船舶设计原理第2章

船舶设计原理(Ch2)§2-2空船重心的分析估算§2-1概述§2-3载重量估算§2-4重心估算第二章船舶重量与重心重量方程式△＝∑W=LW十DWLW＝Wh十Wf十Wm§2-1概述一重量方程式与浮性方程式式中，LW:空船重量(t)Wh:船体钢料重量(t)Wf:木作舾装重量(t)Wm:机电设备重量(t)DW:载重量(t)，包括货物、船员及其行李、旅客及其行李、燃油、滑油及炉水、食品、淡水、备品及供应品等重量。***载货量Wc***浮力方程式

△＝ρ▽

＝ρkLBTCb式中,ρ:水的密度(1t／m3,1.025t／m3)

▽:该装载情况下的型排水体积(m3)k:附体体积系数，通常为1.004—1.01L:船长（m）,通常指垂线间长，即LppB:型宽（m)T:吃水（m)Cb:方形系数浮性方程式△＝∑W=ρkLBTCb§2-1概述

空船排水量：△

≈LW指新船竣工交船时的排水量其中的机电重量是湿重满载排水量：△＝LW十DW装载了预定的全部载重量时的排水量满载排水量也称为设计排水量（如果重量估算准确）压载排水量：无货空放航行时，加载一定压载水。民船常以满载载况作为设计状态、它是决定船舶主要要素的基础。§2-1概述二民船典型载况§2-1概述在船舶规范中对各类船舶的典型载况都有规定对于内河货船，设计中通常取四种典型载况满载出港---设计状态；满载到港---这时的油水等重量、规定为设计状态时油水储备量的10％(不包括滑油）；空载出港---船上不载运旅客与货物。但油水储备量为设计状态的100％；空载到港---船上不装载旅客与货物，而油水等为其总储备量的10％；§2-1概述在船舶规范中对各类船舶的典型载况都有规定对于海船干货船，设计中通常取四种典型载况满载出港---设计状态；满载到港---这时的油水等重量、规定为设计状态时油水储备量的10％；压载出港---船上不载运货物，有所需的压载水。但油水储备量为设计状态的100％；压载到港---船上不装载货物，有所需的压载水而油水等为其总储备量的10％；§2-1概述

直接影响船舶经济性和航行性能重量设计得过轻：船的实际重量值将大于计算值、重力大于浮力，实际吃水将超过设计吃水，①必须减载航行。②船舶干舷减小，船舶大角稳性与抗沉性难以满足。甲板容易上浪．船舶结构强度也可能不满足要求。重量计算得过重：船舶尺度选择势必偏大。重心纵向位置计算误差过大：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。三重量重心估算的重要性§2-1概述重量重心计算持点：一、贯穿于整个设计过程的始终；二、逐步近似。重量重心计算方法：在设计初期即主尺度及排水量确定阶段，重量重心只能依据母型或统计资料进行较为粗略的估算。在技术设计、施工设计时，船舶的主要图纸均已具备，船舶的各主要部分均已确定，甚至实船也已造出，重量重心计算可以按图纸进行详细的分项计算，然后逐项累计。在完工计算时按实船进行详细的分项计算，然后逐项累计。四重量重心计算的特点与方法§2-2空船重量的分析与估算空船重量估算的准确度是船舶设计能否成功的关键原因是空船重量占了船舶排水量的相当部分，影响因素多，不容易估算准确。拖船0.85～0.95大型油船0.20～0.35渔船0.60～0.70中、小型客船0.50～0.70中、小型货船0.30～0.43大型客船0.45～0.60大型货船0.27～0.36驳船0.20～0.30中、小型油船0.35～0.50各类船舶的空船重量和满载排水量之比§2-2空船重量的分析与估算空船重量通常分为船体钢料重量Wh

木作舾装重量Wf机电设备重量Wm三大部分，各部分又细分为若干组,各组再分成若干项一空船重量的分类§2-2空船重量的分析与估算二船体钢料重量Wh的分析与估算1.1船舶尺度及系数

船长，船宽，型深

，吃水，方形系数1.2布置特征1.3船级、规范、航区1.4其它因素1。影响船体钢料重量的因素§2-2空船重量的分析与估算1.1船舶尺度及系数对钢料重量的影响从对构件数量和强度条件的影响两个方面来分析。船长L：船体绝大多数构件(如外板、底部结构、甲板、舱壁、舷侧结构等)都与船长有关；船长越长，其在水中所承受的纵向弯矩越大，对船体结构纵向构件的尺寸要求也大因此船长对船体钢料重量影响最大。二船体钢料重量Wh的分析与估算1。影响船体钢料重量的因素§2-2空船重量的分析与估算船宽B:一些横向构件(如船底与甲板横向构件、横舱壁平台、甲板等)与船宽有关；船宽对横向强度影响较大，但对船体纵向强度影响不大。综合起来看、船宽对船体钢料重量影响次于船长。1。影响船体钢料重量的因素§2-2空船重量的分析与估算型深D:

型深对舷侧板、肋骨、舱壁、支柱等构件有影响、型深增加要引起它们的重量增大；型深增加．船体梁的剖面模数增大，船体纵向构件断面尺寸减小，从而可减小它们的重量。对于大船,型深增加，其船体钢料重量不一定增加或增加甚微．甚至会减少；对于小船,型深增加要使船体钢料重量增大。吃水和方形系数：对Wh影响很小1。影响船体钢料重量的因素1.2布置特征船舶布置特征不同,Wh也就不同，如甲板层数、舱壁数、上层建筑的大小等均对Wh有影响。1.3船级、规范、航区设计船入什么级，用哪国规范．都对船体结构要求有差别，因而对Wh有影响。同样尺度的船舶，如航行于冰区，船体的某些结构要加强、显然Wh值就会加大。1.4其它因素（结构材料，船体特殊性等）船体采用普通钢、高强度合金钢，还是铝合金、玻璃钢等，材料不同，显然Wh会有很大差别。§2-2空船重量的分析与估算1。影响船体钢料重量的因素§2-2空船重量的分析与估算2.Wh粗略的估算方法2.1百分数法2.2平方模数法

2.3立方模数法2.4指数法2.5统计公式法§2-2空船重量的分析与估算2.1百分数法假定Wh正比于Δ

即式中，Ch

，系数,可根据母型船选取，

(其中,Wh0、Δho分别为母型船的钢料重量和排水量。

估算时所参考的母型船，应当与设计船类型、主体结构形式及船体材料相同、主尺度及船舶上层建筑丰满度相近的实船；其Ch应尽量采用多艘实船分析比较后确定。2.Wh粗略的估算方法§2-2空船重量的分析与估算

2.2平方模数法（常用于内河船舶及小型船舶）此法假定Ｗh正比于船体结构的总面积．并用L、D、B的某种组合来表征。最常见的形式为：

Wh＝Ch*L(B十D)2.3立方模数法（适合大的丰满型船舶）此法假定Wh正比于船舶内部总体积，并以LBD作为内部总体积的特征数,简称立方模数．最常见的形式为：

Wh＝Ch*L*B*D2.Wh粗略的估算方法§2-2空船重量的分析与估算

2.4指数法Wh=Ch*LαBβDγdσCbτ+Wc试中指数可从下表中选择，常数项Wc与主尺度无关

船体钢料重量指数形式的回归系数

2.Wh粗略的估算方法

船型

指数

αβγστ小型货船1.250.750.7500.50散货船1.8780.695-0.1890.1580.197油船（2万～7万吨）1.830.7500.393集装箱船1.7590.7120.4300常规客船1.450.9450.6600§2-2空船重量的分析与估算2.5统计公式法对于一些结构形式相差不大、布置特点比较稳定、有大量相近实船的船型，如大型油船、散货船、集装箱船等，在设计初始阶段用统计公式法估算Wh是十分有效的。常见的有穆瑞公式（适于中型散货船），

Wh=ChL1.65(B+D+T/2)(Cb+0.8)阿德文克公式（适于大型散货船），

Wh=ChL1.878B0.695D-0.189T0.158Cb0.197瓦待生—智尔费兰公式（适于散货船、杂货船和集装箱船等）

Wh=ChE1.36(1+0.5(Cb’-0.7))2.Wh粗略的估算方法§2-2空船重量的分析与估算2.5统计公式法

仅有双层底，K=0.261～0.273双底双壳，K=0.276～0.345

集装箱船：2.Wh粗略的估算方法3.1修差法此法根据设计船与母型船主尺度的差别进行修正来得出新船的Wh.3.2每米船长重量法当设计船和母型船都具备船中横剖面结构图、型线图和总布置图时，可用本方法得出Wh值。3.3分项换算法有相近母型船钢料重量的详细分项资料，则按母型船逐项进行换算，可得到较精确的设计船的Wh值。§2-2空船重量的分析与估算3.Wh比较精确的估算方法§2-2空船重量的分析与估算

木作舾装重量名目繁多，各自独立，规律性差。初始设计阶段较难估准。通常将木作舾装重量分成四类来分拆其对Wf的影响：(1)与船舶排水量和主尺度相关的重量，船舶设备与系统，包括锚、系泊设备、消防系统、管系、舵、油漆(2)与船员和旅客人数、生活设施标准相关的重量，如舱室木作(内围壁、天花板)、家具、卫生设备、救生设备(3)与船的使用特点相关的重量，如货船的起货设备及舱口盖，拖船的拖带设备，救助船的救助设备．渔船的渔捞和加工设备等。(4)特殊要求的重量，如减摇装置、侧推装置等，按船东要求和船舶技术性能要求而定。三木作舾装重量Wf的分析与估算2.1百分数法Wf=Cf∆

此法仅用于建筑待征较稳定的货物运输船的队初估、结果较粗略。2.2平方模数法Wf=CfLBWf=CfL(B+D)常用于运输船舶的估算，其结果较百分数法准确2.3立方模数法Wf=CfLBD常用于客船、拖船、渔船等的估算。§2-2空船重量的分析与估算2.Ｗf的粗略估算方法

设计初期根据已有的母型船资料、按照母型船项目分组分项，然后采用适当的模数逐项换算．再依据设计船的技术要求与标准加以适当修正求得设计船的木作舾装备分项重量，最后汇总得到全船木作舾装重量。

技术设计末期，根据总布置图、舾装布置图、设备家具明细表等设计图纸和文件、查阅有关标准和产品样本逐项计算，最后汇总就可精确求得全船的舾装重量。§2-2空船重量的分析与估算3.Wf比较精确的估算方法--分项换算法

机电设备重量包括主机、辅机、轴系、动力管系与电气设备等，大致分为三部分：(1)已知重量，如主机、锅炉、发电机组等的重量。(2)可以计算的重量，如轴系重量。(3)其他配套设备重量．如其他埔机、泵、管系等．影响机电设备重量的主要因素是主机的类型与功率。§2-2空船重量的分析与估算四机电设备重量Wm的分析与估算§2-2空船重量的分析与估算初始设计阶段，当缺乏可靠的母型船机电设备重量Wm分项资料时，设计船的Wm可按主机功率的大小来粗略估算之。Wm＝Cm*PCm为机电设备重量系数．可取自母型船或有关图表资料，P为主机额定功率(kw)。有时也可采用统计公式来估算，但必须核算几条相近实船来检验公式计算结果的可信度。

2.Ｗm的粗略估算方法

选用主机、辅机相近的型船的Wm资料时，进行逐项比较，相同的照抄，不同的项目进行修正、没有的项目删去等，这是最常用的方法、也是比较可靠的方法。技术设计阶段或施工设计末期，根据机舶布置图、轮机设备明细表，轴系计算书及相关图纸，电气设备布置图和电气设备清册等汇总求得精确的全船机电设备重量。§2-2空船重量的分析与估算3.Wm比较精确的估算方法--逐项比较法§2-2空船重量的分析与估算

固定压载是固定加在船上的载荷，通常采用生铁块、石头、水泥块和矿渣块等、一般在下水前后加放在船的底部固定压载的作用主要在于降低船的重心以提高稳性；增加重量以加大吃水；必要时也可用来调整船的纵倾。固定压载有时是不可避免的，有时则是设计失误造成的货船：设计有固定压载则是不经济的，也是不合理的。拖船、渡船、海洋调查船、客船：有时要加固定压载

五固定压载与排水量裕度

1.固定压载在船舶设计中，为确保设计船的载重量，避免船舶超重，通常在分部估算Wh、Wf及Wm的基础上，将LW预加一定裕度．称为排水量裕度,其原因有三：

(1)估算误差(2)设备增加(3)采用代用设备和材料

裕度取法一般有下列两种：①取空船重量的百分数。在初步设计阶段，通常取为2％一5％LW(大船用小的数字)。②分项储备，即分别在船体钢料、木作舾装、机电设备各部重量加一裕度，初始设计阶段，一般常取它们各自重量的2％一4％、4％一8％、2％一5％。§2-2空船重量的分析与估算五固定压载与排水量裕度

2.排水量裕度

船舶载重量DW包括以下各项：DW=①+②+③+④+⑤+

⑥

①船员及行李，旅客及其行李；②淡水和食品；③燃油、滑油及炉水;④货物（Wc)⑤备品及供应品;⑥压载水§2-3载重量估算任务书给出DW,可以求得Wc任务书给出Wc,可以求得DW一载重量估算1.人员及行李、淡水、食品①②

人员及行李

人员的重量通常按每人平均65kg重计算,

每人携带行李的重量约为：船员行李40一65kg

长途旅客行李40一65kg

短途旅客行李10一35kg②食品及淡水总储备量＝自给力×人员数×定量自给力＝R/24vs

R-续航力（nmile或km);vs-服务航速（kn或km/h)食品:2.5-4.5kg/天，淡水定量为50-100kg/天

100-200kg/天（海船）

.§2-3载重量估算一载重量估算§2-3载重量估算③.燃油、滑油及炉水3.1燃油W0=0.001g0Ps(R/vs)k

根据主机功率、续航力、航速、耗油率等计算．通常取储备系数为1.1—1.2。3.2滑油WL=εW0

由于船上润滑油用量较少，初始设计阶段，滑油储备量可取为燃油总量的某个百分数。柴油机船取3%-5%，汽轮机船取0.8%-1.0%(功率大航程远的取小值）3.3炉水WbW=0.001εQt用来补充船上蒸汽漏失所需的炉水量。小型船舶可以不计及此项。一载重量估算§2-3载重量估算⑤.备品及供应品

备品：为保证船舶正常航行．用于临时维修，应付紧急事故和持殊情况所储备的备用部件、设备与装置、包括锚、灯具、损坏管制器材、油漆等。

供应品：零星物品，如床上用品、炊具、信号旗、办公用品、医疗器材、电视机等。通常取为0.5％--1.0％LW。一载重量估算排水量估算公式：∆＝DW/ηDW

式中：ηDW－载重量系数ηDW的估算：1.多用途货船：

ηDW＝0.64＋0.0556(DW/10000)2.散货船：

ηDW＝0.7666+0.1304(DW/105)-0.0775(DW/105)2

+

0.1294(DW/105)3-0.1441(DW/105)4

+0.0469(DW/105)5

3.油船：

ηDW

＝0.7337K(DW/10000)0.0551排水量的逐步近似估算§2-4重心估算

由于船舶型线都是左右对称的，总布置设计时也总是使左右舷重量相平衡，故yg＝o。船舶重心的估算主要指重心纵向坐标xg和重心高zg，

xg将决定船舶浮态．影响船舶纵倾，

zg则影响船舶稳性和横摇性能。船舶重心估算对船舶技术性能和使用效能的影响甚大船舶重心估算，采用力矩法在重量计算的同时列表进行重心位置估算xg

ygzg§2-4重心估算

1.1空船重心高度（粗估法，分部分项换算，精确计算）（1）粗估法设计初期假定空船重心高度正比于型深即zg1=ξ1Dzg1=

ξ11D1（2）分部分项换算