船舶设计原理4-4主尺度(15-16)

杂货船-“TIMBUS”轮作业2：1．什么是容量图？它是如何绘制出来的?有哪些用途?2．总吨位与净吨位的主要差别是什么?主要作用有哪些?

1、什么是船舶的耐波性？答：是指船舶在风浪中遭受外力干扰产生各种摇摆运动以及砰击、上浪、失速等情况下，仍能维持一定航速在水面上航行的性能。

2、什么叫最小干舷船、结构吃水？答：最小干舷船：按“载重线”法规所要求的最小干舷来确定型深的船舶，称为最小干舷船。对于富裕干舷船，在设计时保证最小干舷所求得最大装载吃水Tmax，并使船体结构设计符合Tmax的要求，则此Tmax称为结构吃水。课题五、船舶主尺度确定一、船舶尺度

船舶尺度，主要表示船体外形大小的尺度，即船的长、宽、深和吃水等。它是根据各种船舶规范和船舶在营运中使用上的要求定义的。按照不同的用途，主要可分为三种：船型尺度、登记尺度和船舶最大尺度。

1、在船舶入级与建造规范中定义的船舶尺度-------船型尺度

它主要是从船体型表面上量取尺度，在船舶的许多性能的理论计算中和一些主要的船舶图纸上，均使用这种尺度。它也成为理论尺度和计算尺度。

1)船厂LBP

沿设计夏季载重水线，有船首柱前缘量至舵后缘的长度。

2)型宽B

在船体的最宽处，有一线的肋骨外缘量至另一舷的肋骨外缘之间的水平距离。

3)型深D在船中点处，有平板龙骨上缘量至干舷甲板横梁上缘的垂直距离；对甲板转角为圆弧形的船舶，则由平板龙骨上缘量至甲板型线与船舷型线与船舷型线的交点。

4)型吃水d

在船长中点处，由平板龙骨上缘量至夏季载重水线的垂直距离。

通常用垂线间长、型宽、型深表示船体外形的大小。这三个尺度称为船舶主尺度，一般写成下面的形式：

主尺度=垂线间长LBP×型宽B×型深D

2、海船吨位规范中定义的船舶尺度-------登记尺度

主要适用于登记船舶、丈量与计算船舶吨位的，故称登记尺度。

1）登长LR

指量自龙骨板上缘的最小型深85%出水线长度的95%，或沿该水线从船首柱前缘量至上舵中心的长度，取两者中较大者。

2）登深D

登深是指在船长LR中点船舷处从平板龙骨上表面量至上甲板下表面的垂直距离。

3）登宽B

是指船长LR中点处的最大宽度。

3、船体最大尺度

船舶在停靠码头、进坞及过船闸、桥梁、架空电线和狭窄航道、船舶避碰操纵等要用到船体最大尺度。

1)总长LOA

包括两端上层建筑在内的船体型表面最前端与最后端的水平距离。

2)最大船长Lmax

船舶最前端与最后端之间包括外板和两端永久性固定突出物（如顶推装置等）在内的水平距离。

3)最大船宽Bmax

包括外板和永久性固定突出物（如护舷材、水翼等）在内的垂直于中线面的船舶最大水平距离。

4）最大高度

是从船舶的空载水线面垂直量至船舶固定建筑物，包括固定的桅、烟囱等在内的任何构件最高点的距离。净空高度等于最大高度减去池水。

船舶设计中使用的船体主尺度1）总长Loa：2）设计水线长Lwl：3）垂线间长Lpp：4）型宽B：5）型深D：6）吃水T：7）干舷Ｆ：

二、船舶主尺度比

船舶主尺度比是表示船体几何形状特征的重要参数，其大小与船舶的航海性能有密切关系。常有的有：L/B、L/D、L/T、B/T、D/T、B/D、DW/△、t/kW、kg/kt.km、t.km/kW.h等

长宽比（L/B）。该值越大，船体越瘦长，其快速性和航向稳定性越好，但回转半径也增大，受到航道和港口的限制，现有标准船型L/B值在5—6之间。

长度型深比（L/D）。该比值越大，船体纵向强度弱，稳性差，规范限制自航船A级航区，L/D≤25。现有标准船型L/D值在15—20之间。

长度吃水比（L/T）。该比值大，船舶回转性能差，京杭运河标准船型L/T值在15—20，长江及三峡库区标准船型L/T值在20—30之间。

型宽吃水比（B/T）。该比值大，反映船体较宽，船舶稳性较好，但船舶阻力增加，横摇周期小，耐波性变差。现有标准船型B/T值在3.5—4.5之间。

型深吃水比（D/T）。该比值大，干舷高，抗沉性好，但船舱容积增大，重心提高，稳性受到影响。现有标准船型D/T值在1.1—1.5之间。

型宽型深比（B/D）。该比值对稳性、横摇和强度都有较大影响，规范限制自航船A级航区，B/D值≤4。现有标准船型B/D值在2.5—3.5之间。

载货量系数（DW/△）。即船舶载货量与船舶排水量之比。在同一排水量下，载货量系数越高，船舶装载能力就越大，船舶经济效益将越好。京杭运河标准船型DW/△值在0.75—0.8之间。川江及三峡库区标准船型DW/△值在0.6—0.7之间。

单位功率载量（t/kW）。在相同航道条件下，单位功率载量越大，反映船舶阻力越小，船舶性能优良。京杭运河标准船型t/kW值在2—3之间。

船舶耗能（kg/kt.km）。船舶耗能与主机油耗、功率、船舶航速及载量等因素有关，直接反映船舶性能和成本的高低。

船舶效率指标（t.km/kW.h）。它反映船舶运输效率的高低。京杭运河标准船型的该值在25—40之间。

內河船舶：一般內河客船L/B＝4.5～6內河油船L/B＝5～7內河驳船L/B＝4.0～4.8长江拖轮L/B＝4.0～4.5内河小拖船L/B＝3.5～4.5内河浅水拖轮L/B＝4.0～5.3三、确定船舶主要要素应满足的基本要求浮力要求容量要求各项技术性能要求船东对新船的使用要求；客观条件的限制；新船的经济性。四、确定主要要素的一般步骤任务书分析调查研究估取第一近似值(根据母型船)性能校验绘图核算主尺度选优五选取主要要素的综合分析(一）共性:1、选取LBT时考虑主尺度限制和快速性2、选取LBD时考虑总布置的影响

(二）综合分析:1、选取L时应考虑的因素(1)浮力(2)经济性(3)耐波性等性能首先考虑码头、船闸及航道的限制，船长一般不超过航道弯曲半径的1/4。其次是满足总布置对船长的需求，根据货舱、机舱、舱室和甲板等布置，确定最小的船长。同时还要考虑选择总阻力最小的船长。还应考虑船长对操纵性和适航性的影响。船长增加，纵摇可减轻，但船体钢材重量相应也增加，船舶造价随之上升。因此选择船长要做到利大于弊。

2、选取B时应考虑的因素(1)稳性与横摇(2)浮力和经济性船宽关系到船舶的稳性、阻力、总布置等因素。当船宽增加时，初稳性也增大，对船舶稳性有利。但船宽增加，横摇的角速度、角加速度也增大，横摇加剧。船宽的增加还受到船闸、桥孔和航道的限制。船宽增加，湿表面积相应也增加，摩擦阻力增大；由于长宽比减小，兴波阻力明显加大；船宽增加对布置有利。3、选取T时应考虑的因素(1)浮力(2)经济性船舶吃水受到航道和港口水深的限制。同时影响螺旋桨工作效率，对船舶阻力和稳性也将产生影响。在排水量不变的条件下，吃水增加，浮心也随之提高，初稳性高度将减小，浅水阻力相应也加大。吃水应根据航道和港口的水深条件来确定，最大限度利用水深资源。目前最流行的做法是采用变吃水：根据洪、枯水季节和干支航道水深的变化情况，确定变吃水的范围，使船舶在洪水期和干线航道上，充分利用水深资源；在枯水和支流航道上，实行减载航行，从而提高船舶的效益。

4、选取D时应考虑的因素

(1)舱容(2)甲板上浪与抗沉性(3)稳性(4)强度与经济性型深对船舶稳性、抗沉性、总纵强度、干舷、容积等因素都有影响。在吃水一定的条件下，型深的大小决定了干舷的高低，型深增加干舷加大，船舶储备浮力增加，抗沉性增大，与此同时，船舶进水角也加大，复原力矩增大，对船舶稳性有利；型深增加，横剖面模数迅速加大，对船舶纵向强度有利；型深增加舱容也增大，对机舱布置有利；但型深增加，船舶钢材也增加，船舶重量同时也增加。船舶吃水加上最小干舷是确定型深的下限，在此基础上，综合稳性、抗沉性、总纵强度和容积等因素选择型深参数。实船设计中型深D的选取对于载运重货的最小干舷船，按最小干舷来确定D；对于载运轻货的富裕干舷船，则按舱容要求确定D；布置地位型船、小型船舶一般按总布置要求选取D；小型海船，从船舶安全性考虑，一般取适当大的D，5、选取Cb时应考虑的因素

(1)浮力(2)快速性与耐波性

(3)经济性(4)总布置

六载重型船主尺度的确定

(一)、船舶类型划分

1、载重型船

(DW／△)较大、较稳定的船舶

2．布置地位型船

容积型船(二)排水量估算

1、载重量系数法载重型船第一次估算△时通常利用载重量系数dw，即

△＝DW／dw

DW——设计船的载重量；dw——载重量系数

下面对dw作些简要分析：(1)．

dw的物理意义

dw表示船的载重量DW占排水量厶的百分数。

dw大者，LW小，表示其载重多。

dw的大小就成了船舶设计质量的一个衡准指标。(2)．

dw的变化规律

因为△＝LW+DW＝Wh+Wf+Wm+DW＝Ch△+Cf△+Cm△+DW所以有

据统计资料，dw的变化规律是，对于载重量大的船，dw要大些，这是因为△大的船，Ch、Cf及Cm的值相对较小，也就是LW在排水量中所占的比例要小些，因而DW所占的比例大些。2诺曼系数法

当具有很相近的母型船且新船载重量与母型船相差不太大时，可采用诺曼系数法来估算新船△。如果按则经整理归并后有式中，N——诺曼系数，现对诺曼系数作简要分析。(1).诺曼系数N的物理意义N越大表示载重量增加时其LW的增加越多。(2)．诺曼系数N的数值特点如果载重量增加1t，则排水量必须增加1t以上。载重型船的N较小，而布置地位型船的N较大。对应某一δDW，改变L时N最大，改变B次之，改变D、T或Cb时，N渐次变小。(三)、主尺度初选

在排水量△估算出来后，选取主尺度的方法相当灵活，下面介绍几种可行的途径1按母型船比例换算

当设计船与母型船航速、载重量差别不大时，可先暂时假定二者的Cb相同，则D也可按货舱容量方程式求得：式中，Wc－载货量；

c

－货物积载因数；

kc－型容积利用系数；hd－双层底高度；

lm、la、

lf分别为机舱长度、尾尖舱长度及首尖舱长度，K－考虑首、尾削瘦舱容减少的舱容系数，

lm、la、lf及hd可分析同型船资料取一个值。2利用有关统计式计算通常，可按巴士裘宁公式求上，按亚历山大公式求Cb即则满足浮力要求的B及T的乘积为

BT＝△／ρκLCb然后按航道和港口水深条件选取T，即可求出B，然后估取D.

3以L／B、B/T、Cb(或直接以L，B、Cb)为自变量，进行计算。若初步选定L／B、B／T、D／B及Cb，则可设：这样4、性能校核与主尺度调整重量校核，舱容及最小干舷校核、稳性和横摇周期校核、航速校核等。

(一)重量校核(二)舱容及最小干舷校核(三)稳性和横摇周期校核

(四)航速校核

如航速不满足要求，则应调整主尺度改善快速性，一般可首先从增加T、减小Cb上考虑(如干舷富裕)，次为增大B、减少Cb，通常增大L并减小Cb最有效，但对造价最不利。设计中可把几种措施结合起来考虑。七布置地位型船主尺度的确定

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．

现以集装箱船为例加以说明。集装箱船的主尺度与船的装箱数及集装箱装载的行、列、层(集装箱在船长、船宽和型深方向的排列，依次称为行、列、层)数密切相关。因此，集装箱船选取主尺度之初首先要确定集装箱的布置，然后可采用如下步骤确定主尺度。集装箱船，是一种专门运载集装箱的特种船舶。货舱多为单层甲板，双船壳，可堆放3-9层集装箱。经济航速为19-24kn，集装箱规格：40ft（40×8×8ft)和20ft(20×8×8ft)两种。

（一）、按布置要求初选主尺度

(1)确定新船装箱的行、列、层数

总装箱数Nt

、装箱行数X、列数y、层数Z与船的主尺度的关系，确定新船装箱的行、列，层数。(2)选船宽B

根据新船装箱的列数(包括舱内箱列数和甲板箱列数)选取船宽B。

(3)初选船长L根据总布置要求，L=lf+la+lc+lm式中，lf为首尖舱长；

la为尾尖舱长；

lc为货舱段总长；

lm为机舱长；

lm可参考同类型同功率主机的机舱布置长度选定；lf、la按建造规范与布置要求选定，

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