船舶设计原理7-3实船分析(35-36)

17500吨多用途货船设计

一、设计技术任务书（1）航区、航线无限航区，不定线航行（2）用途集装箱、包装杂货、散装谷物、工业成品、原材料、成形木材等

DW≮17500t（3）货舱容积包装容积不低于25000m3（4）船级中国船级社国际公约及规范（5）主机B＆W6L67GF1×7497kw×115r/min（6）航速15.9Kn（7）续航力12000nmile（8）起货设备采用25t电动液压起重机（9）船员人数39人

二、对本船的简要分析性质：多用途货船1、特点：尾机型或中尾机型中间甲板（杂货）货舱开口大船宽较大，L/B<6.5

设置较多压载水舱2、设计解决问题：B、D及舱口尺寸应考虑集装箱的位置变吃水设置二层甲板设置长、短货舱提高装卸效率考虑稳性要求3、船型构思如图9-1

三、初始排水量及主尺度确定（一）排水量根据表9-1，取母型船ηDW=0.73第一近似排水量（二）吃水根据世界主要港口的情况，Tmax≯10m取圣劳伦斯水道可航型，T=9.20m（三）船宽6列集装箱8ft×8ft×20ft（1ft=0.3048m）船宽应大于22m；DW=13000~25000t时其船宽都取75ft=22.86m即圣劳伦斯水道的限制船宽本船取限制船宽B=22.86m

（四）船长及方形系数由于任务书对航速的要求，选用L为145、150、155、160、165m，相应求得5个Cb根据书中149页的表9-2（船舶原理部分）得出L=154mCb=0.719（五）型深母型船L=145mCb=0.71D=13.2m包装容积=22770m3设计船（由于船长增加）

22770+9×22.86×（13.2-1.5）=25177m3

以1CC型标准箱为对象，单个箱高2.591m，则5层箱高为12.955m双层底高1.50m围板高1.50m间隙0.15mD=（1.5+12.955+1.15-1.5）m=13.105m

综合以上的分析得出初步的主尺度：四、重量校核选用国产“大舱口”型货船为母型船，计算空船重量

1、船体钢料重量利用立方模数法计算Wh=4428t利用平方模数法计算Wf=1584t取Wm=1058tLW=Wh+Wf+Wm=(4428+1584+1058)=7070tDW1=Δ1-LW=24000-7070=16930t

DW1=Δ1-LW=24000-7070=16930t比任务书要求的DW减少了570t,要修正应用诺曼系数求修正后的排水量应用书中84页的计算N=1.294δΔ=N•δ

DW=1.294X570=737.58由于B及T已限定，而船长与同吨位型船舶相比已偏大，故保持L、B、T不变，只增加Cb

由于增加Cb时，WhWf的增量微小，故取δΔ=600tΔ=Δ1+δΔ=24000+600=24600tCb=(24600/24000)x0.719=0.737重新估算完航速后，再校核其他性能

实例二、确定载重量65000t油船主要要素一、设计要求及选优衡准：1、设计要求载重量DW=65000t续航力R=10000nmile试航速度v≮14.8Kn主机最大持续功率PB=15600HP转速RPM=116船宽B≯36.6m吃水T≯12.3m耗油量0.143Kg/HP·h船员46人单程航距1491nmile

2、选优衡准分别以总造价最低；年利润最高；吨成本最低；航速最高；投资回报年限最短；净现值最高；必要运费率最低等7个指标为追求的目标，进行主要要素选优。

二、主要数学模型1、空船重量估算模型①船体钢料重量统计式

②木作舾装重量统计式③机电设备重量统计式

2、容量计算数学模型机舱、货油泵舱、首尾尖舱的容量可通过合理确定各自舱长予以保证，燃料与淡水等一般都布置在机泵舱区与首尾尖舱内的相应舱柜里面，对油船主尺度有影响的是货油区容量。K1长度利用系数，即货油区域长度占垂线间长的百分数K2与方形系数有关的计算系数K3计入舷弧、梁拱、油区船型前后收缩对容积的影响。

4、船型系数油船中剖面系数较大，当CB≥0.8时，

Cm=0.995CB＜0.8时，

Cm与Cm成线性关系

5、航速估算的数学模型①总阻力采用60系列阻力回归公式

6、稳性与横摇周期7、经济指标三、确定主要要素的方法与步骤1、设计变量的选定在确定本船的主要要素时，取船长L、船宽B作为设计变量，吃水取常值（取最大的限制值），方形系数为因变量，型深D由舱容和干舷控制。给出船长、船宽的绝对长度上下限范围之后，就形成了变量的可行范围。

2、约束条件给出L、B及Cb的上下限作为绝对尺度的约束；给定L/B、B/T、L/D、D/T的上下限作为相对尺度的约束；规定技术经济性能的限值要求（如对航速的限制、横摇周期的限制等）作为性能方面的约束。

3、确定主要要素的步骤（1）主尺度与船型系数计算①确定排水量的初始值②计算方形系数的初始值K为附体体积系数K=1.004（大船）K=1.01（小船）W为水的重量密度

③确定型深初始值D0D0=T+F(最小干舷）④计算空船重量LWLW=Wh+Wf+Wm⑤重新计算排水量空船重量LW计算出后，从重量角度可得到新的排水量Δ=DW+LW

⑥计算新的方形系数检验新的Cb与Cbo的误差是否超过0.0001。如果超过这个误差，则认为重力与浮力不相平衡，则返回到④，按新的方形系数重新计算空船重量，直到满足要求为止。

⑦舱容检验舱容检验的目的是检查初始型深能否满足舱容要求。若不满足，需调整型深，然后回到④重新计算，直到满足精度要求。⑧船型系数计算（2）性能校核（3）经济指标计算（4）最优方案选择实例三、确定2640HP港作拖船的主要要素一、本船的主要任务及要求1）主要任务是在港区协助5~10万吨海船靠离码头2）主机采用8NVD48-2U柴油机2台，在额定转速428r/min下，每台主机额定功率为1320HP3）续航120h4)船员21人5）采用双机、双桨、双转动导流管舵，以获得最大的拖力。二、对本船的简要分析按设计要求，本船为港作拖船，主要任务是协助大型船舶在港区内靠离码头，因此本船应具备以下特点：1）操纵灵活，回转半径小2）稳性好，特别应满足拖索急牵时的稳性要求，因此应有足够的初稳性高度。3）应有较高的推进效率，在拖曳时能产生较大的推力。

4）在保证稳性的情况下，力求横摇缓和，以利作业。因此，本船船长应力求减小以改善操纵性。在保证稳性的情况下，应尽量减小船宽，以使横摇尽量缓和。在满足布置要求及螺旋桨供水的情况下，型深也不应过大，以免引起重心过高、拖钩位置升高及受风面积加大而降低稳性。本船应设计为尾纵倾式，以加大尾吃水增加螺旋桨直径，从而提高推进效率，增加推力。三、主要尺度及排水量估算1、主尺度估算（1）船长港作拖船主要从操纵性及布置要求选取船长。从总布置出发，当肋骨间距取550mm时，从尾向首各舱所需的长度：舵机舱3.3m，油舱及储物舱7.15m，机舱13.75m，船员舱6.05m，首尖舱3.85m，总计约为34.10m

按照吕松龄估算港作拖船公式：实取垂线间长为Lpp=34.0m(2)型宽还是吕松龄估算港作拖船公式：从机舱布置考虑，船宽不宜小于9.0m,实取B=9.0m

(3)吃水拖船吃水一般由螺旋桨所需的淹没深度、港口航道条件及对稳性影响的B/T值来选定。本船一般在深水港区作业，因此其吃水不受限制。吃水的选择主要应从提高推进效率及要求一定的尾吃水和稳性角度来考虑。

若取中部吃水T=3.3m，则B/T=2.73,符合我国港作拖船的B/T为2.6~3.0的正常范围。若取尾吃水Ta=3.7m,首吃水近似为Tf=T-(Ta-T)=3.3-(3.7-3.3)=2.9m则纵倾值为0.8m或2.35%Lpp，我国港作拖船尾纵倾值为2.0~4.5%Lpp，所以本船取2.35%Lpp，是合适的。综合以上分析实取本船吃水T=3.3m

(4)型深在一定吃水条件下，型深的大小对拖船稳性、淹没深度、储备浮力均有影响。高的干舷淹没深度、储备浮力有利，但使重心、风压中心和急牵力中心提高，对稳性和船员操作不利，故型深不宜取得过大。根据我国港作拖船D/T为1.3~1.4,按此比值核算，本船型深为4.29~4.62m,实取4.55m2、排水量的确定（1）空船重量参照母型船系列资料船体钢料重量Wh=ChLppBD=0.12×34×9×4.55=167(t)木作舾装重量Wf=Cf(LppBD)2/3=0.6(34×9×4.55)2/3=74.4(t)机电设备重量Wm=CmPB=0.05×2640=132(t)因此空船重量为

LW=Wh+Wf+Wm=167+74.4+132=373.4(t)

（2）载重量①燃油W0=0.001×1.2×0.17(2640+360)×120=73.5(t)其中单位耗油量为170g/HP.h,取储备系数为1.2②滑油取燃油重量的5%，则Wt=5%W0=3.7(t)③淡水。1.2×10×70×21×0.001=17.65(t)按10昼夜，每人每天消耗70Kg算，取储备系数为1.2

④粮食及蔬菜取淡水的10%为1.8（t）⑤船员及行李120×21×0.001=2.52（t）⑥备品及供应品取2.35（t）则载重量合计为DW=73.5+3.7+17.63+1.8+2.52+2.35=101.5（t）

(3)排水量储备及固定压载按空船重量的5%，则为0.05×373.4=18.65（t），本船实取18.6t固定压载约为排水量的3~5%，本船取20t排水量Δ=373.4+101.5+18.6+20=513.5（t）

3、初始航速利用海军系数公式，参考母型船资料，取C=74，则初估航速为