船舶工程专业论文Word下载.docx

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设计的新船应达到：

适用、经济、安全可靠、先进美观的基本要求。

对浅吃水肥大型船舶标准系列的探讨意义：

三峡工程已成功蓄水，长江的航行条件和通航环境都发生了较大的变化。

为加强内河运输船舶标准化管理，提高内河运输船舶技术水平，防止船舶污染水域，优化内河运输船舶结构，促进水路运输事业的发展。

船型的标准化研究工作刻不容缓。

浅吃水肥大船型，是船舶工业结合港口、航道吃水条件的产物。

它很适于我国港口航道的特点和要求，已在我国受到重视，并开始采用。

针对长江及三峡库区的自然条件，它更有利于扬长避短，发挥长江及三峡库区的优势，对长江黄金水道的建设将起到积极的促进作用。

在今后内河的规划建设和管理工作中能对这种极富生命力的船型增强预见并不失时机地与船方，货主密切合作积极推广采用，将会带来极大的宏观经济效益。

推进浅吃水肥大型船舶的船型、主尺度等要素的系列标准化，现在业内人士也已经着手进行这方面的研究，并有了一定的成果，把浅吃水肥大型船舶研究推向一个新的实用阶段。

已引起我国航运界的积极重视，它今后正方兴未艾，尤在我国货物运输领域前景十分广阔。

设计者：

龚志全

2009年6月于重庆交通大学

附图附表………………………………………....................……………………...………27

摘要

本文阐述了长江及三峡库区浅吃水肥大型散货船的设计。

本船为航行于长江及三峡库区的内河航区水域。

本船为尾机型、钢质、双底、双壳、单甲板、双机、双桨、双舵，驾驶室在尾部。

设计内容包括任务书分析，船型和主要要素的确定、船体型线设计、总布置设计、静水力计算与曲线绘制、稳性横截曲线计算与曲线绘制等。

设计船的主要数据如下：

总长L=105m，型宽B=19.2m，吃水d=3.0m，方形系数CB=0.85。

关键字：

浅吃水肥大型散货船，主要要素确定，型线设计，总布置设计，静水力计算，

稳性横截曲线计算

ABSTRACT

ThispaperstatesthatthedesignoftheYangtzeRiverloadedtrucksofbulk-carries8].

ThisshipforthenavigationinChongqing-Yichangwaters,theshiphasinthefueltankusesforoneselfthefueloil,andtheflashpointsurpasses60℃（shutscupexperiment）thetruckandthepassengerfromnavigationdirect-loadedship.Andpassengerfordriverandwiththevehiclestaff.ThenavigationareaistheinlandriverCleg.Thisshipisthedoublebottomsingledeckthreetailbodyforms.Themaindeckforentireverticalpassesthewagondeck,theovertopstructurelocatedatmiddle,throughtwotransitionsidewallspread-eagleintwosides.

Thedesigncontentincludingtheprojectdescriptionanalysis,thebodyformandleadingparticulars'

determination,thehulllinedesign,theshipsperformancecomputation,thetotallayoutdesign,thestabilitycalculationunderthestatusofthefloatadjustmentandvariousstates,thestructuralstrengthcomputation,thepropellerpreliminarydesign.Theentiredesignprocesstakeenhancestheshipsstabilityasacenter.Guaranteedthatthedesigntheshipchandleryhasthebesteconomicefficiencyisthecenter,theimprovementdesignsship'

sstabilityandtheresistancetosinking

Themaindatasofthedesignedshiptobeasfollows:

lengthoverallLOA=105m,breadthmouldedB=19.2m,thedraughtd=3.0m,blockcoefficientCB=0.85。

Keywords:

fullshallowbulkcarries,themainelements,thedesignofthehulllines,thetotallayoutdesign,thestabilitycalculation

第1章绪论

1.1概述

本次毕业设计的课题是：

长江及三峡库区浅吃水肥大型散货船型线设计。

设计分六个阶段进行：

主要要素确定、型线设计、总布置设计、静水力计算、稳性横截曲线计算和曲线的绘制。

1.2设计背景说明

三峡蓄水成库以后，长江沿线港口的改建，使船舶大型化成为可能。

长江航道货源充沛，货运量很大但由于大多数水域的水深受到限制，所以为了用尽三峡库区及长江黄金水道资源，提高单船生产效率，只有研究开发浅吃水肥大型船以适应水深限制条件，才能满足航运发展的要求。

1.3设计任务

1.3.1航区,用途,船型与船级

本船主要航行于长江及三峡库区的内河航区；

可运载矿石、煤炭、谷类、黄沙等散装货物。

本船为钢质电焊结构、双底双壳、单甲板、双桨双舵、尾机型、球鼻首、双尾、柴油机动力推进内河散货船。

本船按中华人民

共和国船舶检验局《内河船舶法定检验技术规则》（2004）、《钢质内河船舶入级与建造规范》（2002）及有关规范对散货船的要求设计、建造并检验。

1.3.2总体性能

1、主要量度

总长不超过105m总宽不超过19.2m

2、航速

根据《川江及三峡库区运输船舶标准船型主尺度系列》规定航速大于18km/h。

综合考虑，选取较为经济的航速。

在静深水、风力小于蒲氏风级3级条件下，设计航速约为20.0km/h。

3、稳性及干舷

本船各种装载状态及抗风等级均满足中国海事局2004年版《船舶与海上设施法定检验规则——内河船舶法定检验技术规则》对A、B、C级航区和J1、J2级航段散货船的要求。

4、装载能力

满载时载重吨5000吨

本船设船员共14人，船上设有固定铺位。

1.3.3舱室设计

设驾驶室、船员室、餐厅、卫生间等。

1.3.4木作、敷料

餐厅、船员室、驾驶室采用常规装修，铺木地板或复合地板，厕所按一般常规装修，铺地砖。

1.4任务书分析

根据设计任务书要求，可知本船的设计特点：

本次散货船针对浅吃水肥大型船线型丰满，阻力较大，船宽大，吃水浅等特点，采用了球鼻首和双尾结合的新型节能船型。

本次设计是从节能方面考虑，设计出最优型线。

1.5设计方法

由于在缺乏母型资料时，本次设计是参考型线特征类似的优秀型线自行绘制，针对浅吃水肥大船的特点和新船的具体要求，按设计的基本原则和规律，经分析和思考，通过反复的选取和修改，自行设绘。

第2章主要要素的确定

2.1概述

本章主要要素确定的内容有：

排水量的确定、船长L、型宽B、吃水d以及方形系数CB。

设计时要考虑四点：

1、重量与浮力的平衡；

2、满足船对甲板面积的需要

3、保证船的各种技术指标和经济性能

4、考虑使用、工艺等条件

2.2对本船的简要分析

设计船为长江及三峡库区浅吃水肥大型散货船，从减小阻力和造价方面考虑，船长不宜太短，吃水也不宜太深，以满足干舷的要求，也不宜太浅，太浅对舵效和推进效率不利。

船长主要从总布置经济性、浮力方面以及限制因数考虑；

船宽从稳性、总布置、浮力和限制因数考虑；

型深从造价、保证强度和保证干舷要求方面考虑；

吃水从螺旋桨布置，舵效以及推进效率等方面考虑，方形系数从浮力方面和经济性等方面考虑。

散货船的主尺度是由载货量、航速、航道、桥梁、船闸、港口装卸设备等因素综合决定的。

2.3排水量△的初估、主尺度的确定

1）船长

据交通部公告第30号关于发布《川江及三峡库区运输船舶标准船型主尺度系列》及有关规定的公告，自2004年12月1日起施行的川江及三峡库区运输船舶标准船型主尺度系列中散货船的主尺度总长为105～112m。

本船已给LOA=105m，满足要求。

垂线间长取Lpp=100m。

2）船宽

船宽主要影响船舶的稳性及载货量，也影响快速性及大开口情况下抗扭的强度，在船闸、航道宽度及装卸允许的条件下，增大船宽，对稳性及载货量有利，本船船宽满足船闸要求的最大船宽19.2m。

3）吃水

吃水受港口的航道和泊位水深的限制。

三峡蓄水成库以后，库区的航行条件发生

了很大的变化，航道水深也有所改善，综合考虑取d=3.0m。

4）确定方型系数

本船为低速肥大船型，傅氏数较低，方形系数可适当取大，以利于散货装载及提高均箱重。

本船已给Cb=0.85。

5）型深

型深影响结构、干舷、稳性、吨位等方面。

增大型深对稳性面积衡准比增加船宽有效，而且对中横剖面的惯性矩、总纵强度和剖面模数来说，增加型深是十分有效的手段。

但型深过大，钢料和重心高度也会增加。

根据公式[1]：

D≥hD+t+tH×

hc+f-（hH+c）

式中hD——货舱双层底高度，一般应大于

（中小型散货船）；

t——内底板与散货垫板厚度之和，通常取为0.05m；

tH——舱内散货层数；

hc——散货高度；

f——最高一层散货顶与舱口盖下缘的间隙，至少为0.20-0.30m；

hH——舱口围板在中心线处的高度，至少为0.60m；

c——甲板梁拱，一般小于

。

D≥1.075+0.05+2×

2.591+0.2-（0.6+0.344）=5.563m

设计船型深取5.6m

排水量△=Lpp×

B×

d×

Cb×

γ=100×

19.2×

3.0×

0.85×

1=4896t

第3章型线设计

3.1概述

本设计由于缺乏母型船资料，无母型船的型线图和型值表，所以型线图的设绘方法只能采用自行设绘法（根据新船的具体要求，按型线设计的基本原则和规律，经过分析和思考新船的船型特征，自行设计绘制型线图）。

在已经确定了主要要素（L、B、D、d、△、CB）的前提下，根据船舶设计原理对型线进行设绘。

设绘型线图要了解型线设计时注意的问题和控制船体型线的要素。

3.2型线设计时注意的问题和控制型线的要素

主尺度确定之后，型线设计应与总布置设计互相配合进行。

正式的型线图是后续的结构设计性能计算的依据。

型线设计的好坏直接影响到船舶的快速性、稳性、耐波性等性能，同时也会影响到船舶的总布置和建造工艺。

综合起来，型线设计应注意以下几个方面：

1、使新船具有良好的航行性能。

2、满足总布置的要求。

3、考虑结构合理、简易，易达到施工、维修的方便。

4、外观造型。

型线设计除了应考虑以上几个方面以外，还应满足型线设计精度的基本要求：

1应符合要求的排水体积，其误差要求与设计中对排水量考虑的余量有关。

2应符合要求的浮心纵向位置。

在方案设计或初步设计阶段，由于重量估算和重心估算比较精确，因此型线主要用于对基本性能的计算和总布置的安排，此时型线设计的精度可以适当降低。

型线设计的结果是以型线图来表达船体外形的几何状态。

控制船体型线的因素主要是：

1横剖面面积曲线；

2设计水线和横剖线形状；

3侧面轮廓线和甲板边线。

因此，型线设计因首要考虑和确定以上要素。

选择好这些要素，生成型线时就可以得到有效的控制。

3.3绘制横剖面面积曲线

横剖面面积曲线的确定是绘制型线图的关键，许多参数是为其展开的，其有五大特征：

1曲线面积等于船体水下排水体积；

2曲线的形状表示排水量沿船长的分布情况；

3曲线面积的丰满度系数为船的棱形系数CP；

4面积形心的纵向位置等于船浮心的纵向位置XB；

5曲线的形状对摩擦阻力影响不大，但对剩余阻力有相当大的影响。

3.3.1菱形系数CP和中横剖面系数CM的选择

设计船方形系数已经确定（CB=0.85），因CP=CB/CM，CP的选择需要和CM配合上考虑。

菱形系数CP的选择从阻力上考虑是剩余阻力，设计船属低速船（Fn＜0.20），兴波阻力不大，但CP取较小的值是有利的，这时需取较大的CM。

中横剖面系数CM值的大小，表示船中横剖面的丰满程度。

CM值对船浸湿面积影响不大，对摩擦阻力影响也不大，即使CM值在较大范围内（CM=0.7〜1.0）变化，对剩余阻力变化影响也不显著，故设计时取较大的中横剖面系数CM，以改善舱室容积。

取CM=0.995。

纵向棱形系数CP是对船舶阻力最有影响的船型系数，其系数值大小表示了船舶水下形状沿船长变化的情况，CP值直接与船的快速性和适航性有关，它对剩余阻力影响大。

通常CP值不宜过大，也不宜过小，但对浅吃水肥大型船的CP值一般选取较大，才能满足船舶载重吨位要求。

　CP=CB/CM=0.85/0.995=0.85

3.3.2浮心纵向位置XB的选择

浮心纵向位置XB的选择主要是从快速性上有利的最佳浮心位置和总布置所确定的重心纵向位置相配合这两个方面来考虑的。

从阻力上考虑：

对应于给定速度的船，存在着一个阻力的最佳浮心位置，参照上海交通大学出版的《船舶设计原理》书中的图6.2.5图，它给出了棱形系数CP与较佳浮心纵向位置关系图，设计船的CP为0.754，查此图计算得CP为0.754最佳浮心位置为XB=1.43m单桨船），而双桨船最佳浮心位置与同速度的单桨船相比最佳浮心位置约后移1%LPP（1m），所以设计船的最佳浮心位置：

XB=1.45-1=0.45m

由图可知道：

设计船XB=0.45m，在较佳浮心纵向位置范围之内，在其内移动对阻力的影响不会超过1%。

3.3.3横剖面面积曲线形状的选择

横剖面面积曲线形状的选择是指如何确定进流段和去流段的长度以及面积曲线首尾段的凸凹形状，进流段和去流段长度的选择和确定平行中体原理相同。

1、平行中体长度和位置

进流段和去流段长度确定后，平行中体也就确定，对于设计船应设平行中体，因为设计船为肥大船低速船，无论从阻力性能方面还是在使用和建造方面都是有利的。

①从阻力方面看：

对于前体可以使进流段尖瘦些，降低兴波阻力，对于后体可以消瘦去流段的船体形状，有利于改善形状阻力，但去流段和进流段的长度要适宜，否则对阻力不利。

②使用方面和建造方面看：

有利于装载货物，利用甲板面积，设计平行中体，简化了工艺和降低了成本。

适宜的平行中体长度和位置可以通过对进流段和去流段长度的分析来确定。

根据兴波阻力理论，横剖面面积曲线进流段后部隆起的前肩会产生一格前肩波系，这个波系可能与船首波系产生不良的干扰，从而引起主力突增。

理论分析结果认为这种不良干扰发生在下列情况：

LE/L=3.07Fn2或LE/L=9.34Fn2或LE/L=14.59Fn2。

从模型试验研究的结果看，不良干扰作用发生在LE/L=9.51Fn2时（另两种速度下的不良干扰模型试验不宜显出），理论和试验结果基本是吻合的。

因此设计中进流段长度应避免LE/L=9.51Fn2。

为了希望获得首波和肩波的有利干扰，认为LE/L在9.51Fn2和3.07Fn2中间是合理的，所以有利的进流段长度为LE/L=6.3Fn2。

但是，从面积曲线的特征看，引起肩波的位置应该是面积曲线在平行中体前弯曲最急剧的地方。

根据优良型线面积曲线的一般特征，对此进行修改后可得到适宜的进流段长度：

LE/L=6.3Fn2+0.14-5（CP-0.7）2

设计船的Fn=0.177，CP=0.854带入式子得LE=21.8m，实取LE=22m

去流段的长度太短容易引起水流的分离，贝克推荐的避免严重漩涡的最短去流长度：

或表示为

设计船的LPP=100m，B=19.2m，d=3.0m，带入式子得去流段长度为：

LR=30.9m，实取LR=31m。

进而平行中体的长度为47m。

2、面积曲线首尾段的凸凹形状

在一定的棱形系数下，随着平行中体长度和位置的改变，横剖面面积曲线的形状会发生相应的变化，即使这些参数不变，进流段和去流段面积曲线的形状也可以作一些调整。

面积曲线进流段形状的考虑，主要是处理好首端形状和平行中体前端是否出现突肩的关系，这与船速和船体丰满程度有关，即应与CP和Fn2联系起来分析。

低速船兴波集中在首端，从这点考虑，固然希望首端尖瘦、面积曲线成凹形好些，但一般低速船CP较大，相应CPF也较大，首端采用凹形会引起明显硬肩，反而对降低阻力不利，因此常用直线形状。

对去流段面积曲线的形状，以减少水流分离产生旋涡为主要考虑因素，也要兼顾尾端形状和后肩形状之间的关系。

多数情况下，面积曲线尾端常采用直线型。

根据贝克确定的横剖面面积曲线两端形状可知：

当CP在0.75-0.78时，Fn大于0.182时，横剖面面积曲线两端形状：

前端形状为微凹，后端为直线型。

3.3.4横剖面面积曲线形状的选择

横剖面横剖面面积曲线的生成方法有多种，设计船采用自行生成法，可以根据选定的面积曲线特征值（如CP、xB、LP等），从一般理论和规律出发，用作图法直接生成面积曲线。

3.4设计水线和横剖面形状的选择

3.4.1设计水线

设计水线的特征和参数与横剖面面积曲线相似，主要有水线面系数CW、平行中段长度、端部形状等。

（1）水线面系数CW

水线面系数CW值的大小，表示船首尾端的尖瘦程度，它直接与船舶稳性紧密相关，也与船舶快速性和适航性有关。

水线面系数CW值，与其它船型系数比较可在较大范围内变化，而对阻力影响不大。

在设计时，一般应适当加大水线面系数，因为加CW值不是加在船的最大宽度处，而是均匀地加大到船在其它地方的宽度。

适当加大水线面系数，不会导致阻力增加，对提高船舶初稳性有利。

但CW值不宜过大，否则，会使船首的进流角和船尾去流角过大，从而导致阻力增加。

通常，把CW值看作是纵向棱向系

数CP或方型系数CB的函数。

按照H·

Benford公式算取：

CW=0.8Cb+0.256=0.8×

0.85+0.256=0.937

（2）设计水线的首端形状与半进流角

1）首端形状

设计水流首端形状有凸形、直线形和凹形。

其形状与阻力的关系和横剖面面积曲线首端形状相似。

对于低速船舶，一般选用较大的CP，因具有平行中体，横剖面面积曲线的近流段较短，首端太尖瘦，势必引起附加的兴波阻力。

同时，由于丰满的低速船兴波阻力所占比例较小，且大的CP对应的水线面系数也大，如采用削瘦的首端水线反而会造成严重的水线突肩，对阻力性能不利，故首端形状做成微凸形为宜。

从阻力方面看，适宜的首段水线特征如下：

Fn=0.16~0.19由凸形到直线形；

Fn=0.20~0.22由直线形到微凹形；

设计船的Fn=0.177，综合考虑设计水线的首端形状设计为微凸形。

2）设计水线的半进流角

半进流角iE为从首柱处作水线面的切线与船体中线的夹角，实际上设计水线半进流角对设计水线首端形状起决定作用。

根据船模试验，它的大小和船的相对速度及船型瘦削程度，即船的长宽比有关。

通常最适宜的半进流角表示成Fn或CP的函数。

根据上海交通大学出版的《船舶设计原理》书中的图6.3.3图，选取iE=19°

（3）设计水线尾段的形状

设计水线尾段的形状，从阻力上看，主要影响形状阻力。

在一般情况下，它对阻力的重要性次于首段形状，为减缓水流分离，尾段要求保证顺滑。

通常以直线为佳，而不宜成凹形。

设计水线在尾端的宽度应能盖住螺旋桨和舵，以利于对桨和舵的保护。

设计船采用直线型。

（4）设计水线的平行中体长度。

设计水线平行中段应与平行中体相配合，中点位置也取在平行中体中点附近。

本船是根据上海交通大学出版的《船舶设计原理》书中的图6.3.4图，求LWP=61.2m。

3.4.2首部横剖线形状

横剖线形状可分为U形、V形及介于二者之间的中间形。

设计船端部水下的横剖线形状很大程度上取决于横剖面面积曲线和设计水线端部的配合情况。

对于浅吃水肥大型船舶常以中间型剖面为宜。

设计船的首部横剖面采用中间型剖面。

3.4.3尾部横剖线形状

根据船模试验的结果，通常考虑尾部剖面形状是从阻力，推进效率和震动方面考虑，设计船采用双尾双桨船。

3.4.4中剖面形状

本设计船中剖面采用圆弧舭部，不设舭部升高，其半径为：

式中：

B=19.2m，d=3.0m，CM=0.995带入式中得，R=0.8m。

3.5侧面轮廓和甲板线

侧面轮廓线包括：

首柱轮廓、尾端、龙骨线、甲板中心线和甲板边线。

侧面轮廓线是船