第五章-型线设计(F)

第五章型线设计5-1概述

型线设计：1）保证船具有良好的性能水下部分：浮性，稳性，快速性，操纵性，耐波性；水上部分：耐波性，稳性，破损稳性；2）与总布置、结构相互协调容积，甲板，舱壁位置，舱口尺寸，机舱布置，浮态调整；3）使结构合理、施工、维修方便曲面、平面、折角线型；型线设计方法：1）改造母型法

1—Cp法

Lakenby法

二次式函数法（夏氏法）

系列船型资料法2）自行设计法3）数学船型法参数设计法：吃水函数法，纵向函数法，曲面法。5-2主要型线要素表征船体外形特征的参数

：1）主尺度及船形系数

2）横剖面面积曲线3）设计水线形状

4）横剖线形状5）首尾轮廓及甲板线曲线的形状特征：①V，▽②Lcb

③Cp

④Am

⑤Lp，Le，Lr

⑥最大横剖面位置⑦曲线端部形状实船面积曲线例

：（一）Cp的选择

1）对阻力的影响

对剩余阻力有利的Cp（泰勒理论值（曲线1））

：Fn<0.3时，Cp≈0.52Fn>0.45时，Cp≈0.65

实际上：

a)对中低速船运输船，由于，而此时Cb值较大

→Cp无法达到阻力最佳值→取经济Cp值

b)当Fn较高时，阻力最佳与Cp经济值较接近

2)对总布置及建造工艺的影响

Cp小：船两端尖廋、工艺性差

3）与其他参数及型线的协调（二）的选择

1）阻力：存在阻力意义上的最佳

低速货船：

Lcb

在中前；

Fn>0.24时：Lcb

在中后。2）调纵倾—使Lcb与船重心位置Xg相配合3）Lcb与型线相配合—隧道型船，Lcb应适当前移（三）平行中体长度和位置1）平行中体

低速船（兴波集中于端部）—改善兴波阻力；

中速船—兴波有利干扰；

（Fn<0.24）

增加载货能力；

2）最大横剖面位置Fn>0.24时，不设平行中体；Fn<0.3时，应设于船中处；Fn>0.5时，应设于5%（中后）处；（四）面积曲线端部形状首部:

Fn<0.22时，凹型、直线型（凹型易产生肩点，增加兴波）

Fn∈[0.22,0.28]时，由于兴波增强，取消平体，首端易呈凹或微凹Fn>0.28时，首端微凹或直线尾部：直线或微凹二、设计水线形状（一）Cw

的影响稳性；布置；耐波性；快速性；*确定Cw的着眼点是快速性、其次是其他

*Cw与Cp的协调：

（二）水线首端形状与半进流角首部：

Fn<0.16时，凸形Fn∈[0.16,0.19]时，微凸或直线型

Fn∈[0.19,0.22]时，直线或微凹

Fn∈[0.22,0.32]凹形——中速Fn>0.32时，直线或微凸形，——高速

半进流角ie：对兴波阻力有影响，（图5-8）

（三）水线尾端形状尾部：光顺、避免漩涡；一般为直线。三、常规横剖面形状常规横剖面:1、

横剖线形状与面积曲线和设计水线的关系

U型：对应于ie较小的设计水线

V型：对应于ie较大的设计水线

2、U型和V型横剖线：

---阻力、推进、耐波性、稳性

实际：

大型运输船

用U型剖面

中速船舶小船、快艇

用V型剖面双桨船

折角线船型

-工艺简单

四、船首、船尾形状（一）船首形状（二）船尾形状1、方尾：

--与巡洋舰尾特点恰相反五、船尾螺旋桨的布置间隙：①有适当浸深（满载、压载）②减少激振→加大间隙

③

减少阻力→减少间隙

a：

小，有利于回收舵剖面处的旋转能量

b：

大，虽w减少不利，但螺旋桨吸水显著降低，有利于提高船身效率

c：

小，有利于提高直径

d：5-4几种典型的船舶型线1、球鼻首2、球尾3、双尾鳍4、不对称尾5、涡尾6、隧道船型7、纵流船型1、球鼻首（Since1920`s）1）减阻机理：

满载节能：10%~20%

低速船、整流

（减少破波阻力）

压载节能：20%~25%

中高速船：形成有利干扰2）球首形式

3）、球首几何参数

球首适宜尺寸：2、球尾---广泛用于现代商船（Since1930′s）1）减阻机理

阻力：摩擦阻力有所增加，但可显著降低漩涡阻力；推进：整流，使t小，w大，大

振动：减少螺旋桨激振2）球尾参数3、双尾鳍（Since1980`s）

---适用于：Cargo,Ferry,Passenger

1）节能机理

阻力：①尾部隧道为纵流线型，有利减阻；②两个尾体细长，阻力小；③细长体L/B大，B/d小，有利于减少粘压阻力；④Fn<0.2时，摩擦阻力为主要成分；Fn>0.2时，兴波阻力为主要成份；⑤双尾鳍船可缩短去流段，加长进流段，使阻力减少。推进：

①每只螺旋桨负荷低，有利于提高船身效率；

②降低激振力。2）尾鳍形式

直立、八字、倒八字。

内旋：推进效率高

外旋：操纵性好

4、

不对称尾及涡尾（Since1960`s）

机理：“预旋流作用”，节能5~7%

涡尾：平头纵流涡尾尖头涡尾球首涡尾外旋涡尾5、隧道船型（内河船）

机理：大直径、低转速螺旋桨

机理：大直径低转速，增大伴流，使流场分布均匀：转速每降低10%，可使螺旋桨效率提高3%→螺旋桨直径与转速的关系：

螺旋桨转速降低后：

略有下降显著增加

不变

6、纵流船型

（内河及限制航道水域）水流沿纵剖线流动：

①有利于消波②减少阻力③甲板面积大*缺点：风浪中易发生拍击5-3型线设计及绘制方法

1)自行设计法2)改造母型法：1-Cp；Lakenby；二次式变换（夏安福）

；一、自行设计法1、设计、绘制横剖面面积曲线

满足：▽，Lpp，B，d，Cb，Cp，Cm，Lcb…的要求

1）梯形作图法2）自行修改型船面积曲线

3）作图法修改型船面积曲线

4）图谱法（系列船型资料法）

1）梯形作图法（1）作等腰梯形AEFD。图中：（2）作斜梯形AE1F1D。当设计船浮心Xb不在船中时，可利用迁移法对其进行改造，其中梯形面积心G的高度：（3）按照面积相等原则绘制面积曲线。

2）自行修改型船面积曲线

应校核：

3）作图法修改型船面积曲线修改曲线的棱形系数（图5-35）：（1）用无因次坐标绘制型船面积曲线；（2）取（3）截取aa’=11’；bb’=22’；…（4）连接a’，b’，c’，…成光顺曲线。用迁移法修改曲线的Xb（图5-36）：（1）在基线上取K点，其距中值等于型船的Xb0；（2）取B点的水平距中值为设计船的Xb，其垂直距离为（3）过基线上各站2，4，6，…作KB的平行线；（4）过型船面积曲线上各站面积坐标点作水平线交上述各平行线于2‘，4’，6‘，…；（5）连接2‘，4’，6‘，…得设计船面积曲线。2、绘首尾轮廓线，满载水线，甲板轮廓线1）

首尾轮廓2）

满载水线：Cw，Cp，首尾端形状3）

甲板轮廓线：甲板总布置要求3、绘各站横剖线

各站具体形状参照优秀型船对应站的形状；甲板以下，设计水线以上部分按曲线趋势确定

。1）中横剖线

2）其他站上的横剖线：

（由中向首、尾绘制）绘制原则：（1）面积应等于横剖面面积曲线相应位置上的数值；（2）设计吃水处半宽应等于设计水线上相应横剖面处的半宽。U型、V型和中间型横剖面作图法：4、绘半宽水线图和纵剖线图*三面投影光顺，协调*斜剖线：可检验舭部光顺性5、编制型值表、注尺寸、字、符号

二、改造母型法（一）比例变换法

（二）移动横剖面变换法

1、

改造面积曲线的方法2、由母型船型线转绘为设计船型线的方法（一）比例变换法

（）——设计船上任一点；（）——与设计船对应的母型船上的点；船舶尺度间的关系（变换前后）：

▽=λβγ▽0

不能改变Cb,Cp,Cm等；

当λ=β=γ时，设计船与母型船几何相似。

（二）移动横剖面变换法

---当设计船与母型船Cp及Lcb不同时1、

改造面积曲线的方法1）“1-Cp”法2）“Lakenby

法”3）二次式变换函数法

4)迁移法1）“1-Cp”法（1）

形变函数表达式

设：形变函数δx=a(1-x)（2）

面积曲线变化部分形心距中

对船中之矩：

将上式展开，其中：

同理可得：（3）

面积曲线变化量、

根据浮力平衡条件：

和力矩平衡条件：

“1-Cp”法:

优点：变换式简单；满足Cb和Lcb要求；易光顺

缺点：1)平行中体长度不能控制：

2)不适用于无平体时Cp减少的情况

2）“Lakenby

法”

①

形变函数

δx=c(1-x)(x+d)(1)

边界条件：x=1时,δx=0

当x=Lpf时，δx=δLpf

（2）

又

（3）

由条件（2）（3）可求得系数c,d,代入（1）中，得

(4)其中，式中

（4）式是通过δCpf和δLpf来对面积曲线进行变换的。应用讨论：a)

当母型无平体（Lpf=0）且=0时，b)

当Lpf=0，且时，c)

当保持进流段棱形系数不变时，

有，这时d)当=0时（即保持前体棱形系数不变），由此可得δx表达式（略）②∵对船中之矩为

②求

∵对船中之矩为

略去二次项，（即项），则

（5）其中，同理可得：（6）③求、：浮力平衡条件

（7）力矩平衡条件

（8）将（5）（6）（7）（8）联立求解

，得：当不改变平体长度时（即）：

（9）

（10）

3）二次式变换函数法

设：形变函数

（5-44）后半体：

（5-45）①求系数

边界条件：

当时，代入式（5-44）

当时，代入式（5-45）

可得

（5-46）

（5-47）

②求系数先根据棱形系数改变量可得，经整理可得

（5-48）式中其中：Cf,母型船前体棱形系数；Ca,母型船后体棱形系数；

Mf,母型船前体对y轴的静矩；

Ma,母型船后体对y轴的静矩。

再根据浮心的改变量，以新船对母型船前后体增加的面积，可以得到如下的力矩平衡方程：

（5-49）式中分别为前、后体增加的面积对y轴的静矩。将式（5-44）中的表达式代入上式可得

式中：

上式中，

分别为母型船前体面积的曲线对y轴的惯性矩和三次矩

对于后体可类似得到式中其中，

为母型船后体面积曲线对y轴的惯性矩和三次矩，

且

令将及dM

代入（5-49）式，并与（5-48）式联立可得方程组：解此方程组可得到标准二次方程：

（5-50）式中