船舶总体设计5-1主尺度

杂货船-“TIMBUS”轮1、什么是船舶的耐波性？答：是指船舶在风浪中遭受外力干扰产生各种摇摆运动以及砰击、上浪、失速等情况下，仍能维持一定航速在水面上航行的性能。2、什么叫最小干舷船、结构吃水？答：最小干舷船：按“载重线”法规所要求的最小干舷来确定型深的船舶，称为最小干舷船。对于富裕干舷船，在设计时保证最小干舷所求得最大装载吃水Tmax，并使船体结构设计符合Tmax的要求，则此Tmax称为结构吃水。课题五、船舶主尺度确定一、船舶尺度船舶尺度，主要表示船体外形大小的尺度，即船的长、宽、深和吃水等。它是根据各种船舶规范和船舶在营运中使用上的要求定义的。按照不同的用途，主要可分为三种：船型尺度、登记尺度和船舶最大尺度。1、在船舶入级与建造规范中定义的船舶尺度-------船型尺度它主要是从船体型表面上量取尺度，在船舶的许多性能的理论计算中和一些主要的船舶图纸上，均使用这种尺度。它也成为理论尺度和计算尺度。1)船长LBP沿设计夏季载重水线，有船首柱前缘量至舵后缘的长度。2)型宽B在船体的最宽处，有一舷的肋骨外缘量至另一舷的肋骨外缘之间的水平距离。3)型深D在船中点处，有平板龙骨上缘量至干舷甲板横梁上缘的垂直距离；对甲板转角为圆弧形的船舶，则由平板龙骨上缘量至甲板型线与船舷型线与船舷型线的交点。4)型吃水d在船长中点处，由平板龙骨上缘量至夏季载重水线的垂直距离。通常用垂线间长、型宽、型深表示船体外形的大小。这三个尺度称为船舶主尺度，一般写成下面的形式：主尺度=垂线间长LBP×型宽B×型深D2、海船吨位规范中定义的船舶尺度---登记尺度主要是用于登记船舶、丈量与计算船舶吨位的，故称登记尺度。1）登长LR指量自龙骨板上缘量到最小型深85%的吃水线，其长度的95%，或沿该水线从船首柱前缘量至舵中心的长度，取两者中较大者。2）登深D登深是指在船长LR中点船舷处从平板龙骨上表面量至上甲板下表面的垂直距离。3）登宽B是指船长LR中点处的最大宽度。3、船体最大尺度船舶在停靠码头、进坞及过船闸、桥梁、架空电线和狭窄航道、船舶避碰操纵等要用到船体最大尺度。1)总长LOA包括两端上层建筑在内的船体型表面最前端与最后端的水平距离。2)最大船长Lmax船舶最前端与最后端之间包括外板和两端永久性固定突出物（如顶推装置等）在内的水平距离。3)最大船宽Bmax包括外板和永久性固定突出物（如护舷材、水翼等）在内的垂直于中线面的船舶最大水平距离。4）最大高度是从船舶的空载水线面垂直量至船舶固定建筑物，包括固定的桅、烟囱等在内的任何构件最高点的距离。净空高度等于最大高度减去吃水。4.船舶设计中使用的船体主尺度1）总长Loa、设计水线长Lwl、垂线间长Lpp2）型宽B：3）型深D：【与干舷Ｆ有关】4）吃水T：5）方形系数Cb船舶初始设计阶段，必须选取的主要要素是船长L,船宽B、型深D、设计吃水T和方形系数Cb，该五要素通常习惯上统称为主尺度。二、船舶主尺度比船舶主尺度比是表示船体几何形状特征的重要参数，与船舶的航海性能有密切关系。常有的有：L/B、L/D、L/T、B/T、D/T、B/D、DW/△t/kW、kg/kt.km、t.km/kW.h等1.长宽比（L/B）该值越大，船体越瘦长；其快速性和航向稳定性越好；但回转半径也增大；受到航道和港口的限制，现有标准船型L/B值在5—6之间。2.长度型深比（L/D）该比值越大，船体纵向强度弱，稳性差；规范限制自航船A级航区，L/D≤25；现有标准船型L/D值在15—20之间。3.长度吃水比（L/T）该比值大，船舶回转性能差；京杭运河标准船型L/T值在15—20；长江及三峡库区标准船型L/T值在20—30之间。4.型宽吃水比（B/T）该比值大，反映船体较宽，船舶稳性较好，但船舶阻力增加，横摇周期小，耐波性变差。现有标准船型B/T值在3.5—4.5之间。5.型深吃水比（D/T）该比值大，干舷高，抗沉性好；但船舱容积增大，重心提高，稳性受到影响。现有标准船型D/T值在1.1—1.5之间。6.型宽型深比（B/D）该比值对稳性、横摇和强度都有较大影响；规范限制自航船A级航区，B/D值≤4。现有标准船型B/D值在2.5—3.5之间。7.载货量系数（DW/△）即船舶载货量与船舶排水量之比。在同一排水量下，载货量系数越高，船舶装载能力就越大，船舶经济效益将越好。京杭运河标准船型DW/△值在0.75—0.8之间；川江及三峡库区标准船型DW/△值在0.6—0.7之间。8.单位功率载量（t/kW）在相同航道条件下，单位功率载量越大，反映船舶阻力越小，船舶性能越优良。京杭运河标准船型t/kW值在2—3之间。9.船舶耗能（kg/kt.km）是反映船舶的经济性指标；即船舶载重*里程的耗油量船舶耗能与主机油耗、功率、船舶航速及载量等因素有关，直接反映船舶性能和成本的高低。10.船舶效率指标（t.km/kW.h）它反映船舶运输效率的高低。京杭运河标准船型的该值在25—40之间。內河船舶：一般內河客船L/B＝4.5～6內河油船L/B＝5～7內河驳船L/B＝4.0～4.8长江拖轮L/B＝4.0～4.5内河小拖船L/B＝3.5～4.5内河浅水拖轮L/B＝4.0～5.3三、确定船舶主要要素应满足的基本要求(1)满足浮力要求，即新船设计吃水时的浮力应等于设计排水量(LW+DW);(2)满足容量要求，即满足新船所需的舱容和甲板面积;（3）满足新船的各项技术性能：包括快速性、稳性、操纵性、耐波性和强度等;(4)满足用船部门(船东)对新船的使用要求;(5)满足客观条件(航区航线、港口、建造厂等)对新船主要要素的限制;（6）新船的经济性要求：努力提高新船的经济性。四、确定船舶主要要素的特点确定船舶主要要素有三个显著特点:1.问题复杂、综合性强；2.求解方法灵活多样，并且多解性，存在一定目标下的最优解；3.求解过程需逐步近似。四、确定主要要素的一般步骤尽管确定船舶主要要素的方法因船舶种类的不同而异，但其基本思路和一般步骤是共同的，大体可归纳如下。（1）任务书分析：船舶设计任务书集中地反映了新船的使用任务特点和船东要求，是新船设计工作的依据。设计者必须首先吃透任务书的精神，切实把握船东对新船各项指标的要求，并仔细分析判断任务书的合理性例如，哪些要求过高难以实现，哪些要求又偏低可能影响设计船的总体效果，发现问题并及时.与船东协商修订任务书。（2）调查研究调查研究是搞好设计的重要环节。从设计开始以至整个设计过程中都要进行调查研究，当然主要而大量的调研工作是在设计之初。调研的内容包括:1.查阅文献资料，调查航线、港口情况；2.现有同类实船的调研；3.调查船厂的生产能力等情况。通过调研掌握新船主尺度限制，形成母型船要素一览表，获得新船设计的思想、方法及各种有用的数据资料。（3）确立设计指导思想在任务书分析与调研的基础上确立新船设计指导思想：明确新船设计中哪些性能是要争取最优的，哪些指标是必须确保达到的，哪些要求是只要适当兼顾的，而哪些是可以放弃的，等等。只有明确了这些基本思想，才能对设计中碰到的各种问题有清晰的处理原则，可望求得成功的有特色的设计方案。（4）估取第一次近似值根据新船设计指导思想，参考母型船主尺度数据，估取设计船主要要素第一近似值。（5）性能校验按照主要要素第一近似值，校验相应的新船性能【估算】。诸如:浮力与载重量；货舱容积与甲板面积；初稳性与横摇周期；干舷与航速等等如果新船某项或某几项性能不满足要求，则要根据新船设计指导思想，按照抓主要矛盾、统筹兼顾的原则，调整主尺度，然后再次进行性能校验，直到求得满足任务书各项要求的主尺度方案。(6)绘图、核算1.绘制总布置图、型线草图、中横剖面结构图【如任务书未规定主机型号时须选定】2.然后对新船性能再作进一步、相对详细的核算，并根据核算结果调整主要要素。该过程绘图及核算的深广度，以能肯定方案的可靠性为目的。（7）主尺度选优根据新船的特点，确定合适的选优衡准，灵活选用合适的优化方法，进行多方案计算比较，选取最佳方案。上述七个步骤是对一般情况而言的，在具体确定新船主要要素时，不要机械地搬用，一定要灵活掌握。比如：1.对一些小型货船，常常只需走完前五步就可确定出主要要素。【不进行优选】2.对一些常规船，如油船、散货船等，省去第六步，直接优化，就可得出新船的主要要素。【成熟、规律性强，现有设计软件】3.对于特殊船型和布置地位型船，第六步则一般不可省略。【一般需进行优选】五选取主要要素的综合分析船舶主要要素受到一系列因素的制约，而且船舶各项技术性能、使用要求和经济性对主要要素的选择有很大影响，因此，选取新船主要要素时必须对影响其选择的各种因素进行综合分析。(一）共性:1、选取LBT时考虑主尺度限制和快速性2、选取LBD时考虑总布置的影响(二）综合分析:1、选取L时应考虑的因素（1）主尺度的限制：航线上船闸长度、停靠港的码头泊位长度；建造厂船台长度；修理厂船坞长度；内河弯曲航道：我国内河通航标准规定船长一般不大于航道曲率半径的1/3~1/4;内河、港口水域宽度对船舶调头的限制。(2)浮力：改变L可调整船的浮力，但其影响面较广。(3)快速性L对船舶阻力影响较大：由于在不同的Fr【航速】下，摩擦阻力Rf、剩余阻力Rr占总阻力的百分数是不同。1.对Fr≥0.3~0.4的中高速船，加大L有利于减小阻力；2.对Fr＜0.18~0.2的低速船，则一般是减小L有利于减小阻力。(4)总布置它包括满足舱容和甲板面积两方面的要求，应根据货舱、机舱、舱室和甲板等布置，确定最小的船长。满足总布置要求的船长L可作为设计船L的下限。（5）经济性L增加将导致Wh和LW的较大增加，船价及与船价相关的营运费用亦增加;但增加L有时可能取得快速性的改善(如对中高速船)，从而提高船速、节省燃料开支;综合L对船价及燃料开支的不同影响，民用运输船从船舶经济性角度常选取一个最有利的L，称为“经济船长”。显然，经济船长应大于阻力激剧增加的临界船长，也不对应于总阻力最低的阻力最佳船长。(6)耐波性L增加可使船舶在海上的纵摇升沉运动减缓，当L＞1.3λ时，纵摇幅值与运动加速度均较小;且L增加后，可改善船舶在海上的失速。（7）操纵性：L增加，船舶船向稳定性改善，但回转性变差;1.内河船尤其是港作拖轮宜缩短L，以改善回转性和机动性；2.海船与军舰则宜加大L以改善航向稳定性、耐波性与快速性。(8)抗沉性L增加，船舶可浸长度增加，海损稳性损失下降，有利于改善抗沉性，但影响不太大。注意1.一般着重考虑浮力、快速性、总布置和经济性实船设计选取L时，除主尺度限制条件必须满足外，往往着重考虑浮力、快速性、总布置和经济性。2.对于不同类型的船舶，由于使用任务特点不同，选取L的侧重点也有所不同。1.载重型船主要考虑浮力、总布置与经济性;2.布置地位型船主要考虑总布置与快速性;3.海船注意耐波性;4.内河船注意操纵性。5.此外，对于国际航行的船舶，适当减小L有利于降低有关营运开支。2、选取B时应考虑的因素船宽关系到船舶的稳性、阻力、总布置等因素。（1）主尺度限制船宽B的选取受到航道、航线上船闸闸门宽、桥孔宽以及船台、船坞宽度的限制。船宽常取限制船宽，以提高船舶经济性。（2）性能影响1.当船宽增加时，初稳性也增大，对船舶稳性有利；2.船宽增加对布置有利。3.从保证浮力、降低船价考虑，以减小L适当加大B为有利。缺点：1.但船宽增加，横摇加剧，横摇角速度、角加速度增大。2.船宽增加，湿表面积相应也增加，摩擦阻力增大；由于长宽比减小，兴波阻力明显加大在选择船宽时，首先应满足稳性、船闸、航道的要求，根据不同的船型，考虑船宽对阻力的影响。1.通常。选取B时除必须满足主尺度限制条件外，要着重考虑初稳性、总布置与浮力。2.最小船宽常由初稳性下限和总布置要求所决定，尤其是小型客船、拖船及多桨船。3.在吃水受限制的情况下，为增大船舶装载量提高经