90客位内河游轮及性能研究设计方案

1 90客位内河游轮及性能研究设计方案 计任务书提要 题名称 90 客位内河游轮总体方案设计及性能研究。 区、航线、用途 适航范围为武汉东湖至武汉沙湖以及连接两湖的楚河，属于内河浅水航道，主要用来发展沿武汉中央文化区的旅游观光业，同时作为水上巴士，缓解城区的交通拥堵的压力，并改善城区空气质量。 级 满足中华人民共和国船舶检验局办法的有关规范。 型 船型是指船舶的主船体特征，包括上层建筑、机舱部分、船舱划分、甲板层数、甲板间高等。船舶的类型主要由载重型 船舶和布置型船舶，本设计船为内河游轮，属于布置型船舶。设计中要首先考虑各种规范对布置型船舶的要求，通过满足规范的要求并同时兼顾经济性来完成主尺度的设计。 它除装备了基本的船用设备外， 船内设有航空座椅 ，保证乘客在乘坐游艇时的舒适性 ， 同时能欣赏到湖面的风光和内河两岸的楚文化风景。 机 双机双桨，双主机最大功率 2 120 马力。 速 在深海、静水、风力不超过蒲氏 2 级、无污底，在设计吃水状态下，以最大持续功率输出的情况下，航速为 h。 航力与自持力与乘客 在正常航行状态 下，自持力为 10 小时，乘客定额 90 人。 2 能 确定该船拥有当先进的、双柴油机、固定螺距螺旋桨。具有船速快、机动性高，快速反应能力强等特点。在湖面航行过程中，能保持良好的稳性，横摇周期控制在保持舒适的范围，能让乘客享受到观光游艇的优势。 防、救生设备 消防：应按建造规范消防设备部分的规定来配置和布置。全船设水灭火系统，客舱上甲板区域设基本泡沫灭火系统，机舱设高压 火系统，水灭火系统，手提式泡沫灭火系统，手提式 救生：船舶救生设备常用的有救生艇、救生筏、救生浮、救生圈 和救生衣等。设计船的救生设备种类与配备数量依船舶类型、航区、人数和船长等因素按内河船舶救生设备规范 务书分析 目前水上旅游行业在国内发展还处于早期，发展水上旅游行业的前景广阔。 任务书要求船舶航线是从武汉东湖经楚河到武汉沙湖，沿途经过武汉磨山风景区，梅园，武汉植物园，楚河汉街。 武汉东湖是全国最大的城中湖，沿湖岸的风景区较多，目前武汉城区内公交拥堵，出行交通不便，开发武汉至沙湖的航线，不仅可以开发东湖沿岸的水上旅游行业，同时缓解城区内的交通压力，并改善城区内空气质量。 在设计过程中，要保证船舶 在旅游淡季时可以作为水上巴士，在旅游旺季时作为观光游轮，要对母型船的木作舾装做改善，采用动车式的软座靠椅，并在船舶上设置观光阳台。 计流程 计思路 本船设计采用 85 客位内河游轮作为母型船，考虑到设计要求中的载重量与母型船相差不大，而母型船本身线型比较光顺，属于优良型船。并且航线所处的环境与设计船舶相似，为了使设计及船舶设计安全可靠。本船在设计时采用母型船线型，在船首尾处增加面积，保证旅客的安全，这样在不改变排水量的前提下更经济性。由于船长的变化没有对总体型线产生较大影响，这样的对母型船 的阻力特性，稳性，浮态及其他方面没有很大的影响 .。 在按照母型船型线绘制完成后，根据设计船舶排水量和吃水的要求，调整浮态和首尾吃水，得到设计船舶的主尺度要素，再通过 件计算船舶静力学数据，校核计算 3 满载出港和空载到港的稳性，以及设计船舶快速性。 计流程图 在设计过程中首先优先满足任务书设计要求，同时进行一定程度的优化，最终结合其它方面的设计计算情况最终确定其它要素 . 4 2 主尺度论证 据母型船估算排水量 型船 ： 85 客位内河游轮 船 。 表 25客位内河游轮主尺度 总长 26.9 m 舯剖面系数 线长 25.8 m 棱形系数 柱间长 24.8 m 水线面系 数 宽 B 进水角 20 型深 D 1.5 m 设计吃水 T 0.9 m 排水量 59.2 t 浮心纵向位置 m 方形系数 板梁拱 f m 水量估算 按一般游轮的排水量估算排水量，游轮属于一般布置船，设计船舶载客数为 90人，载重量增 加，型线与母型船一致，船体内部舾装件需改造，船舶载重量和船体空船重量改变，根据母型船排水量，修正设计船舶排水量为： 排水量 = 定主机功率 用海军系数法来估算新船的主机功率和航速，选主机： P = 2/3 C 其中 P 主机功率， 设计排水量， 设计航速，为 h C 海军系数，根据近似型船资料确定。 根据母型，计算后所需功率小于母型船主机功率，即沿用母型主机主机，采用两台主机，每台主机所需功率为 120 5 定主尺 度 型的选取 本船为钢制内河客轮，参考相近船舶及，船型为单体排水，考虑快速性方面的要求及船后对螺旋桨直径的限制，采用双桨。 1) 船长 河船舶在选择船长时会受到航道曲率影响，在求得排水量后，从阻力观点进行校核，使选择的船长尽可能在阻力的“谷”点，但由于影响客轮船长的因素较多，也可以按照速长比来确定。此次设计中，由于母型船船型优良；根据内河船舶设计手册 74，阻力峰值与 V/L 的关系查的，此时船舶阻力处于阻力“谷”点。即取母型船船长为设计船长 4.5 m； 2）方形型船 (由于设计船舶属于浅水内河客轮，主尺度受到限制，不得不加大方形系数以保证排水量的要求。由提高运载能力方面考虑，再加上本船对航速的要求，根据母型船方形系数，以及内河船舶设计手册 7五中，方形系数与速长比的关系，修正初取方形系数 b= 3）吃水的选择 由航道的限制，已经目前航道上营运的船舶资料，设计船舶的平均吃水 T T=）船宽 B 的确定 内河船舶选取船宽时主要从满足稳性，舱室布置等 要求来考虑。内河船舶由于吃水限制上层建筑较高，根据内河船舶设计手册，为保证船舶的稳性一般 B/T 值取得较大，多数在 上。根据母型船，已经航道吃水的限制，设计船舶的船宽： B=）型深 D 的确定 根据船舶吃水和干舷的要求，设计船舶型深： D=6 表 2计船主尺度汇总表 船型：单体布置型船 垂线间长： 宽： 长： 深： 1.5 m 水线长： 水： 形系数： 心距舯： 表即 是设计船舶的主尺度要素。根据设计船舶的主尺度安排总布置的设计和螺旋桨设计。 3 型线设计 线图 船舶下盖外壳的形状，主要是通过型线图来表示。船体形状的表达，具体地说，主要是表示船体外板型表面和甲板型表面的形状。船舶设计时，通常主要从航行性能、总体布置和结构及工艺上的要求来确定船体下盖外板型表面的形状，因此船舶外板型表面通常是形状复杂的光滑曲面。 型线图是在三个相互垂直的投影面上，以船体型表面的截交线、投影线和外轮廓线表示船体外形形的图样。型线图不仅表示了船舶的形状和大小，还是计算船舶航行性能，绘制其他船舶图样和进行船舶放样的主要依据。 船型线图设计绘制 此次毕业设计主要是依靠母型船设计型线，由于母型船本身线型优良，阻力性能良好，并且母型船航行的航道和设计船舶类似，都是在内河和湖泊内航行，并同时为旅游船。 在设计过程中，设计船舶的外形基本与母型船一致，在甲板以下的型线是相同的，保证船舶的优良线型，在甲板以上部分，船舶的上层建筑根据现在旅游市场的需要进行改造，保证旅游船的舒适度和现代化。 7 4 静力学计算 序简要说明 本船使用原华中理工大学船舶系张铭歌副教授编制的“船舶静水力计 算程序”计算。程序可用于计算普通单体船型、双体船、涡尾、隧道尾等船型。该程序采用辛普森第一方法及梯形法计算拟合曲线下的面积和面积矩。计算程序用 言编制、数据检查程序用 言编写。程序供数十艘实船设计使用，并为本专业学生毕业设计使用。计算结果准确，可信度高。 行程序数据 通过程序的数据要求用文本文档的格式编辑，先输入型值表数据，再根据绘制的型线图，在横剖面曲线和半宽水线曲度较大的地方进行插值，并且要在端点修正，使程序运行的图形光顺，闭合。再通过运行的的数据进行计算。 水力数据 V b f 0 2 o T b m 0 2 8 水力数据计算 根据程序运行的数据，在 绘制静水力曲线，先根据估算的排水量，曲线中取得相应的吃水。此时吃水 T=根据此时的吃水，在曲线上查询相应的静水力数据。 当设计船舶满载出港时，排水量为 时吃水 T=形系数 剖面系数 线面系数 稳性半径 ；浮心纵向坐标 载重心高度 当设计船舶空载到港时，排水量为 53t，此时吃水 T=形系数 横剖面系数 线面系数 稳性半径 ；浮心纵向坐标载重心高度 水力曲线图绘制完成。如下图所示； 9 性横截曲线 横截稳性曲线是绘 制静稳性曲线的基础，根据船舶在横倾后的入水和出水楔形所形成的体积矩，求得不同排水体积不同横倾角的浮力作用线至假定重心的距离，然后，再根据稳性横截曲线求出某一排水体积时假定稳性臂随横倾角的变化曲线，再根据重心高度的变化加以修正，绘制该装载情况下的静稳性曲线。 稳性曲线的绘制 根据程序计算获取上述数据，获得不同横倾角时的排水体积和静稳性臂。然后以静稳性臂为纵坐标，以排水体积为横坐标绘制下图所对应不同横倾角的稳性横截曲线图。 根据上述稳性横截曲线图，可以根据船舶在各种装载情况下的排水量以及其重心高度，按照公式： l= 计算出船舶静稳性臂 当船舶处于满载出港状态时，排水量为 船舶处于空载到港时，排水量为53t。再根据不同的排水量可以求出对应的静稳性臂。 10 戎曲线 根据邦戎曲线图，可以计算出任意纵倾水 线下的排水体积和浮心位置 戎曲线的绘制 根据计算所得的每个站号所对应的横剖面面积 横剖面面积对基平面的静矩不同水线的值，以吃水为纵坐标，以 横坐标。为了缩短图纸的长度和使用方便，在绘制邦戎曲线图时，对船长和型深采用不同的比例。 邦戎曲线图绘制完成。如下图所示； 剖面积曲线 依据绘制好的邦戎曲线，可以求出不同水线时个站号下所对应的横剖面面积，再以站号为横坐标，以个横剖面面积为纵坐标，绘制横剖面面积曲线。 根据船舶在任一水线下的横剖面面积曲线，可以方便的求出该水线下的排水体积和浮心纵向坐标，是设计新船型型线图的主要根据之一。横剖面面积曲线图以绘制完成。如下图所示，表示的是在满载情况下的横剖面面积曲线； 11 5 各种装载情况浮态及稳性计算 载出港重量重心计算 满载出港 母型船 设 计船舶 各种装载情况重量，重心计算 重量 垂向 重量 垂向 项目 t Zg(m) t Zg(m) 空船 客行李（第一客舱） 客行李（第二客舱） 油滑油 2 品与供应品 水 0 0 0 0 船员，行李 载出港稳性计算 根据满载出 港的排水廊，在稳性横截曲线上求出对应排水量在假定重心高度时，不同横倾角的静稳性臂。 满载横剖面面积曲线01234567 5 10 15 20 25满载横剖面面积曲线 12 0 20 30 40 50 60 0 20 30 40 50 60 70动稳性曲线依据上述数据，绘制静稳性曲线图 绘制完成静稳性曲线后，通过对面积积分，在 直接用面域求出在不同横倾角时，静稳性曲线下的面积，从而计算得出动稳性臂 。 横倾角 ls l 0 0 0 0 10 0 0 0 0 0 13 根据静稳性曲线和动稳性曲线可查出，船舶最大静倾角为 由液面修正 船上设有淡水舱，燃油舱的舱柜，如果舱内液体没有 装满，则船舶在倾斜的时候，舱内的液体也将流向倾斜一舷，且液面保持与水面平行，即会产生自由流动的自由液面。当液体流动后，液体的体积的形状发生变化，他的重心向倾斜的一侧移动，会产生一个额外的倾斜力矩，其结果会降低船舶的稳性。 根据总布置中在船底舱布置的两个水舱，和两个个燃油舱，即需要对自由液面进行修正；此时通过 的面域工具，查询出水箱的面积以及自由液面对船纵中剖面的惯性矩 查询可知： 单个水箱的自由液面修正值为： - =个燃油舱的 自由液面修正值为； - =的自由液面的修正值为； l=-（ 2=载稳性计算表 经过自由液面修正后，并在静水力曲线中查值，并填入下表； 14 满载出港浮态与稳性的计算表 序号 项目 单位 满载出港状态值 备注 1 排水量 t 2 平均吃水 d m 3 重心距舯 Xg m 4 浮心距舯 Xb m 5 每厘米纵倾力矩 t/6 纵倾值 t 40 t= ( 漂心距舯 Xf m 8 首吃水 df m da=d+(L/2t/L 9 尾吃水 da m df=+xf)t/L 10 横稳心半径 Bm m 11 浮心距基线 Zb m 12 重心高 Zg m 13 初稳性高 ho m 4 自由液面修正值 m 15 修正初稳性高 h1 m 摇周期计算 1)根据内河船舶设计手册，航行于内河航区的船舶，应考虑波浪和阵风对船舶横摇的影响： 于设计船舶属于内河游轮，根据规范， k=071；式中 h 为修正后初稳性高。 计算得： T=舷校核 根据中华人民共和国海事局于 2011 年颁布的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）进行干舷计算。 15 船舶最小干舷 F 按下式计算： F = 中： 船舶的基本干舷， mm 型深对干舷的修正值， mm 舷弧对干舷的修正值， mm 舱口围板高度及舱室门槛高度对干舷的修正值， 一）基本干舷： 船长 L=计船属于 B 型船舶及航区为“ C”级，查阅表 得该船的基本干舷 45 （二）型深对干舷的修正值： 长与计算型深比 L/D=5,则不作干舷修正： 三）舷弧对干舷的修正值： 船长 L=计船属于 B 型船舶及航区为“ C”级，查阅表 得首弧弧 4 +C(- ) =+94/6+（ ） =（四）舱口围板高度及舱室门槛高度对干舷的修正值： 于 舱口围板和舱室及舱棚门槛的实际高度大于表 定，故不作修正；此时 。 故 最小干舷 F = 45+0+= 本船型深 D=计吃水 T=际干舷大于 500足最小干舷要求 限静倾角，进水角，最小倾覆力臂计算 极限静倾角，进水角，最小倾覆力臂计算见表 表 极限静倾角，进水角，最小倾覆力臂计算表 序号 项目 单位 满载出港 备注 1 排 水 量 t 2 平均吃水 d m 3 极限静倾角 r 20 10取 10 4 最小倾覆力臂 Mq 注：极限静倾角 v 大于 10 度时，由规范应该取 10 度； 甲板开口进水角 j 由排水量在进水角曲线中查得； 最小倾覆力臂在动稳性曲线中查得 16 载到港重量重心计算 空载到港 母型船 设计船舶 各种装载情况重量，重心计算 重量 垂向 重量 垂向 项目 t Zg(m) t Zg(m) 空船 客（第一客舱） 0 0 0 0 旅客（第二客舱） 0 0 0 0 燃油滑油 品与供应品 水 0 0 0 0 船员，行李 3 载到港稳性计算 根据满载出港的排水廊，在稳性横截曲线上求出对应排水量在假定重心高度时，不同横倾角的静稳性臂。 横倾角 ls l 0 0 0 0 10 0 0 0 0 0 8 0 依据上述数据，绘制静稳性曲线图。 17 0 20 30 40 50 60 70 80静稳性曲线绘制完成静稳性曲线后，通过对面积积分，在 直接用面域求出在不同横 倾角时，静稳性曲线下的面积，从而计算得出动稳性臂 0 20 30 40 50 60 70 载稳性计算表 经过自由液面修正后，并在静水力曲线中查值，并填入下表 空载到港浮态与稳性的计算表 序号 项目 单位 满载出港状态值 备注 1 排水量 t 53 2 平均吃水 d m 18 3 重心距舯 Xg m 4 浮心距舯 Xb m 5 每厘米纵倾力矩 t/6 纵倾值 t 40 t= ( 漂心距舯 Xf m 8 首吃水 df m da=d+(L/2t/L 9 尾吃水 da m df=+xf)t/L 10 横稳心半径 Bm m 11 浮心距基线 Zb m 12 重心高 Zg m 13 初稳性高 ho m 4 自由液面修正值 m 15 修正初稳性高 h1 m 6 螺旋桨设计 型基本资料 双桨、双舵、横骨架式 设计水线长： 垂线间长： 宽： B=型深： D=计吃水： 方型系数： 水量： =棱型系数： 向浮心坐标 向浮心位置 L/ 1/3 度吃水比数 B/T 艾亚法估算阻力 艾亚法是分析大量船模和实船实验的结果，其实用范围较广，一般对中，低速商船比较实用，也可用与正常尺度的海洋拖轮，但对于近代高速商船和大型 丰满船型，偏差较大。根据内河船舶设计手册，艾亚法估算内河船舶的阻力偏大，因此在估算阻力后，会乘上一个系数，确保阻力估算的准确。 艾亚法有效功率估算表 ： 19 速度 度 V(km/h) 19 20 3 速度 V(m/s) 准 图 775 250 200 160 标准 表 7际 或瘦 )(%) b 修正 (%) b 修正数量 1 修正 ， 2 修正 B/T 之 度修正 3 修正长度之 3 E (正后 W) 根据求得数据绘制有效马力曲线图 20 7 19 21 23 旋桨基本因素 机型号 型号： 6135定转速： 1500r/定功率： 120 推进因子的确定 (1)伴流分数 本船为双桨内河客轮，故使用 巴普米尔 公式估算 = 1/3/D)1/2 =*(2)推力减额分数 t 使用商赫公式估算： t=t=3)相对旋转效率 近似地取为 R =4)船身效率 H =(1(1( 桨叶数 Z 的选取 根据一般情况，双桨船多用四叶，加之四叶图谱资料较为详尽、方便查找，故选用四叶。 21 型的选取说明 由于本船为内河游轮，能保证多数时间在满载状态。 螺旋桨属于在满载的时候效率较高， B 型是属于各种状态效率相对较高。此船本应选择 较为合适，因而这次仍旧选用 螺旋桨。 据估算的 0 选取图谱 选取 谱。 结设计 列表按所选图谱（考虑功率储备）进行终结设计得到 3 组螺旋桨的要素及 率储备取 5%，轴系效率 S=轮箱效率 G=旋桨敞水收到功率 s*120*图谱可查得： 项目 单位 假定航速 V A=1 DO P=n*( * 0 * 0 * 0 上表结果可绘制 、 P/D 及 0 对 V 的曲线。通过 件，绘制每个浆型的推进功率与估算有效马力曲线的交点，并通过交点作垂线，查出垂线与之对应的 、P/D、 0 以及 V。 在绘制过程中，由于设计船舶为双桨船，即螺旋桨推进功率乘以二，绘制出与有效马力曲线的交点。保证与螺旋桨的推进效率曲线有交点。 从 )曲线与船体满载有效马力曲线之 交点，以此点位横坐标，可得不同盘面比所对应的设计航速及螺旋桨最佳要素 P/D、 D、 0 如下表所列。 D P/D 0 空泡校核 由图解法求出不产生空泡的最小盘面比及相应的 P/D、 0、 D. 按柏努利空泡限界线中商船 (设计船舶为内河客轮，运行状态与商船类似，处于满载状态居多）上限线，计算不发生空泡之最小展开面积比。 桨轴沉深 船体型线图取 0.(10330+1000*10956算温度 t=15 , 74=s2/ 序号 项目 单位 数值 0 1 m/s (D/60)2 (m/s)2 4)