三0.33270.33270.33240.33663）计算熵值、差异性系数、权重公式分别如公式（2-8）～（2-9）[7][8]所示（2-8）（2-9）式中为差异系数，且。熵值、差异性系数、权重如表2-4所示表2-4熵值法计算权重0.999999070.999967300.999998310.999960050.000000930.000032700.000001690.000039950.012400860.434386520.022461100.530751522.2.3组合赋权组合权重如公式（2-10）[9]所示（2-10）式中：[9],本文取为0.5。计算得组合权重矩阵为2.3TOPSIS评价模型建立2.3.1建立模型过程1）规范化评价矩阵A如公式（2-11）所示。（2-11）带入数据得到规范化评价矩阵如表2-5所示。2-5规范化矩阵方案一1.0000.9911.0021.003方案二1.0021.0111.0010.987方案三0.9980.9980.9971.0102）构建加权评价矩阵R如公式（2-12）所示。（2-12）将规范化矩阵与权重相乘所得加权评价矩阵如表2-6所示。表2-6加权评价矩阵方案一0.1449350.2366590.3203140.297338方案二0.1451090.2415570.3200580.292735方案三0.1446090.2384180.3188980.2993703）确定理想解R+与负理想解R-所谓的理想解就是设想中最好的方案，由所有方案的指标值中的最优值组成；反之，为负理想解，计算如公式（2-13）～（2-14）[11][12]所示。（2-13）（2-14）带入得理想解和负理想解数据如表2-7所示。表2-7正负理想解R+0.1451090.2415570.3188980.292735R-0.1446090.2366590.3203140.2993704）计算欧氏距离及相对接近度分别计算各个方案向量到正负理想解的距离，计算如公式（2-15）～（2-16）[11][12]所示。（2-15）（2-16） 相对接近度表示每个方案接近理想解的程度，计算相对接近度如公式（2-17）[9]所示。（2-17）根据公式（2-15）～（2-16）计算得到的欧氏距离值与相对接近度值如表2-8所示。表2-8欧氏距离和相对接近度值D+D-Ci方案一0.0068710.0020580.2305方案二0.0011600.0082660.8769方案三0.0073570.0022580.2348根据表2-5可知，综合性能排序为方案二>方案三>方案一，因此选择方案二。3型线绘制及静水力计算3.1型线图绘制绘制型线图[14]最有效的方法为母型船改造法，而母型船改造法最常用的是主尺度改造的相似变换法、比例变换法以及横剖面面积曲线改造的“1-Cp”法。母型船型线图详见附录F。本设计使用主尺度改造的相似变换法如公式（3-1）～（3-3）[1]所示。（3-1）（3-2）（3-3）1）横剖面绘制由式（3-1）——（3-3）[1]得到船宽、船长、船高的比例因子分别为：kkk将母型船的横剖面图X方向乘以KB，Y方向乘以Kd。得到新船的横剖面图，在得到新船的横剖面图后，绘制出水线图，根据横剖面图以及水线图绘制出纵剖面图。水线间隔参考母型船设置为1000mm横剖面图如图3-1所示。经母型船缩放后测量得到的型值表见附录H。图3-1横剖线图2）半宽水线图的绘制绘制出新船横剖面后，测量横剖面上每条水线与每条站线的半宽值，具体数值见附录H，绘制新船半宽水线图，半宽水线图如图3-2所示。详细半宽水线图见附录G。图3-2半宽图3）纵剖面图绘制测量横剖线图上每条纵剖线与站线的交点的高度值，半宽水线图上纵剖线与每条水线、上甲板边线、艏楼甲板边线、舷墙顶线的交点的高度值，依次连接。若此时纵剖面出现不光顺的现象则要进行横剖面、半宽水线、纵剖面的交点调整，使其光顺（原则上调整半宽水线图上的形状，不修改横剖面的形状）。在初步分舱时就决定了新船的首尾轮廓线模拟母型船进行绘制。因此首尾轮廓线用母型船的首尾轮廓线进行船长以及吃水方向的线性变化得到，同时也得满足投影一致性。纵剖面图如图3-3所示详细型线图见附录G。图3-3纵剖线图3.2静水力曲线1）运用船舶原理中的理论知识，根据型值表、型线图，进行静水力性能计算。计算结果如表3-1和表3-2所示。表3-1静水力曲线计算结果水线号TPC（t/cm）基线4197.7638.854————43.0271000WL5102.8108.1164650.2874766.5448.4490.50052.3042000WL5338.8737.5359871.12810117.9068.1161.02954.7233000WL5472.2577.01115276.69315658.6107.8171.54956.0914000WL5566.2786.46520795.96021315.8597.5302.06757.0545000WL5640.9195.78426399.55827059.5477.2312.58457.8196000WL5708.8294.92532074.43332876.2936.8993.10058.5157000WL5789.9203.67037823.80738769.4026.5033.61659.3478000WL5861.9972.50343649.76544741.0106.0464.13560.0859000WL5958.6910.83449560.10950799.1125.5234.65561.07710000WL6060.745-0.89955569.82756959.0734.9225.17962.12311000WL6137.917-2.17461669.15863210.8874.2835.70662.91412000WL6247.602-3.73867861.91869558.4663.6216.23464.03813000WL6298.650-4.36374135.04475988.4202.9726.76464.56114000WL6329.305-4.66680449.02282460.2472.3847.29364.87515000WL6340.333-4.65386783.84188953.4371.8707.81964.98816000WL6347.305-4.55193127.66095455.8511.4298.34265.06017000WL6354.937-4.43099478.781101965.7501.0518.86365.13818000WL6363.781-4.291105838.140108484.0930.7269.38265.22919000WL6373.138-4.143112206.599115011.7640.4469.90065.325表3-2静水力曲线计算结果水线号C基线———0.641————1000WL72.5872809.701617.1690.7790.9420.7100.7530.9112000WL36.9631471.290686.0080.8150.9690.7530.7780.9243000WL24.769981.097707.9550.8350.9790.7770.7940.931续表3-2水线号C4000WL18.720757.764744.3500.8490.9840.7930.8060.9345000WL15.072635.531792.4970.8610.9870.8060.8160.9366000WL12.641540.569818.9820.8710.9900.8160.8240.9367000WL10.908477.543853.1830.8830.9910.8250.8320.9338000WL9.608428.505883.4920.8940.9920.8330.8390.9319000WL8.605396.413927.9930.9090.9930.8400.8460.92410000WL7.804371.572975.3170.9250.9940.8480.8530.91711000WL7.067347.8251013.1940.9370.9940.8550.8600.91312000WL6.592328.7451053.7790.9530.9950.8630.8680.90513000WL6.110306.5611073.5060.9610.9950.8700.8740.90514000WL5.681285.7071085.6890.9660.9950.8770.8810.90815000WL5.283266.0771090.7140.9670.9960.8830.8870.91316000WL4.932248.7881094.3920.9690.9960.8880.8920.91717000WL4.625233.7681098.4470.9700.9960.8930.8960.92118000WL4.357220.6621103.1490.9710.9960.8970.9000.92419000WL4.120209.0701108.0900.9720.9970.9010.9040.9272）静水力曲线的绘制根据表3-1和表3-2在AutoCAD绘制出静水力曲线如图3-4所示，详见附录I。图3-4静水力曲线3.3邦荣曲线根据文献[4]计算各个站号的横剖面图在水线下的横剖面积如表3-5和3-6所示以及横剖面面积对基平面的静矩如表3-3和3-4所示。表3-3船底线至7000水线的横剖面积站号船底线1000水线2000水线3000水线4000水线5000水线6000水线7000水线TRAN0.000.000.000.000.000.000.000.0000.000.000.000.000.000.000.000.000.250.000.000.000.000.000.000.000.000.50.000.000.000.421.261.671.671.670.750.000.441.994.296.367.768.679.5710.001.314.357.8711.2414.2116.9720.241.50.002.377.3913.3719.8126.6735.0048.8120.004.3512.0421.5232.8047.4967.3991.68续表3-3站号船底线1000水线2000水线3000水线4000水线5000水线6000水线7000水线2.50.007.2119.1034.2253.4977.08103.57131.7630.0011.1428.5250.4776.07103.91132.96162.6940.0020.8347.7476.74106.59136.73166.93197.1250.0027.2557.0487.21117.41147.61177.81208.0060.0028.4458.5088.70118.90149.10179.30209.4970.0028.4458.5088.70118.90149.10179.30209.4980.0028.4458.5088.70118.90149.10179.30209.4990.0028.4458.5088.70118.90149.10179.30209.49100.0028.4458.5088.70118.90149.10179.30209.49110.0028.4458.5088.70118.90149.10179.30209.50120.0028.4458.5088.70118.90149.10179.30209.50130.0028.4458.5088.70118.90149.10179.30209.50140.0028.4458.5088.70118.90149.10179.30209.50150.0028.4458.5088.70118.90149.10179.30209.50160.0027.9857.9088.08118.28148.48178.68208.88170.0025.2353.5282.75112.35142.08171.85201.64180.0018.7142.3867.75