课件第六章 船舶型线设计

1、第六章第六章 船舶型线设计船舶型线设计2本章学习目标本章学习目标 能正确叙述横剖面面积曲线的特征参数及影能正确叙述横剖面面积曲线的特征参数及影响因素响因素 能正确叙述设计水线的特征参数及影响因素能正确叙述设计水线的特征参数及影响因素 能正确叙述横剖线的特征参数及影响因素能正确叙述横剖线的特征参数及影响因素 能正确叙述首尾轮廓线和船底线的特征参数能正确叙述首尾轮廓线和船底线的特征参数及影响因素及影响因素 能正确叙述甲板线的特征参数及影响因素能正确叙述甲板线的特征参数及影响因素 简单叙述特种型线的主要种类、特点和运用简单叙述特种型线的主要种类、特点和运用1.能正确叙述型线图的设计原理及绘制方法能正

2、确叙述型线图的设计原理及绘制方法3第一节第一节 概述概述 船体型线的影响因素船体型线的影响因素 （1 1）横剖面面积曲线；）横剖面面积曲线； （2 2）设计水线和甲板线；）设计水线和甲板线； （3 3）横剖线形状；）横剖线形状； （4 4）侧面轮廓线）侧面轮廓线4型线图的作用型线图的作用（1 1）型线与阻力关系重大）型线与阻力关系重大（2 2）型线与稳性、操纵性、横摇阻尼、船在）型线与稳性、操纵性、横摇阻尼、船在波浪中的运动有关波浪中的运动有关（3 3）型线影响布置和舱容）型线影响布置和舱容（4 4）型线影响建造的施工工艺）型线影响建造的施工工艺5设计型线中应注意的问题设计型线中应注意的问题u

3、保证设计船具有良好的航海性能保证设计船具有良好的航海性能u满足总布置要求满足总布置要求u考虑船体结构的合理、简易以及施工、维考虑船体结构的合理、简易以及施工、维修的方便修的方便u外观造型外观造型6型线设计方法型线设计方法母型改造法母型改造法船模系列资料法船模系列资料法 常见的系列船模：常见的系列船模： 美国的陶德美国的陶德6060系列；英国的系列；英国的BSPABSPA系列；瑞典的系列；瑞典的SSPASSPA系列；我国长江客货船系列系列；我国长江客货船系列7第二节第二节 横剖面面积曲线横剖面面积曲线 横剖面面积曲线是以船长为横坐标、设计水线以横剖面面积曲线是以船长为横坐标、设计水线以下横剖面面

4、积为垂向坐标所绘制的曲线。下横剖面面积为垂向坐标所绘制的曲线。8横剖面面积曲线的特征横剖面面积曲线的特征 横剖面面积曲线下的面积相当于船的型排横剖面面积曲线下的面积相当于船的型排水体积水体积 面积的丰满度系数等于船的纵向棱形系数面积的丰满度系数等于船的纵向棱形系数 面积形心的纵向位置等于船的浮心纵向坐面积形心的纵向位置等于船的浮心纵向坐标标 丰满船的横剖面面积曲线的中部平行段，丰满船的横剖面面积曲线的中部平行段，称为船的平行中体，平行中体前后段称为称为船的平行中体，平行中体前后段称为进流段和去流段。进流段和去流段。 无平行中体的最大横剖面位置无平行中体的最大横剖面位置 曲线两端端部形状曲线两端

5、端部形状9一、平行中体的长度和位置，最大横剖一、平行中体的长度和位置，最大横剖面位置面位置1 1、平行中体的长度和位置、平行中体的长度和位置阻力方面阻力方面 将排水体积适当地向中部集中，采用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。流段的船体形状，有利于改善形状阻力。平行中体是不是越长越平行中体是不是越长越好，会造成哪些问题好，会造成哪些问题10船舶使用方面船舶使用方面 由于平行中体一段的横剖面形状完全相同，由于平行中体一段的

6、横剖面形状完全相同，使得中部的船舱方整，便于装载货物。设使得中部的船舱方整，便于装载货物。设置平行中体还简化了工艺，降低了建造成置平行中体还简化了工艺，降低了建造成本。因此，希望平行中体的长度取长些，本。因此，希望平行中体的长度取长些，但应不引起阻力性能恶化为限。但应不引起阻力性能恶化为限。11ebprBPLL,LL目前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。按贝克理论，最短的去流段长度122 2、最大横剖面位置、最大横剖面位置13二、横剖面面积曲线的端部形状二、横剖面面积曲线的端部形状典型的端面形状如下图典型的端面形状如下图a-a-直线型；直线型；b-b-凹形；凹形；c

7、-c-微凹形微凹形14 贝克通过对面积曲线两端形状对剩余阻力的贝克通过对面积曲线两端形状对剩余阻力的影响做详尽的船模试验，得出面积曲线两端形状，影响做详尽的船模试验，得出面积曲线两端形状，见下表见下表15三、棱形系数和中剖面系数的选择三、棱形系数和中剖面系数的选择 棱形系数的大小反映了浮力沿船长的分布情棱形系数的大小反映了浮力沿船长的分布情况，棱形系数大，表示浮力沿船长分布的比较均况，棱形系数大，表示浮力沿船长分布的比较均匀，反之，表示浮力相对集中在船中，而船的首匀，反之，表示浮力相对集中在船中，而船的首尾两端尖瘦。尾两端尖瘦。1 1、对阻力的影响、对阻力的影响 棱形系数对船舶的摩擦阻力影响极

8、小，而对棱形系数对船舶的摩擦阻力影响极小，而对剩余阻力影响很大，对剩余阻力的影响主要反映剩余阻力影响很大，对剩余阻力的影响主要反映在兴波阻力上，棱形系数对剩余阻力的影响随船在兴波阻力上，棱形系数对剩余阻力的影响随船的相对速度不同而发生变化。的相对速度不同而发生变化。16u低速时低速时 棱形系数小，剩余阻力小，但由于兴波阻棱形系数小，剩余阻力小，但由于兴波阻力所占比例小，所以棱形系数影响小力所占比例小，所以棱形系数影响小u中速时中速时 棱形系数小，兴波阻力小，但棱形系数对剩棱形系数小，兴波阻力小，但棱形系数对剩余阻力影响显著。余阻力影响显著。u高速时高速时取过小的棱形系数并不利，则取适当的棱形取

9、过小的棱形系数并不利，则取适当的棱形系数兴波阻力反而小系数兴波阻力反而小17182 2、对总布置及建造工艺的要求、对总布置及建造工艺的要求 棱形系数较小时，船舶两端尖瘦不利棱形系数较小时，船舶两端尖瘦不利于船舶的布置。特别是尾机型船舶，棱形于船舶的布置。特别是尾机型船舶，棱形系数过小，机舱与轴系布置困难；对于双系数过小，机舱与轴系布置困难；对于双桨船，尾端过于尖瘦，尾轴过早穿出船体，桨船，尾端过于尖瘦，尾轴过早穿出船体，对船体强度和振动极为不利。对船体强度和振动极为不利。19,bmpC CC 的关系曲线20四、浮心纵向位置的选择四、浮心纵向位置的选择 浮心纵向位置，表示船的排水体积在中前浮心纵

10、向位置，表示船的排水体积在中前和中后的相对大小，决定了船的前半体和后半和中后的相对大小，决定了船的前半体和后半体的相对丰满度体的相对丰满度。对阻力的影响对阻力的影响 当浮心位置改变时，前体兴波阻力和后体当浮心位置改变时，前体兴波阻力和后体形状阻力的相对比例发生变化。对于低速肥大形状阻力的相对比例发生变化。对于低速肥大的船，兴波阻力比例较小，中前为宜；对于高的船，兴波阻力比例较小，中前为宜；对于高速船，兴波阻力比例逐渐增大，中后为好。因速船，兴波阻力比例逐渐增大，中后为好。因此，对于给定速度的船，存在一个阻力最小的此，对于给定速度的船，存在一个阻力最小的最佳浮力纵向位置最佳浮力纵向位置21222

11、 2、从浮态和布置方面考虑、从浮态和布置方面考虑 浮心纵向位置的选取，应注意与满载出港时浮心纵向位置的选取，应注意与满载出港时的重心纵向位置相配合，使船不致产生首倾或尾的重心纵向位置相配合，使船不致产生首倾或尾倾。倾。3 3、与型线的配合、与型线的配合 不同船型的最佳浮心位置有一定的差别，是不同船型的最佳浮心位置有一定的差别，是因为兴波阻力和形状阻力实际上还与型线的其他因为兴波阻力和形状阻力实际上还与型线的其他特征相关。所以，在选取浮心纵向位置时，必须特征相关。所以，在选取浮心纵向位置时，必须考虑与船舶型线的配合与协调。考虑与船舶型线的配合与协调。23第三节第三节 设计水线设计水线 设计水线的

12、特征参数主要包括：水线面设计水线的特征参数主要包括：水线面系数、前后半段的丰满度系数、平行中体系数、前后半段的丰满度系数、平行中体长度、漂心纵向位置、半进流角、半去流长度、漂心纵向位置、半进流角、半去流角、首尾端部形状等。角、首尾端部形状等。24一、水线面系数一、水线面系数u从快速性来讲，傅汝德数大者，水线面系数应取从快速性来讲，傅汝德数大者，水线面系数应取小一些小一些u从耐波性来讲，水线面系数对耐波性的影响很大。从耐波性来讲，水线面系数对耐波性的影响很大。很多研究表明，水线面系数取大的值对改善耐波很多研究表明，水线面系数取大的值对改善耐波性是有利的性是有利的u从稳性来讲，水线面系数大则初稳性

13、高些，并且从稳性来讲，水线面系数大则初稳性高些，并且水上体积也增加了，从而稳性复原力矩增大水上体积也增加了，从而稳性复原力矩增大总之，水线面系数的选取要综合各方面因素。在设总之，水线面系数的选取要综合各方面因素。在设计中一般有如下的取值范围：计中一般有如下的取值范围：25二、设计水线首端形状二、设计水线首端形状从阻力方面看：从阻力方面看：从耐波性看，设计水线首部适当丰满从耐波性看，设计水线首部适当丰满比较有利比较有利rrrrF=0.160.19F=0.200.22F=0.220.32F0.32,当时，由凸形到直线形当时，直线形或微凹形当时，微凹形当时直线形26设计水线的半进流角对船首形状起决定

14、作用，对设计水线的半进流角对船首形状起决定作用，对兴波阻力有重要影响。根据船模试验得下图兴波阻力有重要影响。根据船模试验得下图27三、设计水线尾端形状三、设计水线尾端形状 设计水线尾端的形状与船的稳性、布置设计水线尾端的形状与船的稳性、布置及尾部型线特征有关。从阻力来，尾端形及尾部型线特征有关。从阻力来，尾端形状主要影响形状阻力，它的作用仅次于首状主要影响形状阻力，它的作用仅次于首端形状。为避免尾端水流发生分离形成漩端形状。为避免尾端水流发生分离形成漩涡，一般以直线为佳，而不宜成凹形。涡，一般以直线为佳，而不宜成凹形。 设计水线在尾端的宽度应能盖住螺旋桨设计水线在尾端的宽度应能盖住螺旋桨和舵，

15、对桨和舵形成一定保护。和舵，对桨和舵形成一定保护。28第四节第四节 横剖线的设计横剖线的设计典型船中剖面形状典型船中剖面形状29中剖面系数的确定中剖面系数的确定brmpbmbmCFCCCL BCCC对于中低速船，若 与 配合偏大，则应尽量采用较大的以降低 ；随着 和的减小， 也适当降低。对于高速船，由于 较小，型线较瘦，为了使中部不致过分凸起而造成明显的突肩，宜采用较小的30二、端部横剖线形状二、端部横剖线形状 图图6-76-7所示为四种常规船型的横剖型线，其所示为四种常规船型的横剖型线，其形状特征可分为：形状特征可分为：V V形、中形、中V V形、中形、中U U形、形、 U U形形lU U形

16、形- -大型运输大型运输船及中、高速船及中、高速船舶船舶lV V形形-小型船小型船舶舶l中中V V形或中形或中U U形形- -中型船舶中型船舶31第五节第五节 首尾部轮廓线及船底线首尾部轮廓线及船底线一、首轮廓线一、首轮廓线32二、尾轮廓线二、尾轮廓线33三、船底线三、船底线34第六节第六节 甲板线甲板线 甲板线在型线图的纵剖线图上用舷弧线甲板线在型线图的纵剖线图上用舷弧线和脊弧线来反映，在半宽水线图中用甲板和脊弧线来反映，在半宽水线图中用甲板平面轮廓线来反映。平面轮廓线来反映。35一、舷弧线和脊弧线一、舷弧线和脊弧线定义定义 舷弧线：是甲板边线在中线面上的投影线舷弧线：是甲板边线在中线面上的

17、投影线 脊弧线：是甲板中心线在中线面上的投影线脊弧线：是甲板中心线在中线面上的投影线影响因素影响因素 首舷弧：甲板上浪和干燥性；首舷弧：甲板上浪和干燥性； 尾舷弧：首舷弧的一半，考虑甲板上浪及小型船舶舵尾舷弧：首舷弧的一半，考虑甲板上浪及小型船舶舵机舱的高度机舱的高度确定步骤确定步骤 脊弧线脊弧线梁拱值梁拱值舷弧线舷弧线36二、甲板平面轮廓线二、甲板平面轮廓线定义定义甲板平面轮廓线是指甲板边线在基平面上的甲板平面轮廓线是指甲板边线在基平面上的投影。投影。决定因素决定因素 总布置图；甲板使用要求；与横剖面形状总布置图；甲板使用要求；与横剖面形状 的协调的协调三、梁拱三、梁拱 梁拱一般取型宽的梁拱

18、一般取型宽的1/501/501/1001/100；对于海船对于海船常取常取1/50,1/50,对于内河船常取对于内河船常取1/1001/10037第七节第七节 特种型线特种型线一、球鼻首一、球鼻首1、常见球鼻首、常见球鼻首38球鼻首的减阻机理球鼻首的减阻机理减小高速船舶的兴波阻力减小高速船舶的兴波阻力 鼻首产生波系与船体波系之间产生有利干扰鼻首产生波系与船体波系之间产生有利干扰减小低速肥大型船舶的破波阻力减小低速肥大型船舶的破波阻力 压载航行时，船首延伸，改变首柱附近的水压力压载航行时，船首延伸，改变首柱附近的水压力 满载航行时，降低舭涡阻力和减少埋首现象。满载航行时，降低舭涡阻力和减少埋首现

19、象。39二、特种尾型二、特种尾型球尾：雪茄形球尾和同心球尾球尾：雪茄形球尾和同心球尾40涡尾及不对称尾涡尾及不对称尾41双尾双尾42第八节第八节 型线图的设计与绘制型线图的设计与绘制一、型线绘制的基本要求一、型线绘制的基本要求绘制格子线绘制格子线手工时的精度，上墨等手工时的精度，上墨等光顺性光顺性凹凸度，曲率，均匀性，切点的位置凹凸度，曲率，均匀性，切点的位置投影一致性投影一致性高度，宽度的对应，各交点和交接线的投影高度，宽度的对应，各交点和交接线的投影43二、型线生成的方法二、型线生成的方法 自行设计法自行设计法 根据新船的具体要求，按型线设计的基本原根据新船的具体要求，按型线设计的基本原则

20、和规律，参考相近母型船的优良型线资料，经则和规律，参考相近母型船的优良型线资料，经设计者分析思考，并对新船型线特征有所把握后，设计者分析思考，并对新船型线特征有所把握后，自行设绘型线图自行设绘型线图 改造母型法改造母型法 利用与新船相近的母型船的型线资料，应用利用与新船相近的母型船的型线资料，应用适当的修改方法，将其改造成符合设计要求的新适当的修改方法，将其改造成符合设计要求的新船型线船型线44 系列型线系列型线 选择与新船特征相近的系列船型，直接利用选择与新船特征相近的系列船型，直接利用系列船型的型线资料，查得设计水线以上的船体系列船型的型线资料，查得设计水线以上的船体型值，需要时做局部的修

21、改。型值，需要时做局部的修改。 数学型线数学型线 应用数学函数来表达水线横剖线或船体曲面，应用数学函数来表达水线横剖线或船体曲面，控制形状特征参数，由计算机程序完成型线生成控制形状特征参数，由计算机程序完成型线生成工作。工作。45三、自行绘制法三、自行绘制法1 1、绘制格子线、绘制格子线2 2、绘制横剖面面积曲线、绘制横剖面面积曲线3 3、绘制侧面轮廓线、设计水线和甲板平面轮廓线、绘制侧面轮廓线、设计水线和甲板平面轮廓线4 4、绘制横剖线图、绘制横剖线图5 5、绘制半宽水线图、绘制半宽水线图6 6、绘制纵剖线图、绘制纵剖线图46横剖线图的绘制横剖线图的绘制（1 1）中横剖面图的绘制）中横剖面图的绘制 丰满的中剖面丰满的中剖面中剖面系数大的直壁式横剖中剖面系数大的直壁式横剖面线形状面线形状4748中剖面系数较小的中剖面中剖面系数较小的中剖面49绘制其余各站横剖线绘制其余各站横剖线Aiiy1、根据从半宽水线图上量取第 站设计水线半宽值 ，得图中 点i2AUV、从横剖面面积曲线图上量取第i站横剖面面积， 作出该站的等面积矩形如下图，分别适用于横剖 面形状为 、 和中间型503ABACBBP、仿照母型船对应站的横剖面形状，过 点及 点作 曲线，使图中两块阴影部