高速船与游艇设计型线设计教学PPT

1、 71 概概 述述 一、一、 型线设计在船舶设计中的地位：型线设计在船舶设计中的地位： 船舶型线是关系到船舶的技术性能和经济指标的全局船舶型线是关系到船舶的技术性能和经济指标的全局 性设计之一，对新船设计的成败有重要的影响。性设计之一，对新船设计的成败有重要的影响。 1 船舶的静力和动力性能，大多与船体型线有关，包船舶的静力和动力性能，大多与船体型线有关，包 括浮态、稳性、括浮态、稳性、(抗沉性抗沉性)、快速性、操纵性、耐波性、快速性、操纵性、耐波性 等等 阻力：取决于船舶型线（兴波阻力、粘压阻力）阻力：取决于船舶型线（兴波阻力、粘压阻力） 稳性：横剖面特征是稳性：横剖面特征是u型还是型还是v

2、型，对船舶的浮心高度型，对船舶的浮心高度 和横稳性高度有很大的影响。和横稳性高度有很大的影响。 2 总布置总布置 包括船舶主体内舱室的布置，特别是尾机型包括船舶主体内舱室的布置，特别是尾机型 船舶或尾部型线复杂的船舶的机舱布置，甲板面积及船舶或尾部型线复杂的船舶的机舱布置，甲板面积及 甲板上的设备和舱室布置甲板上的设备和舱室布置 3 结构与工艺结构与工艺 结构上强度、振动是否合理，施工是否结构上强度、振动是否合理，施工是否 方便。方便。 二、型线生成方法二、型线生成方法 1 优秀母型船改造优秀母型船改造 2 模型系列资料模型系列资料 3 数学方法生成。数学方法生成。 线框生成：通过母型船交换线

3、框生成：通过母型船交换 或船型系数生成型值表，从或船型系数生成型值表，从 型值表中读取数据，选用二型值表中读取数据，选用二 维样条函数进行型线拟合，维样条函数进行型线拟合， 生成横剖线、水线、纵剖线生成横剖线、水线、纵剖线 等。等。 曲面生成：曲面生成： 利用给定的空间点列构造利用给定的空间点列构造b 样条曲面，通过适当调整特样条曲面，通过适当调整特 征网格，用交互设计的方法征网格，用交互设计的方法 控制曲面。控制曲面。 利用支撑软件，通过利用支撑软件，通过b样条样条 曲线，生成船体曲面片，将曲线，生成船体曲面片，将 各曲面片连接成一个完整的各曲面片连接成一个完整的 船体曲面。船体曲面。 实体

4、模型生成：实体模型生成： 先生成曲面，再通过曲面围出先生成曲面，再通过曲面围出 船体实体模型。先生成实体毛船体实体模型。先生成实体毛 坯，利用生成的曲面进行切割，坯，利用生成的曲面进行切割， 及倒、圆角等机械加工手段，及倒、圆角等机械加工手段， 将实体模型毛坯加工成船体实将实体模型毛坯加工成船体实 体模型。体模型。 三、国内外计算机辅助型线设计系统三、国内外计算机辅助型线设计系统 国外：国外： 挪威挪威 autokon (二维线框造型二维线框造型) 西班牙西班牙 foran (二维线框造型二维线框造型) 瑞典瑞典 viking tribon (曲面造型曲面造型) 英国英国 hulltec (曲

5、面造型曲面造型) 美国美国 isdp catla 芬兰芬兰 napa (曲面造型曲面造型) cadmatic (曲面造型曲面造型) 荷兰荷兰 nupas (曲面造型曲面造型) 日本日本 hzs (三维线框造型三维线框造型) 国内：国内： 上海造船工艺所上海造船工艺所 csh (二维线框造型二维线框造型) 中国船舶工业总公司中国船舶工业总公司 casis/cams 上海交大和大连理工上海交大和大连理工 mpsds 武汉理工武汉理工 长江大中型客船长江大中型客船cad (二维线框造型二维线框造型) 上海船舶运输研究所上海船舶运输研究所 caes/cad (三维线框造型三维线框造型) sdicad

6、（实体造型）（实体造型） 虽然一般的船舶设计软件可以在游艇设计 中使用,但用船舶软件设计游艇,似乎有点杀鸡 用牛刀的感觉.游艇的设计主要为艇体的造型 设计,加部分的性能设计.诸如静水力曲线与大 倾角性能计算.而大的船舶设计软件更侧重于设 计制造等一体化.有很多诸如轮机管系设计,电 气设计,施工的工艺设计,这些并不是游艇设计 所必须的. 一般的游艇设计有两个基本模块:一是成型 建模,二是简单的性能计算.有些公司的一整套 的软件,会提供其它的扩展设计模块,如阻力计 算,结构放样等. 在国外的游艇设计中,maxsurf与rhino是 用得比较多的软件.在boatdesign的论坛统 计中,这两个软件

7、并列第一. maxsurf是澳大利亚的一款设计软件, 在设 计软件的功能上,可谓最全的了.rhino(犀牛) 是一款小巧的三维建模软件,本身并没有游艇性 能计算功能,但其有一款插件rhinomarine 可与之无缝联接,进行性能的计算.其两者各有 优势 总体上来说,max家族宠大,功能齐全,rhino小 巧实用,价格便宜.不过在我国,盗版使用得比较 多。 rhino（犀牛） 这是一款船舶制造业设计软件, 它包括了从船 只结构建模, 分析, 及优化分系统工程。 flagship 的结构设计能力就是基于此软件。 rhino的建模能力、易学好用以及低价策略， 已经成为船艇产业的标准工具了。拥有30年

8、船 艇软体开发经验的proteus engineering便将该 司享有盛名的fastship功能移植到rhino后改 名为rhinomarine，并以四个分开的模组来加 强rhino在船艇设计与制作方面的功能。 rhinomarine拥有快速、精确的流体力学与稳 定性计算能力，而且非常容易从船身产生任何 型式的剖面线。 rhinomarine能将完整的流体力学与稳定性计 算数值输出成excel档在浏览器内观看结果。 rhinomarine可以管理与追踪船体的重量与估 价，并以rhinomarine自己的树状管理员整理。 所有船体物件都能以拖放方式在树状管理员排 列顺序 rhino（犀牛） a

9、utoship autoship 系列里主要包括: 1model maker(做重心文件及分舱) ; 2autohydro 用来做静水力计算 ; 3autoship 可以做线形设计; 4autoplate这个可以用来做外板展开、 放样 5autoload则是主要用于装载计算机， 6其它系列，可以做航速预估等 四、型线图的作用四、型线图的作用 、型线图表达的形状、型线图表达的形状 我们知道，我们的型线图表达的是船体的表面形状，反映了船 体曲面的变化情况。但是，钢板有一定的厚度，且厚度也是随 位置不同而不同，型线图是表达的钢板的外表面还是内表面的 呢？ 外表外表 面面 内表面内表面 船体的外板表面

10、有外表面和内表面之分，甲板也有上表面和下船体的外板表面有外表面和内表面之分，甲板也有上表面和下 表面之分。对于表面之分。对于金属船体金属船体而言，而言，型线图所表达的形状是外型线图所表达的形状是外 板内表面和甲板下表面的形状板内表面和甲板下表面的形状。 我们所绘制的型线图是船体型表面船体型表面的形状。 、型线图的作用、型线图的作用 型线图是船舶设计阶段重要的图文文件，它有很重要的作用。 1）可以表征船体的形状和大小。）可以表征船体的形状和大小。 2）是计算船舶航海性能的重要依据。）是计算船舶航海性能的重要依据。 3）是绘制后续船体其它图样的依据。）是绘制后续船体其它图样的依据。 4）是进行船体

11、放样的依据。）是进行船体放样的依据。 总之，型线图是船舶设计建造的第一个重要图样文件，其决 定了船舶的形状大小和性能，是船舶建造的基础。 、型线图的由来、型线图的由来 引例1、圆柱体表面形状是如何形成的？ 引例2、球体表面形状是如何形成的？ 由上面两个例子我们可以看出，其表面由上面两个例子我们可以看出，其表面 形状可以由一定的曲面沿着某轴移动或形状可以由一定的曲面沿着某轴移动或 旋转得来的。旋转得来的。 针对曲线面而言，曲面可以分为针对曲线面而言，曲面可以分为直线面直线面和和曲线面曲线面两大类。上两大类。上 述的圆柱面就是直线面，而球体表面就是曲线面。述的圆柱面就是直线面，而球体表面就是曲线面

12、。 对于曲线面而言，上述的球体表面曲线在绕轴旋转的过程中，对于曲线面而言，上述的球体表面曲线在绕轴旋转的过程中， 曲线的形状和大小都没有发生改变，我们成这一类曲面为定线曲线的形状和大小都没有发生改变，我们成这一类曲面为定线 曲面；反之，如果曲线的形状或大小在旋转的过程中发生了改曲面；反之，如果曲线的形状或大小在旋转的过程中发生了改 变，则称所得曲面是变，则称所得曲面是变线曲面变线曲面。 对于船体曲面而言，我们不难发现， 其表面的形状沿高度、长度及宽度方 向都有变化，所有船体曲面属于变线 曲面的范围。 甲板表面可以近似的认为是定线曲面。甲板表面可以近似的认为是定线曲面。 船体外形表面是变线曲面。

13、船体外形表面是变线曲面。 、船体型表面的绘制原理、船体型表面的绘制原理 通过上面的讨论我们可以知道，对于定线曲面可以通过给出 决定曲面性质的几何要素以及曲面外形轮廓的投影就可以定 出曲面的形状。 但是，对于变线曲面仅仅 依靠这些就不能如实反映 其真实形状和尺寸了。 我们知道，船体曲面是一个 有三维曲度的变线曲面，对 于这种变线曲面，应该如何 反映其表面的形状及其变化 的情况呢？ 对于变线曲面，通过一些几何要素已经无法表达出其实际形对于变线曲面，通过一些几何要素已经无法表达出其实际形 状了。状了。 对于变线曲面，一般要画出曲面投影以及一系列平面截切曲 面所得的若干截交线的投影来表示。 对于上图的

14、船体，我们可以通过绘制其表面的投影及一系列的 截交线比较准确地反映出船体曲面的各处形状。 三组截交线三组截交线 对于船体而言，它是有三维曲度的实体，通过一个方向的截 交线很难准确地反映实际形状和尺寸。 由上面的图我们可以看出，仅靠一个平面上面的剖切只能表达 一个平面上曲线变化情况。而船体是一个三维曲面，显然这还 是不够的。 怎样才能如实且简单地表达船体曲面的变化情况呢？ 要想准确表达船体表面形状，我们可以在三个平面同时剖切船 体，形成三组截交线三组截交线。 纵剖面情况 用一系列纵剖平面可以反映出船体型表面不同船宽处沿船长方 向的变化。 横剖面情况 横剖面可以反映出沿船长方向船舶横向形状尺寸的变

15、化情况。 用平行于中横剖面的一组平面切割船体时，与船体曲面相交 得一组交线，称为横剖线，它们表示船体的横向外形。 水线剖面情况 可以反映出不同高度处船体型表面的变化情况。 船舶形状示意图 为了更有效的表达船体表面，可以将船 体表面划分成若干个区域，每个区域以 不同的方法表达。 前部区域前部区域 中部平行舯体部分中部平行舯体部分 后部区域后部区域 尾部尾部 中部平行舯体部分中部平行舯体部分 是柱体的一部分，横剖面形状相同，舷侧是直是柱体的一部分，横剖面形状相同，舷侧是直 壁式的，舭部为一段圆弧，而船底则为一个水壁式的，舭部为一段圆弧，而船底则为一个水 平面平面无底边升高，或为两个相交的平面无底边

16、升高，或为两个相交的平面有有 底边升高，底边升高， 由多个曲面组成，最基本的有三部由多个曲面组成，最基本的有三部 分：头部的首柱曲面，它也可以看分：头部的首柱曲面，它也可以看 成规则曲面；下部为船底平面；其成规则曲面；下部为船底平面；其 他为形状较为复杂的曲面他为形状较为复杂的曲面.在线型图在线型图 上，这张曲面依靠水线图、横剖线上，这张曲面依靠水线图、横剖线 图、纵剖线图反映。前边与首柱曲图、纵剖线图反映。前边与首柱曲 面相切，形成一个不太明显的切点面相切，形成一个不太明显的切点 线，后部与中部筒形区域相切，上线，后部与中部筒形区域相切，上 边为甲板边线，甲板边线在该区域边为甲板边线，甲板边

17、线在该区域 为一空间曲线；这一区域的下部和为一空间曲线；这一区域的下部和 船底平面相切，这根切线是曲面与船底平面相切，这根切线是曲面与 平面的边界线，称为平底线，它和平面的边界线，称为平底线，它和 平边线一起成为船体表面重要的边平边线一起成为船体表面重要的边 界线。界线。 后部区域后部区域 后部区域的前部与中部筒形区相切，上后部区域的前部与中部筒形区相切，上 部结束于甲板边线，下部与船底平面相切，部结束于甲板边线，下部与船底平面相切， 相切的曲线是平底线的后部分段。相切的曲线是平底线的后部分段。 尾部尾部 尾部区域较复杂。 形状是多种多样的。 除以上区域外，船体形状上还有一个相对独立的区域甲板

18、区域。 甲板曲面的形状也是多种多样的，有平面甲板，带折角线甲板。最 常见的甲板还是带梁拱的甲板。为了制造方便，使甲板曲面在各个 横剖面上具有相同的形状，既甲板曲面可以看成是一个圆柱曲面。 72 横剖面面积曲线 横剖面面积曲线是以船长为横向坐标、设计水线横剖面面积曲线是以船长为横向坐标、设计水线 下各横剖面面积为竖向坐标所绘制的曲线，其形状如下各横剖面面积为竖向坐标所绘制的曲线，其形状如 图图71所示。所示。 该曲线具有下列特征：该曲线具有下列特征： (1)横剖面面积曲线与横向坐标轴间所包围的面积等横剖面面积曲线与横向坐标轴间所包围的面积等 于设计水线下船的排水体积于设计水线下船的排水体积v；

19、(2)横剖面面积曲线的丰满度系数等于船在设计水线横剖面面积曲线的丰满度系数等于船在设计水线 下的纵向棱形系数下的纵向棱形系数cp； (3)横剖面面积曲线与横轴所包围的面积的形心横向横剖面面积曲线与横轴所包围的面积的形心横向 坐标，等于船的浮心纵向位置坐标，等于船的浮心纵向位置xb ； (4)曲线的最大纵坐标值代表最大横剖面面积曲线的最大纵坐标值代表最大横剖面面积amax ； (5)丰满船的横剖面面积曲线的中部有一平行段，称丰满船的横剖面面积曲线的中部有一平行段，称 为船的平行中体长为船的平行中体长lp ，平行中体前后的两段长度分别称，平行中体前后的两段长度分别称 为进流段长为进流段长le：和去

20、流段长：和去流段长lr。方形系数小的船一般都。方形系数小的船一般都 没有平行中体，最大横剖面常在中后。没有平行中体，最大横剖面常在中后。 一、棱形系数一、棱形系数cp和中剖面系数和中剖面系数cm的选择的选择 在方形系数已确定的情况下，因在方形系数已确定的情况下，因cpcbcm，所以，所以 cp的选择必须与中剖面系数的选择必须与中剖面系数cm的选择一起来考虑。从的选择一起来考虑。从 阻力的影响来看，阻力的影响来看，cm是不重要的，因此，是不重要的，因此，cm的选择很的选择很 大程度上是考虑与大程度上是考虑与cp的配合。的配合。 棱形系数棱形系数cp对船的剩余阻力对船的剩余阻力rr影响很大，而对摩

21、擦阻影响很大，而对摩擦阻 力力rf影响极小棱形系数对剩余阻力的影响随船的相对影响极小棱形系数对剩余阻力的影响随船的相对 速度不同而变化。速度不同而变化。 低速时低速时(fn 0/18)，虽然选取小的，虽然选取小的cp对剩余阻力是有利对剩余阻力是有利 的，但此时兴波阻力的比例很小，因此的，但此时兴波阻力的比例很小，因此cp对总阻力的影对总阻力的影 响甚微。一般低速肥大船为提高装载能力和建造方便，响甚微。一般低速肥大船为提高装载能力和建造方便， cm取值很大，所以取值很大，所以cp与与cb相差不大。相差不大。 中速时中速时(018 fn 030)，船的兴波主要发生在船，船的兴波主要发生在船 的首部

22、，选取小的的首部，选取小的cp可使船的两端较尖瘦，对减小剩余可使船的两端较尖瘦，对减小剩余 阻力有利。但必须保证船体水线能从尖瘦的两端顺滑地向阻力有利。但必须保证船体水线能从尖瘦的两端顺滑地向 中部过渡，不产生明显的突肩，这就要求中部过渡，不产生明显的突肩，这就要求cm也相应地取也相应地取 小些。然而，必须指出，实用上所取的小些。然而，必须指出，实用上所取的cp值一般比剩余值一般比剩余 阻力最佳时的阻力最佳时的cp值要大。这是因为，从每吨排水量的总值要大。这是因为，从每吨排水量的总 阻力看，如排水量一定，棱形系数小，方形阻力看，如排水量一定，棱形系数小，方形 系数也必然系数也必然 小，这样势必

23、增大尺度小，这样势必增大尺度(特别是船长特别是船长)，从而增加了船的摩，从而增加了船的摩 擦阻力，总阻力上反而不利。擦阻力，总阻力上反而不利。 高速时，随着高速时，随着fr的增加，兴波阻力愈来愈大，船首兴波的增加，兴波阻力愈来愈大，船首兴波 的区域逐渐扩展到船长的极大部分。此时，在确定的的区域逐渐扩展到船长的极大部分。此时，在确定的cb 下，过小的梭形系数可能会导致船体曲面在中部过分凸起，下，过小的梭形系数可能会导致船体曲面在中部过分凸起， 从而造成较大的兴波阻力，因此，一般要求选取适当大的从而造成较大的兴波阻力，因此，一般要求选取适当大的 棱形系数。棱形系数。 选取棱形系数选取棱形系数cpc

24、p时应考虑船舶的经济性，对于一般时应考虑船舶的经济性，对于一般 运输货船，首先要根据主要使用状态下的运输货船，首先要根据主要使用状态下的fnfn，合理地选，合理地选 取经济上有利的方形系数取经济上有利的方形系数c cb b。如果选用的。如果选用的c cb b已达到已达到fr所所 允许的上限，则应取大的中剖面系数允许的上限，则应取大的中剖面系数cmcm，以降低棱形系，以降低棱形系 数数cp.cp. 选取选取cpcp棱形系数时还应考虑对布置的影响。棱形系数时还应考虑对布置的影响。cpcp较小较小 时，船舶两端尖瘦不利于船舶的布置，特别是尾机型船时，船舶两端尖瘦不利于船舶的布置，特别是尾机型船 和双

25、桨船，和双桨船， cpcp过小，机舱与轴系布置困难。过小，机舱与轴系布置困难。 由于船舶初始设计阶段确定主尺度时由于船舶初始设计阶段确定主尺度时c cb b已经确定，已经确定， 所以型线设计时可按所以型线设计时可按c cb b值由统计曲线估取值由统计曲线估取cmcm和和cpcp。图。图7-27-2 给出了给出了cmcm、cpcp与与c cb b的关系曲线，可供船舶设计时参考。的关系曲线，可供船舶设计时参考。 二、浮心纵坐标二、浮心纵坐标x xb b的选择的选择 在一定的棱形系数下，浮心纵向位置，决定了船的在一定的棱形系数下，浮心纵向位置，决定了船的 前半体和后半体的相对丰满度。前半体和后半体的

26、相对丰满度。 (一一)从阻力方面考虑从阻力方面考虑 当浮心位置改变时，前体兴波阻力和后体形状阻力当浮心位置改变时，前体兴波阻力和后体形状阻力 的相对比例也发生变化。例如，浮心位置向后移动，相的相对比例也发生变化。例如，浮心位置向后移动，相 当于前体丰满度减小，后体丰满度增大，因而形状阻力当于前体丰满度减小，后体丰满度增大，因而形状阻力 由小变大，而兴波阻力则由大变小因此，对应于给定由小变大，而兴波阻力则由大变小因此，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。速度的船，存在着一个阻力最小的最佳浮心位置。 另外，从推进效率上看，浮心位置稍后于阻力上最另外，从推进效率上看，浮心位置稍后

27、于阻力上最 佳位置佳位置(如向后如向后0.20.3lbp)是合适的。是合适的。 (二二)从布置方面考虑从布置方面考虑 浮心位置的选取，还应注意与满载出港时的重心纵浮心位置的选取，还应注意与满载出港时的重心纵 向位置相配合，使船不致产生首倾和不允许的尾倾向位置相配合，使船不致产生首倾和不允许的尾倾(尤尤 其是吃水受限制的情况其是吃水受限制的情况)。对于中机型船，这种配合一。对于中机型船，这种配合一 般困难不大。对尾机型或中尾机型船，则需要认真分析般困难不大。对尾机型或中尾机型船，则需要认真分析 对待。对待。 另外，某些尾机型船，为了便于机舱布置，缩短机另外，某些尾机型船，为了便于机舱布置，缩短机

28、 舱长度，或为了避免桨轴伸出过长和轴包架或轴支架尺舱长度，或为了避免桨轴伸出过长和轴包架或轴支架尺 度过大，将浮心适当取后些比起将棱形系数度过大，将浮心适当取后些比起将棱形系数cp适当取适当取 大些，在总体效果上更为有利。大些，在总体效果上更为有利。 三、平行中体的长度和位置，最大横剖面位置三、平行中体的长度和位置，最大横剖面位置 (一一)平行中体的长度和位置平行中体的长度和位置 在在fr较低较低(fr 0.24)时，采用一段平行中体，对于前体，时，采用一段平行中体，对于前体， 可使进流段可使进流段(le型线尖瘦些，降低兴波阻力；对于后体，型线尖瘦些，降低兴波阻力；对于后体， 可削瘦去流段可削

29、瘦去流段(lr)的船体型线，有利于改善形状阻力。在的船体型线，有利于改善形状阻力。在 实用上，平行中体一段的横剖面形状完全相同，使得中部实用上，平行中体一段的横剖面形状完全相同，使得中部 的船舱方整，便于装卸货物。设置平行中体还可简化工艺的船舱方整，便于装卸货物。设置平行中体还可简化工艺 和降低建造成本。总之，适当采用平行中体不但在经济性和降低建造成本。总之，适当采用平行中体不但在经济性 和实用性上有利，在阻力性能上也是有利的。平行中体长和实用性上有利，在阻力性能上也是有利的。平行中体长 度的选取，一般是取不使阻力性能恶化的最大长度。度的选取，一般是取不使阻力性能恶化的最大长度。 对一定的船型

30、来说，棱形系数和浮心纵向位置选对一定的船型来说，棱形系数和浮心纵向位置选 定以后，就基本上决定了前后体的棱形系数定以后，就基本上决定了前后体的棱形系数cpf和和cpa， 因此，平行中体长度和位置的选择，就是对前体和后因此，平行中体长度和位置的选择，就是对前体和后 体的排水体积沿船长进行合理的再分配。体的排水体积沿船长进行合理的再分配。 目前，目前，lelb、lrlbp及相应的平行中体长度及相应的平行中体长度 和位置主要是根据试验资料得出的规律决定的，新船和位置主要是根据试验资料得出的规律决定的，新船 设计时最好参考母型船的资料来选取，设计时最好参考母型船的资料来选取， 为了避免后体过渡区反曲太

31、大、水流分离过早而为了避免后体过渡区反曲太大、水流分离过早而 产生漩涡，去流段长度不应过短。按贝克理论，最短产生漩涡，去流段长度不应过短。按贝克理论，最短 的去流段长度的去流段长度: ( (二二) )最大横剖面位置最大横剖面位置 无平行中体的船舶，其最大横剖面位置决定了进流无平行中体的船舶，其最大横剖面位置决定了进流 段和去流段的长度。由于前体兴波阻力随段和去流段的长度。由于前体兴波阻力随f fr r的增大而增的增大而增 大，所以最大横剖面位置应随大，所以最大横剖面位置应随f fr r的增大而后移。如：的增大而后移。如： f fr r0.300.300.30时，则在中后时，则在中后3 34 4

32、lbplbp；高速军舰甚至；高速军舰甚至 更后。更后。 四、横剖面面积曲线两端的形状四、横剖面面积曲线两端的形状 首尾端部形状，分别与前体棱形系数首尾端部形状，分别与前体棱形系数cpf和后体棱和后体棱 形系数形系数cpa进流段和去流段长度密切有关。图进流段和去流段长度密切有关。图74表示表示 进流段棱形系数进流段棱形系数cpe 相同的三种典型横剖相同的三种典型横剖 面面积曲线的首端部面面积曲线的首端部 形状，其中形状，其中a为直线形，为直线形， b为凹形，为凹形，c为微凹形。为微凹形。 显然，三种不同形状表示排水体积在进流段范围内的显然，三种不同形状表示排水体积在进流段范围内的 三种不同的分布

33、情况，从而影响船的兴波阻力。与进三种不同的分布情况，从而影响船的兴波阻力。与进 流段相似，去流段也有三种形状的横剖面面积曲线，流段相似，去流段也有三种形状的横剖面面积曲线， 其不同的排水体积沿去流段的分布影响船的形状阻力。其不同的排水体积沿去流段的分布影响船的形状阻力。 (1)对对f fr r 0.28 0.28时，首部兴波范围再增大且后时，首部兴波范围再增大且后 移，则进流段应更增长。所以，首端形状由凹形过渡移，则进流段应更增长。所以，首端形状由凹形过渡 到微凹或直线形为宜。到微凹或直线形为宜。 (4)(4)去流段的横剖面面积曲线形状，为减少水去流段的横剖面面积曲线形状，为减少水 流分离而产

34、生漩涡，一般应使平行中体向后缓和过渡，流分离而产生漩涡，一般应使平行中体向后缓和过渡， 过渡段要长些，并保持曲度变化均匀。尾端段一般取过渡段要长些，并保持曲度变化均匀。尾端段一般取 为微凹或直线形。为微凹或直线形。 实际设计中，端部形状应根据母型或系列船型资实际设计中，端部形状应根据母型或系列船型资 料，并结合设计水线的形状、首尾轮廓线的形状，端料，并结合设计水线的形状、首尾轮廓线的形状，端 部横剖面形状，统一加以考虑，作到适宜配合。部横剖面形状，统一加以考虑，作到适宜配合。 73 设计水线设计水线 设计水线的特征和参数包括：水线面系数设计水线的特征和参数包括：水线面系数cw、前、前 后半段的

35、丰满度系数后半段的丰满度系数cwf和和cwa、平行中段长度、端、平行中段长度、端 部形状、半进流角部形状、半进流角i：(近首垂线处水线与中心线的角近首垂线处水线与中心线的角)， 以及尾部的纵向斜度等。以及尾部的纵向斜度等。 一、首段形状一、首段形状 设计水线首段形状对兴波阻力的影响机理，与前面设计水线首段形状对兴波阻力的影响机理，与前面 所述的横剖面面积曲线相类似，它的选取与相对速度所述的横剖面面积曲线相类似，它的选取与相对速度 密切相关，所以，首段形状特征如下：密切相关，所以，首段形状特征如下： f fr r =0.160.19 由凸形到直线形；由凸形到直线形； f fr r =0.200.

36、22 直线形或微凹形；直线形或微凹形； f fr r =0.230.32 微凹形；微凹形； f fr r 0.32 直线形，整个进流段保持和缓的曲度直线形，整个进流段保持和缓的曲度 设计水线的半进流角对船首部兴波阻力有重要影响。设计水线的半进流角对船首部兴波阻力有重要影响。 适宜的半进流角适宜的半进流角i ie e ，主要与，主要与f fr r有关，其次与有关，其次与c cp p、l lb b、 c cwf wf等有关。在 等有关。在cpcp与与f fr r成合理配合的情况下，可用图成合理配合的情况下，可用图7-57-5 所示的关系来反映，这些资料是对应于所示的关系来反映，这些资料是对应于l

37、lb=7b=7左右的左右的 情况，当情况，当l lb b较小时，较小时，ieie应随应随l lb b的减小而适当地增的减小而适当地增 大。大。 从耐波性方面看，设计水线首段适当丰满些较有从耐波性方面看，设计水线首段适当丰满些较有 利，而成利，而成s s形的则不利。小型船舶常从稳性和总布置的形的则不利。小型船舶常从稳性和总布置的 要求考虑，设计成较丰满的首部水线。要求考虑，设计成较丰满的首部水线。 二、尾段形状二、尾段形状 设计水线尾段的形状，从阻力上看，主要是影响设计水线尾段的形状，从阻力上看，主要是影响 形状阻力。在一般情况下，它对总阻力的重要性次于形状阻力。在一般情况下，它对总阻力的重要性

38、次于 首段形状。为了避免水流分离而发生漩涡，尾段要求首段形状。为了避免水流分离而发生漩涡，尾段要求 保证顺滑，通常尾段型线以直线型为佳，而不宜成凹保证顺滑，通常尾段型线以直线型为佳，而不宜成凹 形。尾段的纵向斜度应不大于形。尾段的纵向斜度应不大于30。单桨船螺旋桨区。单桨船螺旋桨区 的水线应力求平直，终的水线应力求平直，终 端端(尾柱处尾柱处)形状不应钝阔，纵形状不应钝阔，纵 向斜度不要超过向斜度不要超过20；水线反曲处也应避免斜度过大，；水线反曲处也应避免斜度过大， 注意顺滑过渡，设计水线应盖住螺旋桨和舵，以利安注意顺滑过渡，设计水线应盖住螺旋桨和舵，以利安 全。全。 三、水线面系数三、水线

39、面系数cw 水线面系数水线面系数cw与多种因素有关，这些因素包括稳性、与多种因素有关，这些因素包括稳性、 快速性、耐波性、总布置、型线协调等等。显然，取大快速性、耐波性、总布置、型线协调等等。显然，取大 的的cw，即表示水线面面积大，对稳性，即表示水线面面积大，对稳性(gm值值)和总布置和总布置 有利；但对快速性不利，通常会使阻力性能变差。有利；但对快速性不利，通常会使阻力性能变差。 船舶设计中，一般对船舶设计中，一般对cw的选取是从快速性着眼，然的选取是从快速性着眼，然 后校核稳性，总布置及型线配合等方面，看是否合后校核稳性，总布置及型线配合等方面，看是否合 适通常适通常cw与与cp或或cb

40、有一个大体的协调范围，如：有一个大体的协调范围，如： 设计实践表明，设计实践表明，c。在此范围内变化，对快速性影。在此范围内变化，对快速性影 响不大。响不大。 74 首部及尾部型线首部及尾部型线 一、横剖型线形状一、横剖型线形状 图图7-6所示的为四种常规船型的横剖型线，其形状特征所示的为四种常规船型的横剖型线，其形状特征 可分为：可分为： v、中、中v、 中中u、u形。形。 (1)u形形 排水量沿吃水高度比较均匀分布，使设计水线削瘦，排水量沿吃水高度比较均匀分布，使设计水线削瘦， 半进流角小，有利于减小兴波阻力；在尾部，半进流角小，有利于减小兴波阻力；在尾部，u形剖面使伴流比形剖面使伴流比

41、较均匀，有利于提高船身效率，改善螺旋桨的工作条件，降低螺较均匀，有利于提高船身效率，改善螺旋桨的工作条件，降低螺 旋桨的激振力。但相对于旋桨的激振力。但相对于v形；形；u形剖面的湿面积较大，摩擦阻形剖面的湿面积较大，摩擦阻 力大些；耐波性也差些。一般大型运输船及中、高速船舶，采用力大些；耐波性也差些。一般大型运输船及中、高速船舶，采用 u形剖面，形剖面， (2)v形形 v形剖面的面积分布偏于上部，湿表面积较小，对减形剖面的面积分布偏于上部，湿表面积较小，对减 小摩擦阻力有利。在尾部，小摩擦阻力有利。在尾部，v形剖面使去流段水流顺畅，可减小形剖面使去流段水流顺畅，可减小 漩涡阻力。漩涡阻力。v形

42、剖面可增加纵摇和升沉的阻尼，对耐波性有利，形剖面可增加纵摇和升沉的阻尼，对耐波性有利， 小型船舶多采用小型船舶多采用v形剖面。形剖面。 (3)中中u形或中形或中v形形 兼顾阻力和耐波性两方面的要求，为大多兼顾阻力和耐波性两方面的要求，为大多 数中型船舶所采用。数中型船舶所采用。 水上部分的横剖型线应与水下部分光顺过渡；首部适度外飘，水上部分的横剖型线应与水下部分光顺过渡；首部适度外飘， 可缓和纵摇运动和甲板上浪，并可提供足够的甲板面积。可缓和纵摇运动和甲板上浪，并可提供足够的甲板面积。 二、首轮廓线二、首轮廓线 船首的外形，对全船的外观造型有较大的影响。船首的外形，对全船的外观造型有较大的影响

43、。 一般船舶的首柱是做成前倾一般船舶的首柱是做成前倾1530(图图77)。这。这 使设计水线以上的首部水线较尖瘦，减少了首端的激使设计水线以上的首部水线较尖瘦，减少了首端的激 浪；并使设计水线以上的水线面积迅速增加，有利于浪；并使设计水线以上的水线面积迅速增加，有利于 减小船在迎浪中的纵摇和升沉运动；并可提高碰撞时减小船在迎浪中的纵摇和升沉运动；并可提高碰撞时 的安全性；也有利于增大首部甲板面积；的安全性；也有利于增大首部甲板面积； 从经济性和实用性来看，前倾不宜过大，否则会从经济性和实用性来看，前倾不宜过大，否则会 增加总长和造价、增大吨位及泊位长。增加总长和造价、增大吨位及泊位长。 三、尾

44、轮廓线三、尾轮廓线 现代运输船一般采用巡洋舰尾现代运输船一般采用巡洋舰尾(图图78)。其尾悬体。其尾悬体 沉入水中一定深度，改善了船尾的水流，对快速性有沉入水中一定深度，改善了船尾的水流，对快速性有 利。尾部的轮廓线要考虑螺旋浆、舵、船体之间的配利。尾部的轮廓线要考虑螺旋浆、舵、船体之间的配 合，既要盖住舵的后缘，又要留有一定的间隙。在设合，既要盖住舵的后缘，又要留有一定的间隙。在设 计水线处，尾垂线后的长度大体为计水线处，尾垂线后的长度大体为(0.0250.035)lbp。 上甲板处的长度，则按上甲板上布置的需要来考虑，上甲板处的长度，则按上甲板上布置的需要来考虑， 一般为一般为(0.030

45、.045)lbp。近年来，为简化工艺，节省。近年来，为简化工艺，节省 钢材，在设计水线附近切除了巡洋舰尾的曲面尾端，钢材，在设计水线附近切除了巡洋舰尾的曲面尾端， 改用一块后倾为改用一块后倾为1015的平板作为尾封，如图的平板作为尾封，如图 78中的虚线所示，中的虚线所示， 上述船尾习惯上也称方尾，但与高速舰艇舶方尾是有根上述船尾习惯上也称方尾，但与高速舰艇舶方尾是有根 本区别的。本区别的。 高速舰艇采用的方尾如图高速舰艇采用的方尾如图79所示。它具有阔而平所示。它具有阔而平 坦的船底，平直的尾部纵剖线，从而使高速舰艇的尾部坦的船底，平直的尾部纵剖线，从而使高速舰艇的尾部 水流能平顺地离开船体

46、，减小尾流的能量损失，形成了水流能平顺地离开船体，减小尾流的能量损失，形成了 相当于增加船长的相当于增加船长的“虚长度虚长度”，故能减小高速舰船的阻，故能减小高速舰船的阻 力桑德斯提出，方尾浸深为力桑德斯提出，方尾浸深为v2 200(v为航速，为航速，ms) 或不小于或不小于0.25设计吃水，漫没面积不小于中横剖面面积设计吃水，漫没面积不小于中横剖面面积 的的0.15倍，吃水处的尾封板宽度不小于船宽的倍，吃水处的尾封板宽度不小于船宽的8090 。方尾型线的尾部水线宽，水线面系数大，有利于提。方尾型线的尾部水线宽，水线面系数大，有利于提 高舰艇的稳性及防止螺旋浆吸入空气，宽敞的尾部甲板，高舰艇的

47、稳性及防止螺旋浆吸入空气，宽敞的尾部甲板， 便于布置和建造施工。但倒车性能较差，倒车时尾部甲便于布置和建造施工。但倒车性能较差，倒车时尾部甲 板易溅水。板易溅水。 双桨船尾部水下部分的轮廓线必须结合双桨船尾部水下部分的轮廓线必须结合 桨、轴、舵的数目和位置、桨径、轴支架桨、轴、舵的数目和位置、桨径、轴支架(或轴或轴 包架包架)和尾部横剖型线的设计综合加以考虑，避和尾部横剖型线的设计综合加以考虑，避 免桨叶与船体、附体间的间隙过小，产生激烈免桨叶与船体、附体间的间隙过小，产生激烈 的振动；保证采流顺畅，以提高推进效率。的振动；保证采流顺畅，以提高推进效率。 四、球鼻首四、球鼻首 (一一)球鼻首的

48、减阻机理球鼻首的减阻机理 不同速度和形状的船舶，其球鼻首的减阻机理是不同的。不同速度和形状的船舶，其球鼻首的减阻机理是不同的。 减小兴波阻力减小兴波阻力 对于对于fr在在0.270.34之间的中高速船，安装球之间的中高速船，安装球 鼻苜可以减小兴波阻力。这是因为当球鼻的大小和位置选择恰当鼻苜可以减小兴波阻力。这是因为当球鼻的大小和位置选择恰当 时，在一定的速度范围内，球鼻产生的波系与船体波系发生有利时，在一定的速度范围内，球鼻产生的波系与船体波系发生有利 的干扰作用，使合成波的波高降低，从而减小了兴波阻力。的干扰作用，使合成波的波高降低，从而减小了兴波阻力。 减小舭涡阻力减小舭涡阻力 肥大船型

49、在航行时，通常在船首底部会发生大肥大船型在航行时，通常在船首底部会发生大 量漩涡，并产生埋首现象，从而增加阻力。这是由于舷侧的水流量漩涡，并产生埋首现象，从而增加阻力。这是由于舷侧的水流 绕过舭部斜向进入船底，与船底原来向后的水流交叉相混，形成绕过舭部斜向进入船底，与船底原来向后的水流交叉相混，形成 漩涡。安装具有整流作用的合适球鼻首后，可以改善首部流场，漩涡。安装具有整流作用的合适球鼻首后，可以改善首部流场， 降低舭涡阻力和减少埋首现象。降低舭涡阻力和减少埋首现象。 减小破波阻力减小破波阻力 肥大船在压载航行时，首部水流情况肥大船在压载航行时，首部水流情况 容易恶化，所以破波阻力相当明显。安装球鼻首后，容易恶化，所以破波阻力相当明显。安装球鼻首后， 首部船体前伸，该处横剖面面积曲线的陡度和首部水首部船体前伸，该处横剖面面