船舶的设计原理ppt课件

1、第三章、船舶分量重心第三章、船舶分量重心3.1 概述概述船舶的分量重心是船舶最重要参数之一，准确地估算或计算，并控制船舶的分量重心是船舶最重要参数之一，准确地估算或计算，并控制好船舶的分量与重心位置是保证船舶各项性能的根本条件。好船舶的分量与重心位置是保证船舶各项性能的根本条件。3.1.1 3.1.1 平衡条件平衡条件船能否能在指定的载况下飘浮在预定的吃水线上，从而保证要船能否能在指定的载况下飘浮在预定的吃水线上，从而保证要求的干舷。求的干舷。重力浮力平衡：重力浮力平衡：ibWkLBdCk 1. 分量分类分量分类船舶的总分量即排水量船舶的总分量即排水量分为空船分量分为空船分量LW和载分量和载分

2、量DW两部分，空船分量是船舶的一项重要目的，载分量是船舶的装载才干。两部分，空船分量是船舶的一项重要目的，载分量是船舶的装载才干。DWLW MOHWWWLWLW空船分量空船分量t；民船设计中通常将其分为船体钢料分量；民船设计中通常将其分为船体钢料分量 WH、舾、舾装分量装分量 WO 和机电设备分量和机电设备分量 WM 三大部分，即三大部分，即:DW载分量载分量t；包括货物、旅客、船员、行李、油水燃油、滑；包括货物、旅客、船员、行李、油水燃油、滑油、淡水等、食品、备品、供应品以及压载水等。油、淡水等、食品、备品、供应品以及压载水等。3.1.2 民船分量分类及典型载况民船分量分类及典型载况分量分类

3、初步设计阶段划分 板材、型材 甲板机械、舱面属具、生活设备、油漆 主、辅机，轴系，机舱设备，通讯、导航、照明 DWLW MOHWWWLWHWOWMW3.1 概述概述第三章、船舶分量重心普通货船，通常取四种典型载况：普通货船，通常取四种典型载况： 满载出港满载出港设计排水量形状；设计排水量形状；满载到港满载到港船上的油水等耗费品分量规定为设计形状储船上的油水等耗费品分量规定为设计形状储 备量的备量的10；压载出港压载出港船上不装载货物，但有所需的压载水，油水贮藏船上不装载货物，但有所需的压载水，油水贮藏 量为设计形状之值；量为设计形状之值；压载到港压载到港船上不装载货物，但有所需的压载水，油水为

4、其船上不装载货物，但有所需的压载水，油水为其 总贮藏量的总贮藏量的10。2. 2. 典型载况典型载况3.2 空船分量估算空船分量估算第三章、船舶分量重心分量重心估算的重要性分量重心估算的重要性 在设计过程中，假设将船舶分量计算得过轻，那么完工船的实践分在设计过程中，假设将船舶分量计算得过轻，那么完工船的实践分量值将大于计算值、即重力大于浮力，实践吃水将超越设计吃水，量值将大于计算值、即重力大于浮力，实践吃水将超越设计吃水，此时能够出现以下情况：此时能够出现以下情况：必需减载航行。必需减载航行。船舶干舷减小，船舶大角稳性与抗沉性难以满足。甲板容易上船舶干舷减小，船舶大角稳性与抗沉性难以满足。甲板

5、容易上浪船舶构造强度也能够不满足要求。反之，假设将船舶分量计算浪船舶构造强度也能够不满足要求。反之，假设将船舶分量计算得过重，那么船舶尺度选择势必偏大。类似地假设船舶重心纵向位得过重，那么船舶尺度选择势必偏大。类似地假设船舶重心纵向位置计算误差过大，那么实船将出现较大纵倾，影响船舶的浮态、快置计算误差过大，那么实船将出现较大纵倾，影响船舶的浮态、快速性与耐波性；船舶重心高误差过大，影响船舶稳性与横摇性能。速性与耐波性；船舶重心高误差过大，影响船舶稳性与横摇性能。船舶分量计算不准：船舶分量计算不准： 吃水超越设计吃水，影响快速性、稳性吃水超越设计吃水，影响快速性、稳性 减少，影响经济性。减少，影

6、响经济性。分量估算影响船舶浮态、稳性、摇摆分量估算影响船舶浮态、稳性、摇摆 ，浮态 稳性、摇摆gbzZGMGMzBfTg22458. 0经济性经济性 船体钢料分量：船体钢料分量： 造价；造价； 经济性差。经济性差。 3.2 空船分量估算空船分量估算第三章、船舶分量重心3.2 空船分量估算空船分量估算第三章、船舶分量重心3.2 空船分量估算空船分量估算第三章、船舶分量重心3.2 空船分量估算空船分量估算第三章、船舶分量重心1. 影响船体钢料分量的主要要素影响船体钢料分量的主要要素3.2.1 3.2.1 船体钢料分量的分析与估算船体钢料分量的分析与估算 主尺度主尺度主尺度主尺度(L、B、D、d、C

7、B中影响最大的是中影响最大的是L，其次是，其次是B，d 和和 CB 对对WH 的影响较小，而的影响较小，而 D 的影响程度要根据详细情况来分析。如用指数函数的影响程度要根据详细情况来分析。如用指数函数的方式来表示其影响程度，即：的方式来表示其影响程度，即：BHCdDBLW式中：式中：、 称为主尺度对船体钢料分量的影响指数。称为主尺度对船体钢料分量的影响指数。各指数的大体关系为：各指数的大体关系为： 和和 及及 ，其中，其中 1。参见表。参见表3.2.4 2 主尺度要素对 的影响 几何尺寸 着眼点 构造强度方面HW 构件尺度船长 总纵强度对构件尺度要求HWHW 横向构件尺度船宽 横强度HWHW

8、构件尺度构件尺度 型深型深 剖面模数纵向构件尺度剖面模数纵向构件尺度 大船大船强度是主要问题，强度是主要问题， ； 小船小船强度不是主要问题，强度不是主要问题， ； 吃水船体静水压力构件尺度吃水船体静水压力构件尺度 ； 方形系数方形系数 Cb Cb 钢料系数，钢料系数，aa HWHWHWHWHWHWebdcbaHHCdDBLCWHC3.2 空船分量估算空船分量估算 3.2.1 船体钢料分量的船体钢料分量的分析与估算分析与估算第三章、船舶分量重心1. 影响船体钢料分量的主要要素影响船体钢料分量的主要要素 2布置特征布置特征 甲板层数 舱壁数量 上层建筑和甲板室 布置决议的构造方式 3运用要求运用

9、要求 新船要求的运用年限 构造资料高强度钢的运用比例 附体的大小和多少 3.2 空船分量估算空船分量估算 3.2.1 船体钢料分量的船体钢料分量的分析与估算分析与估算第三章、船舶分量重心1. 影响船体钢料分量的主要要素影响船体钢料分量的主要要素 4其他要素其他要素 构造资料不同，WH会有不同程度的影响 船体的特殊外形 建造加工要素3.2 空船分量估算空船分量估算 3.2.1 船体钢料分量的船体钢料分量的分析与估算分析与估算第三章、船舶分量重心2. WH 的粗估方法的粗估方法 1平方模数法：假设平方模数法：假设WH正比例于主船体构造的面积，主要着眼于正比例于主船体构造的面积，主要着眼于构造的资料

10、数量。构造的资料数量。 式中：式中：CH1取自母型船：取自母型船： a，b权重系数权重系数 a=延续甲板层数延续甲板层数2 b2 ）（bDaBLCWHH11()HOHOOOWCLaBbD3.2 空船分量估算空船分量估算 3.2.1 船体钢料分量的船体钢料分量的分析与估算分析与估算第三章、船舶分量重心3.2 空船分量估算空船分量估算 3.2.1 船体钢料分量的船体钢料分量的分析与估算分析与估算第三章、船舶分量重心2. WH 的粗估方法的粗估方法 2立方模数法：假设新船和母型船在几何上类似，且假定构造资料尺立方模数法：假设新船和母型船在几何上类似，且假定构造资料尺寸的改动也符合主尺度的改动的线性比

11、例关系，那么类似船的船体钢寸的改动也符合主尺度的改动的线性比例关系，那么类似船的船体钢料分量也应比例于线性尺度的立方。这样，船体钢材的分量与容积的料分量也应比例于线性尺度的立方。这样，船体钢材的分量与容积的比例不变。比例不变。21HHWCLBDLhlLSDDii1式中：式中： D1 相当型深相当型深 CH2 取自母型船取自母型船3.2 空船分量估算空船分量估算 3.2.1 船体钢料分量的船体钢料分量的分析与估算分析与估算第三章、船舶分量重心3.2 空船分量估算空船分量估算 3.2.1 船体钢料分量的船体钢料分量的分析与估算分析与估算第三章、船舶分量重心2. WH 的粗估方法的粗估方法 3指数法

12、指数法 式中：式中：CH3取自母型船；取自母型船； 忽略忽略 d 和和CB 时，取时，取 为为 0。CBHHWCdDBLCW3、3.2 空船分量估算空船分量估算 3.2.1 船体钢料分量的船体钢料分量的分析与估算分析与估算第三章、船舶分量重心2. WH 的粗估方法的粗估方法 4统计法统计法对于一些构造方式相差不大、布置持点比较稳定、有大量相近实船的船型，对于一些构造方式相差不大、布置持点比较稳定、有大量相近实船的船型，加大型油船、散货船、集装箱船等，在设计初始阶段用统计公式法估算加大型油船、散货船、集装箱船等，在设计初始阶段用统计公式法估算Wh是非常有效的。是非常有效的。 常见的有穆瑞公式适于

13、中型散货船，阿德文克公式适于大型散货常见的有穆瑞公式适于中型散货船，阿德文克公式适于大型散货船，瓦待生船，瓦待生智尔费兰公式适于散货船、杂货船和集装箱船等。智尔费兰公式适于散货船、杂货船和集装箱船等。例如：适用于例如：适用于1000050000吨散货船的统计公式：吨散货船的统计公式：120010)7 . 0(90. 342BHCBKLW23)100300(75.10LK 式中：式中：3.2 空船分量估算空船分量估算 3.2.1 船体钢料分量的船体钢料分量的分析估算分析估算第三章、船舶分量重心3. 比较准确的估算方法比较准确的估算方法 1每米船长分量法每米船长分量法需具备新船和母型船的典型横剖面

14、构造图和总布置图。需具备新船和母型船的典型横剖面构造图和总布置图。估算步骤如下：估算步骤如下： 全船性构造钢料分量的估算：全船性构造钢料分量的估算： 分别计算出新船和母型船单元长度每米长度分量的构造分量分别计算出新船和母型船单元长度每米长度分量的构造分量 w 和和 w0 。按下式换算新船的全船性钢料分量：。按下式换算新船的全船性钢料分量： 式中：下标为式中：下标为“o者是母型船之值；者是母型船之值； WHO为母型船对应的全船性钢料分量。为母型船对应的全船性钢料分量。 3131BOBPPOPPOHOHCCLLWW 部分修正和计入其它构造分量。部分修正和计入其它构造分量。 2分项分量换算法分项分量

15、换算法3.2 空船分量估算空船分量估算 3.2.1 船体钢料分量的船体钢料分量的分析估算分析估算第三章、船舶分量重心3. 比较准确的估算方法比较准确的估算方法如有相近母型船钢料分量的详细分项资料，那么按母如有相近母型船钢料分量的详细分项资料，那么按母型船逐项进展换算，可得到较准确的设计船的型船逐项进展换算，可得到较准确的设计船的Wh值。值。 2分项分量换算法分项分量换算法3.2 空船分量估算空船分量估算 3.2.2 舾装分量的分析舾装分量的分析与估算与估算第三章、船舶分量重心1. 舾装分量的分析舾装分量的分析舾装部分分量的特点是：工程繁多，且各自独立，规律性差。采舾装部分分量的特点是：工程繁多

16、，且各自独立，规律性差。采用分类、分项估算较可靠。用分类、分项估算较可靠。估算舾装分量，通常可分成以下四类，分别对照母型船的舾装分估算舾装分量，通常可分成以下四类，分别对照母型船的舾装分量资料来分析和估算量资料来分析和估算 与船的排水量和主尺度有关的分量与船的排水量和主尺度有关的分量如船舶设备与系统，包括锚、如船舶设备与系统，包括锚、舵、系泊、消防、管系、油漆等。舵、系泊、消防、管系、油漆等。 与船员或旅客人数有关的分量与船员或旅客人数有关的分量如舱室木作衬板、天花板、甲如舱室木作衬板、天花板、甲板敷料、家俱、卫生设备、救生设备等。板敷料、家俱、卫生设备、救生设备等。 与船的运用特点有关的分量

17、与船的运用特点有关的分量如货船上的起货设备及舱口盖，拖如货船上的起货设备及舱口盖，拖船上的拖带设备等。船上的拖带设备等。 特殊工程分量特殊工程分量如减摇安装，侧向推进安装等。如减摇安装，侧向推进安装等。3.2 空船分量估算空船分量估算 3.2.2 舾装分量的分析舾装分量的分析与估算与估算第三章、船舶分量重心1. 舾装分量舾装分量WO 的估算方法的估算方法WO 的粗略估算方法也有类似于的粗略估算方法也有类似于WH 估算方法中的平方模数法和立估算方法中的平方模数法和立方模数法，即：方模数法，即：LBCWOO1)(2DBLCWOO4OOWCLBD平方模数法：平方模数法：立方模数法：立方模数法：2 3

18、3()OOWCLBD或：或：或：或：式中：式中：CO1、CO2、CO3、CO4均为取自母型船的对应系数。均为取自母型船的对应系数。3.2 空船分量估算空船分量估算 3.2.2 舾装分量的分析舾装分量的分析与估算与估算第三章、船舶分量重心1. 舾装分量舾装分量WO 的估算方法的估算方法WO 的其他估算方法：的其他估算方法：统计公式；统计公式；较详细的分项估算。较详细的分项估算。 分项估算的详细程度根据设计的深度而定。分项估算的详细程度根据设计的深度而定。对于已确定的详细舾装设备，可参照设备样本提供的分量资料来确定，如对于已确定的详细舾装设备，可参照设备样本提供的分量资料来确定，如救生设备、锚泊设

19、备、舵设备、起货设备等。救生设备、锚泊设备、舵设备、起货设备等。对于舱口盖、甲板覆料、内装资料等可根据布置和选型结果，用型船资料对于舱口盖、甲板覆料、内装资料等可根据布置和选型结果，用型船资料或阅历公式等方法估算。或阅历公式等方法估算。对于设计暂未确定的其他杂项的分量也可用型船资料换算，换算中留意对对于设计暂未确定的其他杂项的分量也可用型船资料换算，换算中留意对新船和型船的不同处应进展适当的修正。新船和型船的不同处应进展适当的修正。3.2 空船分量估算空船分量估算 3.2.3 机电设备分量估机电设备分量估算算第三章、船舶分量重心1. 按主机功率按主机功率 的粗估方法的粗估方法机电设备分量可以近

20、似地按主机功率平方根机电设备分量可以近似地按主机功率平方根 的关系进展换算的关系进展换算 ，例如：，例如： 式中：式中：PD主机功率主机功率MCRkW； CM系数，可用母型船资料换算。缺乏母型资料时，系数，可用母型船资料换算。缺乏母型资料时， CM可按可按以下范围取值：对于中速主机：以下范围取值：对于中速主机： CM =56，对于低速，对于低速主机：主机：MCR 在在10000kW以上时以上时 CM =78；MCR在在10000kW 以下时以下时 CM =89。5 . 0DP5 . 0)7355. 0(DMMPCW2. 分项估算方法分项估算方法3.2 空船分量估算空船分量估算 3.2.4 固定

21、压载和排水固定压载和排水量裕度量裕度第三章、船舶分量重心1. 固定压载固定压载固定压载属于空船分量的一部分。船舶加固定压载的主要缘由有：固定压载属于空船分量的一部分。船舶加固定压载的主要缘由有：某些船稳性缺乏，加固定压载以降低重心高度；某些船稳性缺乏，加固定压载以降低重心高度；某些特殊船舶嫌满载吃水太浅或排水量太小，用固定压载加大吃水和排某些特殊船舶嫌满载吃水太浅或排水量太小，用固定压载加大吃水和排水量；水量；有的船因布置的特殊要求导致浮态不理想，用加固定压载来调整纵倾。有的船因布置的特殊要求导致浮态不理想，用加固定压载来调整纵倾。对于普通运输货船，设计成加固定压载是不允许的。某些特殊情对于普

22、通运输货船，设计成加固定压载是不允许的。某些特殊情况下，新船建造完工后，发现重心过高或浮态很不好，用加固定压载况下，新船建造完工后，发现重心过高或浮态很不好，用加固定压载来作为一种补救措施，以便在新船牺牲了部分装载才干后还能继续运来作为一种补救措施，以便在新船牺牲了部分装载才干后还能继续运用。用。3.2 空船分量估算空船分量估算 3.2.4 固定压载和排水固定压载和排水量裕度量裕度第三章、船舶分量重心设计中分量估算误差。未估计分量的添加，如在设计后期或建造过程中船东提出添加设备等。建造中时常难免会采用代用品包括资料及设备等导致空船分量添加。2. 排水量裕度排水量裕度 排水量裕度也叫排水量贮藏。

23、在估算空船分量时，通常都排水量裕度也叫排水量贮藏。在估算空船分量时，通常都要思索加一定的排水量裕度，其缘由大致有以下三个方面：要思索加一定的排水量裕度，其缘由大致有以下三个方面：排水量裕度的取值视不同设计阶段而定，例如，在初步设计阶段，排水量裕度可取空船分量 LW 的 46。或者对船体钢料分量 WH 取 35，对舾装分量 WO 和机电设备分量WM各取 8%10。3.3 载分量估算载分量估算第三章、船舶分量重心3.3.1 人员、行李、食品、淡水的分量人员、行李、食品、淡水的分量载分量载分量DW包括了货物、人员及行李、食品、淡水、燃油、滑油、炉水包括了货物、人员及行李、食品、淡水、燃油、滑油、炉水

24、以及备品和供应品的分量，假设设计形状还有压载水的话，那么还包括压载以及备品和供应品的分量，假设设计形状还有压载水的话，那么还包括压载水的分量。水的分量。 如设计义务书知如设计义务书知DW，为了思索各种舱室容积的要求和计算重心的位置，为了思索各种舱室容积的要求和计算重心的位置等，也必需对组成载分量的各部分分量进展计算或估算。等，也必需对组成载分量的各部分分量进展计算或估算。 人员和行李通常按每人平均人员和行李通常按每人平均65kg50kg计算。计算。 食品及淡水总贮藏量自持力食品及淡水总贮藏量自持力人员数人员数定量定量）（自持力dVRS24R为续航力，为续航力，Vs是效力航速。是效力航速。食品和

25、淡水的定量规范食品和淡水的定量规范。3.3 载分量估算载分量估算第三章、船舶分量重心1. 燃油燃油WF33221110k)gPgPg(tWFt 航行时间航行时间 h;g1主机耗油率主机耗油率kg/(kW.h)；p1主机常用额定功率主机常用额定功率kW； g2辅机主要指发电机组耗油率辅机主要指发电机组耗油率kg/(kW.h) ；p2航行时运用的辅机总功率航行时运用的辅机总功率kW；g3其他燃油设备如燃油锅炉单位时间耗油量其他燃油设备如燃油锅炉单位时间耗油量 kg/h；k风浪影响系数，可取风浪影响系数，可取1.11.2。2. 滑油滑油WLFLWW3. 炉水炉水WBWtGWBW4. 备品供应品备品供

26、应品备品和供应品的分量可取空船分量的一个百分数，如备品和供应品的分量可取空船分量的一个百分数，如0.5%1.0%LW。3.3.2 燃油、滑油、炉水及备品供应品的分量燃油、滑油、炉水及备品供应品的分量3.4 排水量的粗估和分量与浮力的平衡排水量的粗估和分量与浮力的平衡第三章、船舶分量重心在设计的最初阶段，初步选取主尺度时如何思索排水量的要求是设计者面临的第一个问题。在知载分量的情况下，排水量的第一次近似通常可运用载分量系数的方法初步确定，即：DW 的估算方法在有相近母型船资料时，用母型船资料较可靠。也有一些统计公式可供参考运用，例如：DWDW式中DW 称为载分量系数 。 DW 表示船舶载分量DW

27、占排水量的比例系数，对于一样排水量的船来说， DW大，表示空船分量轻，或者说载重才干大。由此可见，一艘运输货船 DW的大小是反映该船设计建造质量的一个重要目的。 554535255)10(0469. 0)10(1441. 0)10(1294. 0)10(0775. 0)10(1304. 07666. 0DWDWDWDWDWDW该式适用于该式适用于DW=10000100000t的散货船。的散货船。3.4 排水量的粗估和分量与浮力的平衡排水量的粗估和分量与浮力的平衡第三章、船舶分量重心对于多用途货船：对于多用途货船：10000DW556.004.60DW对于油船：对于油船：551.00DW10000DWK337.703.4 排水量的粗估和分量与浮力的平衡排水量的粗估和分量与浮力的平衡第三章、船舶分量重心根据浮性方程：根据浮性方程：DW