《35000DWT散货船的方案设计》13000字

-Ⅲ-35000DWT散货船的方案设计摘要在新冠疫情的冲击下，航运及造船市场也遭受到了严重的冲击，不过作为航运市场三大主力船型之一的散货船交付却是唯一呈现增长趋势的，由此可见散货船的地位以及需求，也反映出其设计建造的必要性。本次设计课题为35000DWT散货船的方案设计。本着在严格完成设计任务书的要求的基础上，经过多方面的综合考量，使得本设计船能够具有优秀的性能以及可观的经济性。设计情况及内容如下：在初步确定设计船主要要素时，使用两种不同的方法分别进行计算，在得出两组数据之后，结合设计任务书的相关要求、相关设计经验、相关规范法规以及经济性等多个方面的综合考量，选择较优的一组主要要素。型线设计分为水下和水上两个部分来进行，水上部分自行设计，而水下部分则使用“1-Cp”法来进行设计。由于船舶设计看似在分步进行，实则各个部分在互相影响，所以设计者需要在已经得出的主要要素的基础上，在进行型线设计时还需要充分考虑后续的总布置设计等。本设计船的总布置设计在大体上参考所选取的母型船的总布置设计方案，由于设计船与母型船还是存在一定的区别，所以在不少的细节上从设计船本身的特点出发进行合理的布置设计。根据船舶静力学相关的规定，利用表格进行静水力计算，并且将计算所得的一系列数据绘制静水力曲线图。关键词：散货船；主要要素；型线；总布置设计目录摘要 I设计任务书 11现代散货船发展及母型船资料 21.1现代散货船的发展情况 21.2现代散货船的特点 21.2.1船体主要要素 21.2.2舱室划分以及结构形式 21.3母型船资料 31.3.1主要尺度 31.3.2航速、螺旋桨及续航力 32船舶主要要素的初步拟定 42.1排水量估算 42.1.1载重量系数的初步拟定 42.1.2排水量的初步确定 42.2主要要素的初步拟定 42.2.1设计船主要要素的计算 42.2.2设计船主要要素的初步确定 52.3主机选型 52.4空船重量估算 62.4.1估算船体钢料重量WH 62.4.2估算舾装重量Wo 62.4.3估算机电设备重量Wm 62.5重力浮力平衡 62.6稳性校核 62.7航速校核 82.7.1总推进系数的估算 82.7.2计算有效功率曲线 92.7.3有效功率曲线 102.8容积校核 112.8.1载货量估算 11(1)燃油重量估算 11(2)锅炉水重量 12(3)滑油重量估算 12(4)人员及行李、食品、淡水重量量估计 12(5)备品 122.8.2舱容计算 122.9本章小结 143型线设计 153.1绘制母型船的横剖面面积曲线 153.2改造母型船横剖面面积曲线 173.2.1母型船相关参数 173.2.2改造母型船横剖面面积曲线 173.3绘制型线图 193.4本章小结 214总布置设计 234.1概述 234.2总布置设计的基本原则 234.3划分肋骨间距 234.4确定双层底的高度 234.5船舱布置 244.5.1总体划分 244.5.2舱室内部的划分情况 244.5.3上甲板布置 254.6上层建筑布置 254.7舾装设备 264.7.1锚泊设备 264.7.2系泊设备 274.7.3舵设备 274.7.4救生设备 274.7.5消防设备 274.7.6货舱舱盖 274.8总布置图绘制 274.9舱容校核 274.10本章小结 305静水力计算 315.1静水力曲线的绘制 31总结 34参考文献 35附录 36PAGE2–PAGE33–设计任务书1用途本船用于运载散货煤，煤密度约为0.8547t/m³。2航区航线本船航行于我国近海区域，航线为黄骅到上海。3船级本船由中国船级社登记入级，并取得如下船级：CSA5/5BULKCARRIER，ICECLASSB4船型本船为艉楼、单机单桨、平衡舵、尾机型，柴油机推进。5航速要求设计航速不小于12.0节。6续航力本船续航力约为4000海里。7自持力本船自持力为30天。8船员数本船船员数为25人。

1现代散货船发展及母型船资料1.1现代散货船的发展情况上世纪五十年代之前，并未存在专用的散货船一说，承运矿石、谷物等干散货的船型为杂货船。在随着专用化船舶的发展，渐渐出现了以矿石、煤炭等为货物的专用运输船，事实上也就是散货船的原型，这个状态一直持续到第二次世界大战之后，运输矿石、煤炭的散货船得名并且发展起来。随着干散货的“边界”逐渐扩张即更多的货物开始采用散装的运输方式，散货船运输不再狭隘地局限于矿石和煤炭，其应用范围及船队规模开始迅速扩大。散货船的发展经历了一个大型化的过程，在上个世纪五十年代左右，其单船的平均载重吨位在1.9万吨，七十年代左右已经超4万载重吨。单船的平均吨位增长主要体现在巴拿马型、好望角型以及大灵便型散货船，同时载重吨在4万以下的散货船舶数量明显减少，各种类型的散货船的平均吨位也呈上升趋势。对于国内而言，散货运输占了不小的比例，散货船队的发展和壮大对于国际贸易而言着实有着主力军之称，不过从船队的结构方面而言，散货船队载重吨依然处于偏小的处境，尚未达到世界平均的水平。而就船队规模而言已经可以基本满足国内运输的需要。散货船的发展经历了数个阶段，在一次次问题暴露之后都改头换面以全新的姿态进入造船市场，结构问题、安全问题都被一一优化得以达到现代典型的散货船模式。1.2现代散货船的特点1.2.1船体主要要素船体主要要素，即主尺度、船形系数以及尺度比，是用来表示船体大小、形状以及肥瘦程度的几何参数。而对于散货船而言，其主要要素特点主要体现于尺度比：资料显示L/D=10.7~12.0L/B=5.5~6.8B/D=1.5~2.0对于肥大船型而言，其方形系数Cb较大，因此型深也会较大。1.2.2舱室划分以及结构形式舱室划分以及结构形式主要分为两部分：货舱和首尾尖舱。(1)货舱划分及结构形式货舱区多为双底单壳形式、大开口货舱口、设置底/顶边舱。货区通常采用的结构形式为纵骨架式。一方面由于散货船的船舶尺度较大而主机功率相对较小，另一方面为了防止货舱区发生起火、爆炸等危险，采用尾机型机舱。(2)首尾尖舱划分及结构形式首尾尖舱的结构形式多为横骨架式。而船首尾的形状则参照母型船。其中首部为减小阻力采用球鼻首结构。1.3母型船资料母型船载重量为34000载重吨，用于运载散货煤。主要航区为中国近海海域。母型船为艉楼、单机单桨、平衡舵、尾机型、柴油机推进的散货船设有首楼甲板和尾楼；尾楼甲板以上设有包括救生甲板在内的五层甲板室。共设有五个货舱，舷侧设有顶/底压载水舱。1.3.1主要尺度总长177.91m垂线间长170.00m型宽29.60m型深14.60m设计吃水9.74m货舱容积43669.8t载重量（最大）34000t1.3.2航速、螺旋桨及续航力在设计螺旋桨的时候，考虑了主机功率储备15%，母型船的设计航速12.03kn，当主机功率为额定功率的0.85倍时，服务航速可达14.50kn。母型船选用MAU-4系列浆，螺旋桨直径为4.356m.螺距比P/D=0.649，旋向为右旋，浆轴中心线距基线2.8m

2船舶主要要素的初步拟定2.1排水量估算2.1.1载重量系数的初步拟定母型船为34000DWT散货船，母型船排水量为40116t，其载重量系数；设计船为35000DWT散货船，其载重量系数随着载重量的增加而增加，此处将设计船载重量系数取值一致为0.806。2.1.2排水量的初步确定排水量第一近似值根据载重量系数法估算ADVANCE\u535000/0.784=43424.3t(2.1)2.2主要要素的初步拟定2.2.1设计船主要要素的计算(1)使用母型船换算公式计算相关主尺度L=L0（△/△0）1/3=174.55mB=B0（△/△0）1/3=30.39md=d0（△/△0）1/3=10.00mD=D0*(d/d0)=14.99m0.775(2)统计公式法散货船Lpp=8.545DW0.2918(2.2)B=0.0734L1.1371(2.3)d=0.0441L1.051(2.4)式中DW──载重量，t；L──船长，m。代入相关数据得L=180.99m，B=27.09m，d=10.40m。由此得到型深D=D0*（d/d0）=15.58m，方形系数近似值 0.851。2.2.2设计船主要要素的初步确定经过将以上两种方法所得结果在船舶主尺度对各性能的影响以及综合经济效益等方面的分析比较之后，将设计船的主要要素初步确定为：Lpp=174.55mB=30.39mD=14.99md=10.00mCb=0.775△=43424.3t首先上述设计船的主要要素符合该载重范围散货船的尺度范围。对于船长而言，增加船长虽然会导致增加空船重量，但是同时也能减小阻力，所以此处存在一个利弊权衡，不过一般而言在综合考虑到经济型方面，船舶设计中选取的实际船长要比最低阻力船长小很多。因此在综合考虑到影响航速的快速性，以及影响造价的经济型，将上述主要要素作为设计船的初步方案。2.3主机选型用海军部系数法估算主机功率，母型船海军部系数为(2.5)代入相关数据求得母型船海军部系数为C=476。设计船主机功率(2.6)设计船要求的试航速度不低于12.0kn，因此取V=12.0kn。同样保持15%的功率储备，得到设计船的BHP=4321kW。查阅MAN-B&W公司的相关主机型号资料，选取的主机型号为MAN5S35ME-B9。表2.1选用主机参数项目单位数值主机额定功率kW4350主机额定转速r/min127缸径mm35活塞行程mm1550重量kg81000燃油消耗率g/kwh1752.4空船重量估算 通常情况下，在船舶的设计过程中，将船舶的排水量分为两个部分，分别是空船重量以及载重量。而空船重量部分又分为三个部分，分别是船体钢料重量WH、船舶舾装重量Wo以及机电设备重量WM。2.4.1估算船体钢料重量WHWH=3.90KL2*B*（CB+0.7)×10-4+1200K=10.75-[(300-L)/100]3/2=9.344将参数值代入得出WH=6177.39t2.4.2估算舾装重量Wo舾装重量根据母型船使用百分数法进行计算Wo=W00/Δ0*Δ=1647.6t 将参数值带入得出Wo=1647.62t2.4.3估算机电设备重量Wm机电设备重量的估算采用统计公式，其关系近似按照主机功率的平方根进行换算Wm=Cm（P/0.7355）^0.5其中Cm由母型船换算得出，取Cm=8。 将参数值带入得出Wm=613.18t所以船体LW=WH+Wo+Wm=8438.20t2.5重力浮力平衡 初估的主尺度决定的排水量为43424.3t 计算所得的空船重量为8438.20t 总重量为LW+DW=43438.2t 误差为0.03%<1%，可不进行修正。2.6稳性校核接下来校核设计船的初稳性是否满足要求。初稳性高估算按下式进行：(2.7)式中─所核算状态下的初稳性高；─相应吃水下的浮心高度；─相应吃水下的横稳心半径；─所核算状态下的重心高度；─自由液面对初稳性高修正值，此处暂时忽略不计。浮心高度的近似公式(2.8)6.047m0.85方形系数确定，水线面系数，代入相关数据得到m。6.047m0.85由诺曼公式得到横稳心半径的近似公式(2.9)7.370m代入相关数据得到。7.370m重心高度(2.10)初稳性高度(2.11)设计船为散货船，认为可以不考虑自由液面影响。Δh=0(2.12)横摇周期(2.13)式中—修正系数。时，时，f取1.0。本设计船，代入相关数据的。波浪周期(2.14)式中—波长，我国沿海为60～70m，本船取65m。代入相关数据得s。调谐因子要求(2.15)稳性校核的最终计算及校核结果见下表。表2.2初稳性计算及校核结果状态项目空船满载系数0.680.62重心高度/m10.1939.294初稳性高度/m3.2244.123不考虑自由液面影响>0.15>0.15横摇周期/s11.82>810.18>8调谐因子2.10>1.31.76>1.3本设计船符合初稳性要求。2.7航速校核2.7.1总推进系数的估算具体过程见表2.3和2.4。表2.3估算推进系数推进系数估算参数BHP（hp）8080伴流分数（）0.34推力减额分数（）0.27相对旋转效率1.00船身效率ηH((1-t)/(1-w))1.10600.7750.779转速142本设计船将取储备功率为10%，而轴系效率。表2.4螺旋桨推进效率估算项目数值航速12.07.9252.887.27MAU4-40（查图）0.52MAU4-55（查图）0.51MAU4-70（查图）0.50最终总推进系数0.512.7.2计算有效功率曲线采用莱普法进行有效功率曲线估算，具体过程见表2.5和2.6。表2.5主要参数航速校核主要参数Lpp174.55Δ43424.3Ld176.30Cm0.995B30.39Cp0.779d10.00Cpd0.792D14.99B/d3.04▽42365.17Ld/B5.80Cb0.775Xb＝2.3%Lpp4.01Cbd0.788S7174.390.5ρS374861.7ρ104.50CRt=(BdCm/s)ζr0.042ζr表2.6莱普法估算有效功率序号项目数值1V(kn)101112132Vs(m/s)5.1445.6586.1736.6873Vs/√(Cpd*Ld)0.4350.4790.5230.5664ζr*10^3（查图）23.024.027.028.45Ld/d修正值（查图）12%12%12%12%6修正后ζr*10^3=[1.0+(5)]*(4)25.7626.8830.2431.817Crt*10^31.0431.0891.2251.2888V*Ld1727.11899.82072.52245.29摩擦阻力Cfs*10^3(查图）1.6071.5881.5711.55510粗糙补贴CA(查表）0.00020.00020.00020.000211（Cfs+CA)*10^3=(9)+(10)1.6081.5881.5711.55512Cti*10^3=(7)+(11)2.6512.6772.7952.84313Vs2(m2/s2)26.46132.01738.10344.719141/2ρVs2S(kg)924880911191059133182861563048815Rti=(12)*(14)*10-3(kg)24516.5629955.1937228.8544437.3816B/d修正=（B/d-2.4）*5%0.0370.0370.0370.03717Rt=（15）*（1.0+（16））（kg）25423.131062.838605.546080.518Vs/750.0690.0750.0820.08919EHP=（17）*（18）*0.7361283.41724.92338.63024.02.7.3有效功率曲线由上表在各个航速下所需主机功率可以得到如下有效马力曲线，见图2.7。图2.7有效马力曲线 由上述相关图表及数据可得出航速满足要求。2.8容积校核2.8.1载货量估算(1)燃油重量估算燃油的储备量WF主要根据续航力、服务航速、主机燃油消耗率、主机功率等确定，对于散货船可以采用一下公式进行近似估算：WF=g0P1*R/vs*k*10-3式中：g0——一切燃油装置耗油率，通常近似地取主机燃油消耗率的1.15~1.20倍。此处取主机燃油消耗率的1.18倍；P1——主机常用额定功率，kW；R——续航力，nmile或km；Vs——服务航速，kn或km/h；k——考虑风浪影所引起的系数，一般取1.1~1.2。其式中各参数取值：一切燃油装置耗油率g0取主机耗油率的1.18倍；主机持续功率P1比为4321kW；续航力R为4000海里；服务航速为12节；系数k选取与母型船近似相等。计算出设计船燃油重量WF=342.043t(2)锅炉水重量(2.16)60.48t代入相关数据得到t60.48t(3)滑油重量估算对于滑油重量Wt的估算，可以近似地将滑油取为燃油重量的3%到5%，本设计船将取燃油重量的4%作为滑油的重量。Wt=4%*342.043=13.68t(4)人员及行李、食品、淡水重量量估计我国船舶设计中人员的重量通常按照每人65kg来计算，船员所携带的行李按规定其重量约为35~55kg，本次设计中船员行李重量取值为50kg。对于食品和淡水而言，根据人数以及自持力按照下式进行估计重量：总储备量=自持力（d）*人员数*定量（kg/（d·人））定量包括食品定量以及淡水定量，其中食品定量范围通常为每人每天2.5~4.5kg，本次设计中食品定量取值为3.5kg，淡水包括饮用水和洗涤淡水，其定量根据航程航线不同而略有差异，因本设计船为海船，通常海船的淡水定量为每人每天100~200kg，本次设计取值为150kg。计算出上述各项的总重量为118t。(5)备品备品通常取载重量的0.05%~1.0%，本设计船将取0.08%DWT，即为28t。以上总重量为534.38t。本设计船载重量为35000DWTt，则载货量为34465.62t。Wc=DW-523.2=34465.62t(2.17)2.8.2舱容计算本设计船货舱区能提供的总容积VTC=LCACKC(2.18)=(Lpp-LA-LF-LM)ACKC(2.19)AC≈B(D-hD)(2.20)上式中VTC——货舱区所提供总共的容积，；LA、LF、LM——分别为艉、艏尖舱以及机舱的长度，m；——货舱区的长度，m；——货舱区的长度利用系数，KC=0.135+1.08Cb；AC——船中处中横剖面的面积，㎡； hD——双层底的高度，按相关规定不能够小于（20B+45D+300）/1000，m。代入相关数值计算得出KC=0.972，AC=403.88㎡，取与母型船数据一致hD=1.7m。本设计船货区所能够提供的容积为VTC=51764.27m³。本设计船所需要的货舱能提供的容积为Vc=Wc*μ/kc(2.21)上式中WC——载货量，t；μ——货物的积载因数，m³/t；kC——容积折扣系数。根据母型船的相关资料取kC=0.974，而μ为1.22。则货舱需要提供的容积为VC=43170.49m³。其他容积取船主体容积的4%：VA=4%×Vp=2721.9m³；(2.22)取容积折扣系数为0.97，其油密度为0.8g/cm³，淡水密度为1g/cm³，则油水需要的容积为：Vw=112.5÷1÷0.97=116.0m³；Voi=336.33÷0.8÷0.97=448.4m³；(2.23)本设计船所提供的型容积为：Vp=Lpp×B×D1×Cbd(2.24)式中VP——船体提供的最大型容积，m³；B——船舶的型宽，m；D1——计算型深，D1=D+0.8，m；Cbd——计算方形系数，Cbd=Cb+（1-Cb）×（D-d）÷3d。经过相关计算得到最终能提供的型容积VP=68048m³。进而得出能提供的最大压载水的容积V2=VP-Voi-VTC-VW-VA=12997.43m³；V2÷DW×100%=37.13%经过上述计算可以得出，在除去各项所要求的必须容积以后，最终可能提供的最大压载水的容积为12997.43m³，其值为载货量的37.13%，在经过比对后，满足设计经验范围1/3DW~½DW,并且进行明确，这里所计算的压载水的容积是以全船范围为标准，其中全船的压载水舱包括首压载水舱以及尾压载水舱。综上所述，该舱容满足设计所需要求。2.9本章小结本设计船为运输船舶，设计时不仅需要考虑实用性并且还应注意降低船舶的造价，降低相关消耗，在提高船舶运输能力的同时也提高船舶的经济性。在考虑到提高经济性的时候，可以适当地减小船长；但作为一条运输船舶为而言，其航行时间的长短也应有一定的优先级，所以需要力求适宜的航速，所以船长不能过短；在结构上而言，本设计船为单壳双层底，压载水舱方面设置了顶/底边舱作为船舶的压载水舱，为了保证舱容的要求，在设计上可适当地增加型深以及梁拱来满足；本设计船属于小灵便型散货船，适航性较好，满足要求。综上所述，本设计船的设计思想为：在力求满足性能和舱容的要求下，适当地能够减小本船主尺度来额外提高经济性。以上性能校核均满足要求，因此主要要素不再做修改。Lpp=174.55mB=30.39mD=14.99md=10.00mCb=0.775mΔ=43424.3t3型线设计型线设计将采用“”法来进行。本设计船的主要要素如下： LPP=174.55mB=30.39m D=14.99m d=10.00m Δ=43424.3t Cb=0.775 Cp=0.779 Cm=0.995 Xb=1.567%LPP=2.7353.1绘制母型船的横剖面面积曲线母型船横剖面图，如图3.1。图3.1母型船横剖面图首先在母型船的横剖面图中画出最大的吃水线d=10.10m，利用d=10.10m吃水线截水线以下的型线图，之后再利用CAD的面域特性命令，计算得出母型船在各条水线下各站的横剖面面积，如下。将母型船各站横剖面面积无因次化之后，可以画出母型船的横剖面面积无因次化曲线，如下。图3.2母型船横剖面面积曲线3.2改造母型船横剖面面积曲线3.2.1母型船相关参数母型船无因次化后的横剖面面积曲线面积对应着母型船的棱形系数，因此可以得到母型船前、后体的两个棱形系数与。于是计算得出母型船前体的棱形系数Cpf0=0.8852，以及母型船后体的棱形系数Cpa0=0.7881进而可以得出母型船的棱形系数Cp0=0.848，以及浮心纵向位置Xb=3.91m。3.2.2改造母型船横剖面面积曲线按照“”法求取母型船横剖面面积曲线各站的移动距离的表达式如下所示：(3.1)经过变式计算，各辅助站距理论站的距离应为，那么可以由此得到变化过后的设计船的面积曲线。设计船的棱形系数Cp=0.789。根据下列公式(3.2)(3.3)式中、—设计船前体棱形系数、设计船后体棱形系数；—设计船的棱形系数；—设计船浮心纵向位置，Xb=2.3%Lpp。代值计算得出Cpa=0.738，Cpf=0.841。得出各站偏移量。根据相关的偏移量，可以成功绘制出“”法的横剖面面积曲线如下图。图3.3“1-Cp”法横剖面面积曲线表3.1“1-Cp”法各站偏移量数据得出新的计算数据值Cp=0.788，Xb=2.4%Lpp=4.18m。由上述结果可得知，的变化量很小（设计值CP=0.789，计算值Cp=0.788，相对误差仅为0.12%），满足相关要求；初设计值为2.3%Lpp,实际得出的计算值为2.316%Lpp，相差较小，满足0.05的相关误差要求，因此认为设计得出的数据满足。3.3绘制型线图(1)选择合适的比例，绘制出本设计船的格子线(2)绘制出辅助所用的水线半宽图①在已有的水线图上绘制出辅助站的相关位置；②在绘制出的辅助站上取出半宽（取值应为），式中，和应分别为设计船某条辅助水线在各个站处的型值半宽以及型宽；和应分别为母型船的对应水线上各个站的型值半宽和型宽。由上述操作可以得到各条辅助水线。(3)绘制横剖面图①在横剖面上画出各条辅助水线，（取值应为），式中，和应分别为设计船以及母型船的设计吃水，而应为设计船以及母型船水线所与之对应的辅助水线；②取水线图上理论站各条辅助水线的半宽值，然后绘制到横剖面图的各条辅助水线上，进而可以得到所需的横剖线图；③根据所绘制的横剖线图进行设计船与的校核。由所绘制出的横剖线图进行相关计算得出设计船各站横剖面的面积，在进行无因次化之后画出横剖面面积曲线，进而可以得到所需的与值：(3.4)进行设计值与实际值的比对如下。(4)绘制理论上的水线半宽图在绘制出的横剖线上取各条理论水线上各个站的半宽值，再重新绘制到水线图中，进而得到理论水线。(5)绘制纵剖线图在半宽水线图中每相隔1000mm绘制出一条纵剖线，确保每条对应的纵剖线与各条水线都有所与之相对应的各个交点，进而再把这些交点投射到纵剖线图上的各条相应水线位置处，并连接这些交点从而得到所需的纵剖线图。(6)进行光顺配合三向光顺顺序的顺序如下：Ⅰ光顺横剖线图；Ⅱ光顺半宽水线图以及纵剖线图。(7)进行型值的校核在进行广顺配合的时候，因对造成型线不光顺的点进行了型值上的相关调整，可能出现船形系数不满足要求的情况，因此为了检验调整以后船体各船型系数是否满足要求，有必要再进行一次验证，计算结果如下。由上述的计算结果可得出，设计理论值与实际的计算值之间的误差微乎其微，因此再光顺配合之后的船型系数依然满足设计要求。(8)绘制甲板边线和甲板中心线①第一步先确定首、尾舷弧以及粱拱曲线；②为了方便后续的施工，将甲板中心线认定为直线；③由已经确定的梁拱曲线以及甲板中心线绘制出甲板边线。(9)绘制型线图水面以上的部分型线图的设计分为两部分，水下部分根据母型船采用1-Cp法进行设计，而水上部分则采用自行绘制的方法进行设计。对于水面以上的型线设计，由于设计船的吨位与母型船相接近，所以采用相应的比例变化以及光顺配合来设计并且绘制出型线图水面以上的部分。(10)确定型值表、完成注字以及尺寸的标注型线图见附图1。3.4本章小结设计船型线的各项数据：总长179.91m设计水线长174.66m垂线间长174.55m型宽30.39m型深14.99m设计吃水10.00m方形系数0.775中剖面系数0.995棱形系数0.789水线面系数0.890浮心纵向位置+2.316%Lpp排水量43424.3m3主甲板粱拱0.70m本章节的型线设计在船舶总体设计的内容中为非常重要的一项。优秀与否的型线能很大程度地影响到船舶的性能、使用以及建造。在型线设计的过程中，快速性通常为需要考虑的主要地位，并且需要同时兼顾操纵性、船舶稳性、耐波性等以能够保证较为优秀的航海性能。水上部分和水下部分应该分别考虑设计，但也应该几何配合起来。本设计船型线设计采用“1-Cp”法以及自主设计分别对水下部分以及水下部分进行设计。水下部分的型线以横剖面面积曲线为起点采用“1-Cp”法进行，将横剖面面积曲线分为两个部分进行相应的修改，分别式前体与后体。决定了横剖面面积曲线之后，船体型线在某种程度上已经确定了，而水上部分的型线则利用母型船的型线进行比例变化以及光顺配合完成。

4总布置设计4.1概述总布置设计是影响全局的一个重要内容，需要综合考虑各个方面的因素，协调各个部分的设计工作。其内容主要包括以下：(1)合理区划船舶主体以及上层建筑，确定包括但不限于机舱、货舱等各种舱室的位置和地位；(2)调整船舶浮态，合理安排分配沿船长方向上的重量的分布情况；(3)合理布置船舶的舱室以及设备等；(4)合理布置各个位置的通道以及梯口。4.2总布置设计的基本原则总布置设计的特点因条件不同而多变，但以下为必须遵循的原则：:(1)力求最大化船舶的使用效能；(2)保障优秀的船舶性能；(3)从结构的工艺、合理性出发充分考虑船舶结构强度；(4)确保符合相关规定；(5)力求船舶内外部的舒适和美观；4.3划分肋骨间距根据《钢质海船入级与建造规范》的相关规定，确定肋骨间距时，其标准间距应按照下式来进行计算：(4.1)本设计船的垂线间长Lpp=174.55m，经过计算得到Sb=0.779m。根据相关规定，Sb的实际取值为0.8m。4.4确定双层底的高度根据有关规定，船舶双层底的高度h不应小于（20B+45D+300）mm=1.582m，本设计船的型宽B=30.39m，型深D=14.99m，计算得出本设计船的双层底高度h不应小于1.582m，实际取值1.7m，符合相关要求。4.5船舱布置4.5.1总体划分(1)船舶水密舱壁的划分本设计船为了满足包括但不限于船舶安全性能以及结构强度的要求，必须布置适宜数量的水密舱壁，其将船舶主要划分为四种舱室，分别是首、尾尖舱、机舱以及货舱。其最小数量根据相关规定得出应为7个。(2)机舱的地位及长度由于设计船与母型船的主机选型一致，并且吨位相近，所以本设计船的机舱长度将考虑与母型船的机舱长度选取相同，取值为20.0m。(3)首尖舱以及尾尖舱长度的确定按照相关的法规和规范：①本设计船应布置通常情况下为首尖舱后端舱壁的防撞舱壁，并且该舱壁与首垂线的距离既不应该小于0.05Ls（结构设计船长），也不应大于0.08Ls。一些船舶的船首会采用球鼻首结构，对于这些具有球鼻首结构的船舶而言，也应当合理考虑舱壁与船首的距离，认为其计算距离的七点应该确定位球首长度的中间位置，或者以另外以一种标准即首垂线前0.015Ls处等方式，并且取其中较小者。②对于尾尖舱长度的确定，本设计船以母型船的布置为参照进行布置。不过对于一般货船的而言，其尾尖舱的长度应为0.04Lpp~0.05Lpp，不同于货船，本设计船为散货船，其尾尖舱的长度通常应为0.035Lpp~0.045Lpp。本设计船实际取值为6.5m，其值满足上述条件，符合设计要求。(4)其余舱室的划分对于货舱以及其他舱室的划分而言，由于散货船船型的因素，需要综合考虑货物的装载情况，充分保障船舶性能以及结构强度，本设计船从母型船的货舱划分情况出发，综合考虑将设计船的货舱进行五个划分，并且布置与其所相对应的顶边舱以及底边舱。划分为五个货舱需要布置上述所提到的7个水密舱壁。4.5.2舱室内部的划分情况(1)尾尖舱区本设计船船尾处布置两个位列左右两侧压载水舱，一个位于中部的舵机舱，一个位于右侧的消防泵舱以及一个位于右侧的缆绳储存舱。(2)机舱区本设计船机舱区为双层底结构，该双层底结构内设有包括但不限于船底水舱，锅炉水舱，轻、重沉降箱，主机滑油舱，燃、滑油溢油舱等。本机舱区内部设置有2层平台，分别为6.5m的平台以及11.5m的平台。并且按相关规定设置有安全逃生通道。(3)货舱区本设计船货舱区布置有5个货舱，被7个水密舱壁所划分。货舱舷侧设置有顶、底压载水舱。(4)首尖舱区本设计船首尖舱区设置有包括防撞空舱，锚链舱声纳，锚链舱污水阱以及速度仪舱。4.5.3上甲板布置本设计船的上甲板布置情况详情请参见总布置图。4.6上层建筑布置本设计船的首楼甲板布置有必备的锚系设备，尾楼甲板布置有五层甲板，至下而上分别是罗经、驾驶、起居1、起居2以及救生甲板，并且该尾楼甲板的尾部还布置有包括但不限于系泊绞车、岛缆孔等船舶所需储备的系泊设备。具体情况分布及其相关布置情况如下所述：(1)尾楼甲板的布置情况本设计船尾楼甲板布置有五层甲板，设置有包括但不限于干货以及各类食品的储藏室、提供医疗服务的医务室、防控安全的消防控制室、保障船舶航行性能的压载控制室以及一些生活起居所用的卫生间、淋浴室、电影室等。(2)首楼甲板的布置情况本设计船的首楼甲板设置有灯具室、油漆室以及水手长间等。并且甲板上有船舶所必备的相关系泊设备。(3)救生甲板的布置情况本设计船救生甲板设置有船员餐厅、娱乐室、厨房、卧室、机舱棚、隔离室、应急发电室等。船舶右舷设置有救助艇、救生筏、物料吊车以及救生吊车等救生设备。(4)起居甲板2本设计船甲板2设置有三管、三副以及普通的船员室、以及相关生活起居所需的洗衣、烘干室等。(5)起居甲板1本设计船起居甲板1设置有楼梯，电、管弄以及部分高级船员室，例如船长、轮机长、大管轮、二管轮、大副、二副等。此外还设置有船东室、更衣室、烘干室等。(6)驾驶甲板本设计船驾驶甲板设置有控制船舶行径的驾驶室、组合电台室、蓄电池室以及电气设备室等。此外还设置有楼梯以及卫生间等。(7)罗经甲板本设计船罗经甲板设置有雷达设备、声光信号设备以及磁罗经、汽笛、后桅等设备。4.7舾装设备本设计船舾装设备按照相关规范和规定的要求进行选取。本船舾装数计算公式如下：(4.2)式中：―夏季载重线下的型排水量，t；―船舶型宽，m；―从夏季载重水线到最上层舱室顶部的有效高度，m。―船长范围内夏季载重水线以上的船体部分和上层建筑以及各层宽度大于的甲板室的侧投影面积，。4.7.1锚泊设备(1)锚的选取对于锚泊设备的选择，由于本设计船为运输船舶，所以选取的锚的种类为斯贝克锚。根据相关的规定，当锚泊设备的配置为三只首锚的时候，要求其中一只为备锚，所以本设计船所确定的锚的种类为斯贝克锚，其中首锚2只，备锚1只。(2)锚链的选取根据上述所选的锚以及相关数据来选择锚链，本设计船所选择的锚链为两根AM2的有档首锚链。(3)起锚机的选取根据相关的要求，结合本设计船以及现代运输船的结构特点，本设计船对于起锚机的选取在综合考虑的情况下选择两台单侧式锚机。(4)掣链器的布置根据相关要求以及其用途特点，选取结构强度以及尺寸合适的掣链器，并且在该掣链器以及锚链筒上端之间设置合适的导链滚轮。4.7.2系泊设备(1)系缆索以及拖索的布置系泊设备对于船舶而言有着不可言喻的必要性。其布置情况对于船舶系泊有很大的影响，所以其布置情况的合理与否至关重要。根据相关规定以及设计经验，本设计船的系泊设备设置有6根系缆索以及1根拖索，保障其长度以及破断载荷来达到合理以及强度可以足够。(2)系泊属具的布置本设计船的带缆桩、导缆孔、导缆滚轮等系泊属具将根据相关规范以及规定来布置。4.7.3舵设备舵设备的选取应当根据船型、大小以及船舶型线综合考虑。本设计船为散货船，根据上述条件综合考虑选取1只半悬挂平衡舵以及1台摆缸式舵机。4.7.4救生设备为了应对突发状况及危险情况，本设计船布置了一艘容纳30人的救生艇，其位置位于尾楼甲板。一艘容纳30人的救助艇，其位置位于船舶右舷。两个救生筏，其位置分别位于左右舷。并且本设计船还配置有30只救生圈以及35件救生衣。4.7.5消防设备本设计船上的所有消防设备均按照相关的规范及要求进行数量上以及质量上的合理配置。4.7.6货舱舱盖本设计船的货舱舱口均采用风雨密舱盖，其型式为侧移式，驱动方式为液压式。4.8总布置图绘制总布置图详情请见附件图纸。4.9舱容校核(1)货舱容积校核通过横剖面图和横剖型线图，通过构造面域，从而得到各个站的货舱面积：站号mm2m2系数面积*系数4329412780329.41281329.41285341162179341.16222682.32046341472000341.4722682.9447341472000341.4722682.9448341472000341.4722682.9449341472000341.4722682.94410341472000341.4722682.94411341472000341.4722682.94412341472000341.4722682.94413341472000341.4722682.94414341472000341.4722682.94415341472000341.4722682.94416339625374339.62542679.250717331312502331.31252662.62518259758406259.75842519.516818.5259379752259.3798019218775496218.77551218.7755根据相关数据计算得出下列货舱甲板下的容积：5号货舱9175.94号货舱9834.43号货舱9014.92号货舱9816.71号货舱6415.4由于舱口围板的尺寸原因，存在一定可观的容积，计算出容积如下：舱口围板处容积：面积：29.20m21号货舱：253.26m32号货舱：560.64m33号货舱：513.92m34号货舱：560.64m35号货舱：560.64m3容积利用μ0.50总容积：1224.55m3将之前所计算得出的货舱容积与上面所计算得出的舱口围板容积作和，得出总容积为44072.34m³，将甲板下货舱容积和舱口围板提供容积相加，即得到船舶能提供的煤炭货物容积，为43669.8m³，初估的煤炭所需舱容为：43170.489m³，将两者进行比对并计算得出相对误差为2.089%，根据相关设计原则，得出的数据满足误差小于5%的设计要求。(2)再次校核压载水舱容积根据已知数据进行相关计算得出：单位为m35号顶边舱：压载水舱洗舱水舱污油水舱686.47373.67156.40156.404号顶边舱：726.85全为压载水3号顶边舱：666.28全为压载水2号顶边舱：724.98全为压载水1号顶边舱：压载水舱381.58各站总横剖面积（除顶边舱）底舱面积系数面积*系数站号mm2m24415456883415.45760.806160.8065430126779430.12763.7272217.4536440985421440.98574.2762148.5517445657651445.65878.9482157.8968446186821446.18779.4772158.9549446186821446.18779.4772158.95410446186821446.18779.4772158.95411446186821446.18779.4772158.95412446186821446.18779.4772158.95413446186821446.18779.4772158.95414445727788445.72879.0182158.03615445386443445.38678.6772157.35316438418174438.41873.7492147.49917417242556417.24362.7612125.52118376475518376.47697.2872194.57319270614214270.61446.741146.741经过上述计算可以得出，最终可能提供的压载水总容积为13004m³，其值为载货量的37.15%，初步舱容校核时所得到的压载水总容积为载货量的37.18%，将两个值进行比对，两者差距甚微，并且满足设计经验范围1/3DW~½DW，因此认为设计无误。4.10本章小结总布置设计是影响全局的一个重要内容，需要综合考虑各个方面的因素，协调各个部分的设计工作。总布置设计的合理与否影响着船舶性能等多个方面，正是由于总布置设计的特殊性以及重要性，在这个阶段需要充分考虑使之合理化。由于本设计船与母型船的吨位以及用途等均相似，所以在进行总布置设计时能够参照母型船的总布置设计来进行布置，但是本设计船与母型船也有一定的区别，所以多数细节方面需要从本设计船的特点出发进行布置。在这个阶段，完成了各种舱室的布置以及各种设备的选取布置，并且对货舱容积以及压载水舱进行了再一次校核。

5静水力计算5.1静水力曲线的绘制船舶静水力曲线图是在经过静水力计算之后所绘制成的综合曲线图，该图能够全方位地表征船舶在静止并且是正浮状态时的浮性以及稳性要素随吃水的变化而变化的规律。静水力曲线图应该包含以下的曲线。一、浮性曲线(1)型排水体积曲线(2)总排水体积曲线(3)总排水量曲线(4)浮心纵向座标曲线(5)浮心垂向座标曲线(6)水线面面积曲线(7)漂心纵向座标曲线(8)每厘米吃水吨数曲线二、初稳性曲线(9)横稳心半径曲线(10)纵稳心半径曲线(11)每厘米纵倾力矩曲线三、船型系数曲线(12)水线面系数曲线(13)中横剖面系数曲线(14)方形系数曲线(15)棱形系数曲线本设计船的静水力曲线相关数据用以下公式进行计算：型排水体积的积分式(5.1)总排水体积(5.2)式中的k为船舶附体系数，本次静水力计算中取k＝1.006；总排水量(5.3)式中表示的是海水的密度，本次静水力计算中取。浮心纵向坐标(5.4)浮心垂向坐标(5.5)每厘米吃水吨数(5.6)横稳心半径(5.7)纵稳心半径(5.8)式中(5.9)每厘米纵倾力矩(5.10)水线面系数(5.11)方形系数(5.12)船中横剖面系数(5.13)棱形系数(5.14)从上述公式方法所得到的静水力数据使用梯形法进行计算，数据如下。

表5.1静水力计算结果水线/m半宽围成面积/mm2水线面面积/m2漂心纵向/m每厘米TPC总排水体积/m3排水量/t水线面系数方形系数舯剖面积015037942963007.67.7930.10.00.00.5980.0000.00.517926802643585.47.8035.91654.81696.20.7130.65813.7118892896683778.67.5537.83503.23590.80.7510.69628.2219858784563971.87.1939.77393.87578.70.7890.73557.7320380903984076.26.8440.811433.911719.80.8100.75787.3420736358264147.36.3941.515562.115951.10.8240.773116.9521108626924221.75.4842.219763.320257.40.8390.786146.5621530424504306.14.0943.124044.324645.40.8560.796176.1722070286634414.12.3744.128421.829132.30.8770.807205.7822453966284490.80.3244.932892.033714.30.8920.817235.3923023428714604.7-1.5546.037458.038394.40.9150.827264.91023394758684679.0-2.4846.842118.343171.30.9300.837294.51123640789674728.2-2.8247.346840.748011.70.9400.846324.11223826198344765.2-2.9147.751606.452896.60.9470.855353.71324020549214804.1-2.8048.056410.257820.50.9550.862383.31424177795014835.6-2.5248.461249.362780.60.9610.869412.914.624261831244852.4-2.3448.564167.365771.50.9640.873430.7续表5.1舯剖面系数菱形系数Cp浮心纵向XB浮心垂向ZB水线面横倾惯性矩IT横稳心半径横稳心垂向坐标水线面纵倾惯性矩Iy纵稳心半径纵稳心垂向坐标纵倾MTC0.000000.000.0013686040366000.9270.7097.790.25199630120.63120.8855117003330.673330.92346.50.9540.7307.730.5122290063.6364.1460602001729.911730.43376.30.9750.7547.541.0324558033.2134.256692600905.169