船舶设计原理第6章

1、 n主要要素主要要素是描述船舶几何形状的一些最基本的特征数据，是描述船舶几何形状的一些最基本的特征数据，对船舶设计质量起着决定性的作用。对船舶设计质量起着决定性的作用。n船舶主要要素船舶主要要素: 船舶的排水量船舶的排水量主要尺度主要尺度 (船长、船宽、型深、吃水船长、船宽、型深、吃水)船型系数船型系数 (方形系数、棱形系数、水线面系数、中剖面系数方形系数、棱形系数、水线面系数、中剖面系数)尺度比尺度比(L/B, B/T, D/T, L/D)n船舶技术经济性能船舶技术经济性能: (快速性、稳性、耐波形、重量、容量、强度、总布置、经济性等快速性、稳性、耐波形、重量、容量、强度、总布置、经济性等)

2、6-1 满足尺度限制的前提下满足尺度限制的前提下尽力提高使用性能和经济性要求。尽力提高使用性能和经济性要求。6-1 n一一.确定船舶主要要素应满足的基本要求确定船舶主要要素应满足的基本要求 1.综合性综合性 2.灵活性与多解性灵活性与多解性 3.过程的逐步近似过程的逐步近似6-1 二二.确定船舶主要要素的特点确定船舶主要要素的特点n (1)任务书分析任务书分析n (2)调查研究调查研究n (3)确立设计指导思想确立设计指导思想n (4)估取第一近似值估取第一近似值n (5)性能校验性能校验n (6)绘图核算绘图核算n (7)主尺度选优主尺度选优6-1 三三.确定主要要素的一般步骤确定主要要素的

3、一般步骤一一.选取选取L时应考虑的因素时应考虑的因素L浮力浮力总布置总布置Vc快速性快速性Rf,Rr(不变不变)经济性经济性LorLELropt (临界船长，最佳船长临界船长，最佳船长)操纵性操纵性，纵摇升沉减缓，回转性，纵摇升沉减缓，回转性耐波性耐波性，稳定性稳定性L/B，6-2 二二.选取选取B时应考虑的因素时应考虑的因素B总布置总布置，布置地位型船和中小型船舶，布置地位型船和中小型船舶，B多取多取决于布置决于布置初稳性初稳性GM快速性快速性取决于取决于B/T，当，当B同时同时Cb，阻力，阻力耐波性耐波性横摇周期减小横摇周期减小6-2 三三.选取选取T时应考虑的因素时应考虑的因素T增加增加

4、增加增加快速性快速性不变时，不变时，Cb（对于中速船），（对于中速船），RD螺螺，敞水效率，敞水效率 Vs耐波性耐波性甲板上浪甲板上浪，抨击，飞车，抨击，飞车经济性经济性不变时，不变时，L，B ,Wh,Ps,S2,经济性改经济性改善。善。6-2 四四.选取选取D时应考虑的因素时应考虑的因素D增大增大总布置总布置 有利于布置有利于布置快速性快速性 无影响无影响经济性经济性 对于中小型船舶，对于中小型船舶，WhPs，E耐波性耐波性 甲板上浪改善甲板上浪改善操纵性操纵性 无影响无影响抗沉性抗沉性 稳性稳性6-2 五五.选取选取Cb时应考虑的因素时应考虑的因素Cb是协调因子，当重力和浮力不平衡时，用它

5、来调整。是协调因子，当重力和浮力不平衡时，用它来调整。Cb增大增大浮力浮力增大增大总布置总布置有利于机舱布置有利于机舱布置快速性快速性Rf减小减小Rr增大增大Cbopt，Cbor，CbE经济性经济性耐波性耐波性不利不利操纵性操纵性回转性稍微增加，直航性没影响回转性稍微增加，直航性没影响6-2 六、实船设计时综合考虑六、实船设计时综合考虑 L: 浮力，总布置，经济性，快速性，耐波性浮力，总布置，经济性，快速性，耐波性nB：浮力，总布置，稳性：浮力，总布置，稳性nT：选较大吃水（：选较大吃水（T限）限）nD：中小型船舶，控制：中小型船舶，控制D，大型船舶。适当增加，大型船舶。适当增加DnCb：货船

6、选经济方形系数，客船，中小型船和海：货船选经济方形系数，客船，中小型船和海船适当减少方形系数船适当减少方形系数6-2 1.载重型船载重型船载重量与排水量的比值载重量与排水量的比值(DW)较大、较稳定的船舶。较大、较稳定的船舶。（油船、散货船及杂货船）（油船、散货船及杂货船） 设计主要矛盾是设计主要矛盾是DW 主尺度确定往往从主尺度确定往往从重力与浮力平衡重力与浮力平衡入手。入手。 2.布置地位型船布置地位型船为了布置各种用途的舱室需要较大舱容或甲板面积的船为了布置各种用途的舱室需要较大舱容或甲板面积的船（客船、科学考察船、车客渡船、集装箱船和载驳船）（客船、科学考察船、车客渡船、集装箱船和载驳

7、船） 主要矛盾是容量，主要矛盾是容量， 主尺度确定通常从主尺度确定通常从总布置总布置入手。入手。6-3 (一一)载重量系数法载重量系数法nDW设计船的载重量；设计船的载重量；ndw载重量系数；载重量系数；ndw=DW0/0，可取自母型船或统计资料。可取自母型船或统计资料。 (二二)诺曼系数法诺曼系数法dw=DW/6-3 一、排水量估算一、排水量估算三三.主尺度初选主尺度初选(一一)母型船改造法母型船改造法(二二)经验公式法经验公式法1L的选取的选取, 巴斯裘林公式巴斯裘林公式L=K*(Vk/(Vk+2)2 1/3（在商船中计算（在商船中计算经济船长）经济船长）2. Cb的选取的选取, Cb=1

8、.08-1.68Fn 经济方形系数经济方形系数3. B T的选取的选取, BT=/kaLCb.1）T=T限限，2）取）取B/T=C6-3 (三三)系列尺度法系列尺度法n1）L，B，Cb， n2）L/B、B/T、Cbn3）L，B/T、Cb6-3 四四.性能校核与主尺度调整性能校核与主尺度调整(一一)重量校核重量校核(二二)舱容及最小干舷校核舱容及最小干舷校核1）全船容量方程式）全船容量方程式2）货舱容量方程式）货舱容量方程式(三三)稳性和横摇周期校核稳性和横摇周期校核 GM=ZB+r-ZG （设计状态，满载出港）（设计状态，满载出港）GM=a1T+a2B2/T-D（取母型船）（取母型船）GMZB

9、TG22458. 06-3 (四四)航速校核航速校核1初估：海军系数法初估：海军系数法2。较精确估算。较精确估算 由由 PE-Vs Pt-Vs 得得Vsn流程图流程图6-3 布置地位型船的主尺度主要取决于所需的布置地位型船的主尺度主要取决于所需的船主体容积及上层建筑甲板面积。因此，船主体容积及上层建筑甲板面积。因此，设计客船、集装箱船、推拖船等布置地位设计客船、集装箱船、推拖船等布置地位型船舶时，一般都需从布置上所需的地位型船舶时，一般都需从布置上所需的地位入手，计算所需伊入手，计算所需伊L、B、D值，然后再根值，然后再根据重力与浮力平衡、快速性、稳性、耐波据重力与浮力平衡、快速性、稳性、耐波

10、性、抗沉性等条件，综合确定合理的主尺性、抗沉性等条件，综合确定合理的主尺度。现以集装箱船为例加以说明。度。现以集装箱船为例加以说明。6-4 一一.按布置要求初选主尺度按布置要求初选主尺度(1)确定新船装箱的行、列、层数确定新船装箱的行、列、层数(2)选船宽选船宽B(3)初选船长初选船长L(4)选型深选型深D6-4 二二.排水量排水量估算估算(1)估算空船重量估算空船重量W ， LW=Wh+Wf+Wm如采用固定压载也应计入如采用固定压载也应计入LW中，同时，一般还中，同时，一般还应计入应计入储备。储备。 (2) 估算估算DW 载货量按总装箱数乘平均箱重计算载货量按总装箱数乘平均箱重计算平均箱重可

11、为表平均箱重可为表63中最大重量的中最大重量的6070；其他项目的重量见第二章。其他项目的重量见第二章。(3)估算新船排水量估算新船排水量 新船新船LW+DW。6-4 三三.方形系数方形系数CB的确定的确定n方形系数方形系数CB按重力与浮力平衡要求按重力与浮力平衡要求n由浮性方程式由浮性方程式, T CB /kLB，根据，根据Fr与与CB 、T与螺旋桨推进性能的配合合理性与螺旋桨推进性能的配合合理性协调确定协调确定CB值。（高速船见表）值。（高速船见表）四四.性能校核性能校核校核校核GM，Vs6-4 一.概念1船舶主尺度的约束条件。设计船的主尺度不船舶主尺度的约束条件。设计船的主尺度不仅要满足

12、任务书的要求，而且要受到各种因素仅要满足任务书的要求，而且要受到各种因素(其中包括各种规范的要求其中包括各种规范的要求)的制约。的制约。 2可行方案。每一组主尺度的组合都可构成一可行方案。每一组主尺度的组合都可构成一个船型方案，但并非每一个船型方案都能满足约个船型方案，但并非每一个船型方案都能满足约束条件，满足约束条件的方案为可行方案。束条件，满足约束条件的方案为可行方案。3最优方案。在可行域内众多的方案中，选取最优方案。在可行域内众多的方案中，选取一个技术、经济综合性能最佳的主尺度组合。一个技术、经济综合性能最佳的主尺度组合。6-5 二二.选优衡准选优衡准 衡准设计方案优劣的标准有两类：衡准

13、设计方案优劣的标准有两类：（一）能够用数字表达的技术与经济指标。（一）能够用数字表达的技术与经济指标。n海军系数、航速、初稳性高度、横摇周期、载重量等海军系数、航速、初稳性高度、横摇周期、载重量等技术指标；技术指标；n年运输能力、年总成本、必要运费率及净现值等经济年运输能力、年总成本、必要运费率及净现值等经济指标。指标。（二）另一类是不能用数字表达的指标（二）另一类是不能用数字表达的指标n有关法规、乘员的工作生活条件、防止环境污染等。有关法规、乘员的工作生活条件、防止环境污染等。6-5 6-5 主尺度选优主尺度选优三三.选优原理选优原理实际设计中，可根据新船的特性，采用不实际设计中，可根据新船

14、的特性，采用不同的具体步骤获得最佳的主尺度组合。同的具体步骤获得最佳的主尺度组合。但从基本原理上讲，寻找最佳方案的途径但从基本原理上讲，寻找最佳方案的途径可大致分为两类：从个别作扩展寻优和从可大致分为两类：从个别作扩展寻优和从一般作收缩寻优。一般作收缩寻优。6-5 主尺度选优主尺度选优四四.优化方法优化方法(一一)变值法变值法(亦称网格法或参数分析法亦称网格法或参数分析法)一般较常用的方法是变值法，即系统地改变一般较常用的方法是变值法，即系统地改变对设计船的主要性能有显著影响的船舶要素，组对设计船的主要性能有显著影响的船舶要素，组合成苦干组尺度方案，对每组方案都进行各项性合成苦干组尺度方案，对每组方案都进行各项性能计算，然后在各级方案中比较选优。能计算，然后在各级方案中比较选优。(二二)最优化方法最优化方法最优化方法是利用近代数学力求有约束多元最优化方法是利用近代数学力求有约束多元函数极值来求解最优方案的一种方法。函数极值来求解最优方案的一种方法。(三三)正交设计法正交设计法正交设计法是一种科学地安排多因素试验的正交设计法是一种科学地安排多因素试验的方法又称正交试