8米游艇初步设计.docx

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8米游艇初步设计

8米游艇初步设计

专业班级：

船舶与海洋工程2班

姓名：

指导教师：

交通运输装备与海洋工程学院

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

ABSTRACT

Thesubjectofthedesignisthepreliminarydesignofan8meterslongyacht,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

8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1325kg

2.2.2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%=66.25kg

2.2.4排水量合计

综上，游艇的排水量为=1325+66.25+781.5=2172.75kg

2.3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：

（1）保证设计船具有良好的性能；

（2）与总布置及总体结构相互协调；

（3）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：

（1）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。

（2）作格子线；

（3）绘制型线；

（4）检验型线；

（5）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3.1.3

3.2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：

（1）最大限度地提高船舶的使用性能；

（2）详尽考虑船舶安全性能、航海性能、结构性能。

（3）注意船舶结构的合理性；

（4）便于建造、修理、检查、包养以及设备的更换；

（5）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

艇重心处的垂向加速度

根据CCS《游艇建造规范》2.1.2.1，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

0.2

0.4

0.6

0.8

1

25

18

15

12

11

船底波浪冲击压力

根据《游艇建造规范》2.1.2.2

（1）艇底波浪冲击压力按下式计算，且应不小于《规范》2.1.2.2（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

1

2.173

0.4

×

0.8

19.045

0.36

14.12

2

船底

纵骨

1

2.173

0.2

×

0.8

19.045

0.36

17.395

3

船底

肋板

1

2.173

0.4

×

0.8

19.045

0.36

14.12

4

船中

船底

外板

0.75

2.173

0.4

×

0.8

19.045

0.36

10.59

5

船底

纵骨

0.75

2.173

0.2

×

0.8

19.045

0.36

12.82

6

船底

肋板

0.75

2.173

0.4

×

0.8

19.045

0.36

10.59

7

船尾

船底

外板

0.5

2.173

0.4

×

0.6

19.045

0.36

7.701

8

船底

纵骨

0.5

2.173

0.2

×

0.6

19.045

0.36

4.752

9

船底

肋板

0.5

2.173

0.4

×

0.6

19.045

0.36

7.701

舷侧波浪冲击压力

根据《游艇建造规范》2.1.2.2.（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

0.3

14.12

5.061

2

船中

舷侧外板

0.3

10.59

4.5315

3

船尾

舷侧外板

0.3

7.701

4.098

甲板计算压力

根据《规范》2.1.2.2（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/m2

舱壁计算压力

按《规范》2.1.2.2（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

按《规范》2.1.2.2（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

根据《规范》2.1.2.3层板的最小厚度按照下式计算：

（4-10）

式中：

—系数，由《规范》表2.1.2.3

（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

1.45

1.25

1.1

1.1

0.95

1.2

3.9604

3.414

3.00

3.00

2.59

3.28

单层板的厚度应不小于按《规范》2.1.2.3

（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》2.1.2.2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

0.6

0.6

0.6

0.6

0.6

0.6

设计压力P

18

5.1

3.3

3.865

2.746

1.6

焊接后屈服强度

180

180

180

180

180

180

板厚度

8.5

4.52

3.64

3.93

3.32

2.51

实取板厚t

9

5

4

4

4

4

4.2.5结构骨材

根据规范2.1.2.4

（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》2.1.2.4

（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

K

s

l

P（KN/m²）

σ

W（cm³）

1

龙骨

480

0.6

0.8

18

180

17.81

2

船底纵骨

400

0.6

0.8

18

180

14.84

3

船底肋板

480

0.6

0.8

18

180

17.93

4

甲板纵桁

480

0.6

0.8

3.3

180

3.111

5

甲板纵骨

400

0.6

0.8

3.3

180

2.592

6

甲板横梁

400

0.6

0.8

3.3

180

2.592

4.3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=0.836m

5.3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

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

排水量

0.8645

1.685

2.696

3.744

4.831

湿表面积

9.058

11.052

13.288

15.374

17.672

水线面面积

8.517

9.655

10.043

10.441

10.689