船舶设计原理(第6章)

上海交通大学2010年船舶海洋与建筑工程学院《船舶设计原理》第六章型线设计课号：001-(2010-2011-1)教学班：NA435封面船舶原理与设计第六章、型线设计6.1概述型线图是性能计算、结构设计，各种布置和建造放样的依据。型线设计是船舶总体设计的一项重要内容。首先，型线与阻力性能关系重大，尾部型线与螺旋桨的配合对推进效率和振动有很大的影响。此外，型线与船舶的稳性、操纵性、横摇阻尼、船在波浪上的运动特性、砰击等都有关系。在使用方面，型线影响布置和舱容，例如机舱内的布置条件、货舱和压载舱的容积、甲板的布置地位等。在建造方面，型线的平直部分、可展曲面部分可以简化施工的工艺，而复杂曲面增加了施工难度和工作量。由此可见，型线设计需要考虑许多方面的要求，有些要求还会相互抵触，设计者必须加以权衡。船舶原理与设计6.1概述某小型多用途船的型线图：第六章、型线设计160016001600R1500cL27002000R600150250500水线BL3000水线2000水线1000水线4200水线4580水线折角线上甲板边线100350520R7003503507040020030050#19距BL180011/223567894101112131413161517181920全船肋距600纵剖线纵剖线纵剖线上甲板边线折角线#105+200纵剖线纵剖线纵剖线R32005004200水线4580水线3000水线2000水线1000水线500水线BL500水线BL1000水线2000水线3000水线4580水线4200水线500水线BL4580水线4200水线1000水线2000水线3000水线尾楼甲板边线折角线上甲板边线尾封板01/212345678~10首楼舷墙顶线首楼甲板边线折角线上甲板边线20181716151413121119R150016001600160006700670067006700670067006700670067006700670067006700670067006700670067006700670067006700670067006700670067006700670067006700670067006700670067006700670067006700670067006700670067006700670067006700670067000000000000000000000000000000000000000000000000500水线1000水线2000水线3000水线4200水线4580水线上甲板边线首尾楼甲板边线舷墙顶线中纵剖线上甲板边线首尾楼甲板边线平底线纵剖线纵剖线纵剖线舷墙顶线半宽高度站号型值表1600纵剖线3200纵剖线4800纵剖线05101520253035404550556065707580859095100105110115120-52019.5191817161514131211109876543211/20尾封板220655141523453280404546155000520052005200496545403730270016607602003801325236534204360510056305965618063006300630061005700498539902850169055010063017602970414050555730614063806520659065906590648061505540458533602050770420102023453735493557906300660067006550611553104085259598069014202940441555656250658066406395583047403170125501200212038555260616065706685657562605540443030152240145039014502470430056806360660066306380579048753720309524501640114026703950575065506700660063705960534549804590406027304030502065606280588556605400500034304460526062706650670066504200100020003730400043006270478033757901602542035254000425045808500648051703385127539090110825300042804650496056007310499035801790780330110403801240302045205310563560807730558055605530548054305400540054005400540054005400540054005400544054905540558056305700575058005900788078407800798080308100815082008300880086008390760065306400640064006400640064006400640064006400644065106850630168100首楼舷墙顶线首楼甲板边线首楼甲板中心线尾楼甲板边线上甲板边线4580水线4200水线3000水线2000水线1000水线500水线CLCL1600纵剖线3200纵剖线4800纵剖线距BL9100距BL7900距BL5680距BL5900距BL8300距BL40001001330R750R400R300R200首楼甲板边线上甲板边线4580水线4200水线3000水线2000水线1000水线500水线首楼舷墙顶线平底线R3450R2750R1260R100R150R200R300R350R500平底线01/21234567891011121314151617181920191/2191/2191/2总长LOA75.00m垂线间长LPP70.00m水线间长LWL71.33m型宽B13.40m型深D5.40m设计吃水d4.20m方形系数CB0.704水线面系数Cv0.832中纵面系数CM0.980浮心纵向位置XB-0.426m排水量2858t梁拱0.2m首脊弧0.0m尾脊弧0.4m主要要素船舶原理与设计6.1概述75000t散货船型线图：第六章、型线设计4船舶原理与设计6.1概述型线设计中应注意的几个方面：保证良好的航海性能。除了某些有特殊要求的情况以外，通常把快速性（阻力与推进）放在主要地位来考虑，同时兼顾耐波性、操纵性和稳性。考虑总布置的要求。总布置所需的甲板面积，货舱大开口的尺寸，纵倾的调整等对型线设计都有一定的要求，型线设计中应加以考虑和满足。必要时，当布置与性能对型线的要求发生矛盾时，通常是适当降低对性能方面的要求，来满足布置和使用的需要。考虑船体结构的合理性和工艺性。例如，不必要的复杂曲面的船体形状，不仅增加建造工时，多耗材料，而且不易保证施工质量，影响结构强度外观造型。水线以上的首尾轮廓线、甲板边线以及外露的折角线应考虑美观和造型方面的要求。第六章、型线设计船舶原理与设计6.1概述型线设计的精度：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。如果重量裕度在1％~2％时，排水体积允许的误差约为±0.5％。应符合要求的浮心纵向位置。文献［1］建议，在纵倾允许误差为±0.2％L时，型线设计结果的浮心纵向位置允许误差约为0.3％L。第六章、型线设计横剖面面积曲线；设计水线和甲板边线；横剖线形状；侧面轮廓线。控制船体型线的要素：船舶原理与设计6.2横剖面面积曲线第六章、型线设计横剖面面积曲线下的面积相当于船的型排水体积（▽），曲线下面积的丰满度系数等于船的纵向棱形系数CP（CP=▽/（AM·LPP））；面积形心的纵向位置相当于船的浮心纵向位置XB；丰满船的横剖面面积曲线的中部有一平行段，称为船的平行中体，长度为LP，平行中体前、后的两段长度分别称为进流段长LE和去流段长LR；方形系数小的船一般都没有平行中体，最大横剖面常位于船中（MS）之后。横剖面面积曲线的特征：去流段长度LR进流段长度LE平行中体长度LPLPP/2LPP/2Ai或Ai/AMX或X/L船舶原理与设计6.2横剖面面积曲线第六章、型线设计棱形系数CP对船的剩余阻力RR影响很大，而对摩擦阻力RF影响极小。CP对剩余阻力的影响主要反映在兴波阻力上，它是随船的相对速度（傅汝德数Fn）而变化的。从阻力的影响来看，CM是不重要的，因此，CM的选择很大程度上是考虑与CP的配合。一、棱形系数CP和中剖面系数CM的选择低速船（如Fn＜0.2），兴波阻力所占比例不大，CP对总阻力影响较小，但选取较小的CP总还是有利的。低速船一般CB都比较大，所以这种情况下CM都取得很大，以利减小CP。一般运输货船CM为0.98~0.99，大型船甚至达到0.995。船舶原理与设计6.2横剖面面积曲线第六章、型线设计一、棱形系数CP和中剖面系数CM的选择中等航速的船（如0.2Fn0.3），兴波阻力已占总阻力相当的比例，且兴波主要发生在首部，船首应尖瘦些，所以取较小的CP可减少剩余阻力，对总阻力有利。但过小的CP意味着CM很大，会引起横剖面面积曲线和水线明显的突肩，这是不利的，应避免。所以随着Fn增加，在CP减小的同时，CM也应相应地取小一些。航速较高的船（如Fn0.3），随着Fn的增加，船首兴波的区域逐渐扩展到船长的很大部分，此时，在一定的CB下，过小的CP会导致船体中部过分凸起，从而造成更大的兴波阻力，因此CP不宜过小。船舶原理与设计6.2横剖面面积曲线第六章、型线设计二、浮心纵向位置XB的选择浮心纵向位置XB决定了船前后半体的相对丰满度。XB的选择主要从快速性上有利的最佳浮心位置和与总布置所确定的重心纵向位置相配合这二个方面来考虑。从阻力方面看，当浮心位置改变时，前体兴波阻力和后体形状阻力的相对比例发生变化。浮心位置向后移动，前体丰满度就减小，后体丰满度增大，因而形状阻力由小变大，而兴波阻力由大变小。因此，对应于给定速度的船，存在着一个阻力最小的最佳浮心位置。船舶原理与设计6.2横剖面面积曲线第六章、型线设计二、浮心纵向位置XB的选择浮心位置的选取，还必须与重心纵向位置相配合，使船有适宜的浮态。当阻力上最佳的浮心位置与重心配合不当而引起不允许的纵倾时，如果在总布置方面调整有困难，或者会造成牺牲过多时，通常是适当地损失快速性去兼顾布置上的适宜性。XB偏离最佳位置不大时对阻力影响较小。船舶原理与设计6.2横剖面面积曲线第六章、型线设计三、横剖面面积曲线形状的选择（1）平行中体长度和位置在一定的Fn范围内，船体采用适量的平行中体，无论从阻力性能方面还是在使用和建造方面都是有利的。船舶原理与设计6.2横剖面面积曲线第六章、型线设计三、横剖面面积曲线形状的选择（1）平行中体长度和位置从阻力方面看，将排水体积适当地向中部集中，采用一段平行中体，对于前体可使进流段尖瘦些，降低兴波阻力；对于后体，可削瘦去流段的船体形状，有利于改善形状阻力。但是，设置太长的平行中体后，过短的进流段和去流段，会使平行中体的两端形成过硬的“前肩”和“后肩”，这对阻力是不利的。在船舶的使用方面，因平行中体一段的横剖面形状完全相同，使中部的船舱方整，便于装载货物。设置平行中体还简化了工艺和降低建造成本。因此，从实用出发，平行中体长度希望取长些，但以不引起阻力性能恶化为限。船舶原理与设计6.2横剖面面积曲线第六章、型线设计三、横剖面面积曲线形状的选择（1）平行中体长度和位置航速高的船不能设置平行中体。原因是这种船一般船体已很瘦削，设置平行中体后，平行中体和过分瘦削的首部连接处会形成凸肩，航行时产生的肩波和严重的肩部旋涡使阻力性能恶化。Fn0.25（CB0.62~0.64）的船，不宜设置平行中体。确定平行中体长度和位置的原则是确定不引起阻力激增的最短进流