船舶设计原理

船舶设计原理

一、 绪论

1、 素质要求：（1）船舶设计理论知识。（2）船舶设计实践经验的积累。（3）应 用科学的设计方法。（4）树立正确的时间指导思想。（5）职业道德艰苦奋斗团结 协作。

2、 设计实践中设计人员必须注意：（1）认真贯彻国家的技术政策。（2）熟悉和 遵守各项规范和公约。（3）认真做好调查研究。（4）注重在借鉴与继承的基础上 创新。（5）采用逐步近似的方法逐步深化最终使设计结果接近最佳组合。

3、 船舶设计阶段划分大体上可划分为：初步设计、技术设计、施工设计和完工 设计四个阶段。

4、 生产设计的主要特点：（1）把船舶设计、造船生产和生产管理通过设计文件

有机的体现出来并以此作为组织生产的依据。（2）把船体、轮机、电气及其他工 程的纵向专业系统，进行横向融合沟通构成纵横结合的综合系统， 使各专业、工

种、各施工阶段能协调平衡、均衡生产，提高综合生产能力。

5、 制定设计技术任务书之前的论证工作：运输类型论证、船型论证。运输有五 种形式：水运、铁路、公路、航空、管道。

6设计技术任务书的内容：（1）航区、航线。海船航区分为：无限、近海、沿 海、遮蔽等。内河船舶按水系分如长江分为 ABC及J级航段。（2）用途。客船、 客货船、货船等。（3）船型。这是指船的建筑特征包括上层建筑、机舱部位、货 仓划分、甲板层数。（4）船级。（5）动力装置。应指明主机的类型、功率、转数、 台数。（6）航速、续航力、自持力。续航力:［在规定的航速和主机功率下，船上 所带的燃油可供船连续航行的距离。自持力：指船上所带淡水、食品等能供人员 在海上维持的天数。（7）结构。（8）设备。（9）性能。稳性要求、首尾吃水的浮 态要求、分仓及破舱稳性的要求、耐波性及操纵性的要求。 （10）船员。（11）尺

度限制。船长、吃水、船宽、船的水上部分高度。

7、 母型改造法：所谓母型即与新船在主要方面相近的实船或以设计好的船，将 其各项要素按设计船的要求用适当的方法加以改造变换即可得新船的主要要素。

8、 逐步近似法：循着一个逐步近似的的过程，初次近似只考虑少数主要因素， 而后一次近似则计入更多的因素， 后一次近似结果是前一次近似的修正、 补充和 发展，经过几次近似后最终得到符合各项要求的设计结果。

二、 船舶重量与重心

1、 船舶在某种装载情况下的总重量称为重量排水量。

2、 空船重量包括船体钢料重量 Wh、木作舾装重量 Wf、机电设备重量 Wm。

3、 重量重心计算特点：一是贯穿于整个设计过程的始终；二是逐步近似。

4、 船体钢料重量的影响因素：（1）船舶尺度及系数（L/B/D/T/Cb ）对船体钢料 重量的影响程度可以从它们对构件数量和强度条件两方面分析。 （2）布置特征不 同Wh也就不同。（3）船级、规范、航区。（4）结构材料。

5、 粗略的估算方法：百分数法、平方模数法、立方模数法、统计公式法。

6比较精确地估算方法：修差法、每米船长重量法、分项换数法。

7、木作舾装重量分成四类：（1）与船舶排水量和主尺度相关的重量。（2）与船 员和旅客人数生活设备标准相关的重量。（3）与船的使用特点相关的重量。（4）特殊要求的重量。

8、 机电设备重量包括主机、锅炉、轴系、动力管系与电气设备等。

9、 机电设备重量的构成情况：（1）已知重量。（2）可以计算的重量。（3）其他 配备的重量。

10、 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； 必要时也可以用来调整船的纵倾。

11、 船舶载重量DW包括：船员及行李、货物旅客及其行李、燃油滑油及炉水、 淡水和食品、备品及供应品。

12、 通常船舶重心的估算，主要指重心纵向坐标 Xg和重心高Zg，其中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。

三、 船舶容量与登记吨位

1、 积载因素：每吨货物装船时所占据的货船容积。

2、 型容积（毛容积）：指按型线图计算所得的舱内容积。

3、 装载压载水的理由是：（1）保证必要的浮态。（2）空载还航过程中油水和备品 的消耗使船的重心提高初稳性高度降低，为保证稳性需要加压载水。

4、 容量校核：（1）是按设计任务书的要求估算设计船所需的容量。 （2）是按设

计的主尺度与总布置估算其其实有的容积，通过所需容积与实有容积的比较来校 核设计船主尺度方案与总布置格局的可行性与合理性。

5、 容量图的绘制依据是：总布置图、帮戎曲线图、型线图和肋骨型线图。

6船舶登记吨位：由于丈量和计算的结果数据要登记在该船的 《船舶吨位证书》。

四、 船舶性能预报

1、泰勒法适用于船速较高船型较瘦的双桨船；陶德法适用于单桨运输船； SSPA

适用于低速单桨运输船。

2、设计中保证快速性的措施：（1）选取合适的尺度、系数。（2）选用合适的优 秀的节能型及节能推进装置。（3）对于高速小艇尽量减少排水量。（4）采用低转 速大直径的螺旋桨。（5）减小附体阻力。（6）减小迎面受风面积。

3、 影响初稳性的因素：型宽 B及B/T、水线面系数Cw、型深D。

4、 大倾角稳性：指船在外力作用下（较大风和浪），横倾角超过10-15时的稳性。

5、 船舶分舱及破舱稳性（抗沉性）|:船舶在一舱或数舱破损进水后，还能保持一 定浮性和稳性的能力

安全限界线：在船舷有舱壁甲板上表面以下至少 76mm处所绘的线。

舱壁耐波形：指船舶在风浪中遭受外力扰动而产生各种摇摆运动， 以及抨击、 上浪、失速、飞车等时，还能维持一定航速在水面上安全航行的性能。

8、 船舶耐波形一般可从适居性、使用性及安全性三方面加以考虑。

9、 甲板淹湿性：指船舶在破浪中的纵摇和升沉异常激烈时，在船首柱处，船与 破浪相对运动的幅值大于船首柱处的干玄，破浪涌上甲板的现象。

10、 船舶最小干玄从减小甲板上浪和保证有一定的储备浮力两方面考虑。

11、船舶操纵性包括航向稳定性、回转性、转首性。

五、船舶经济性与船型论证 1、年运营成本|（ S）：是船舶一年内各种成本的总和。包括船员费用、折旧费、 修理费、燃润料费、港口费及其他费用

2、 折旧费：新船投入营运后逐年损耗，待到使用期满时其价值仅剩于船舶残值。

3、 净现值NPV:船舶使用期各年度的收入与支出按利率 i折现后的代数和，期 含意是船舶6、

7、 在寿命还本付息后所获利润的总现值。

4、 船型论证：由于船舶投资大，使用期长，航运部门或船东在建造一搜新船时， 就不能凭借经验草率地作出决断，必须进行多方面的可行性研究，探究新船的技 术形态及所能达到的经济指标，从而确定新船的使用效能与技术要求。

船舶主要要输的确定必须满足：

答：浮力要求、容量要求、新船的各项性能技术、用船部门的使用要求、客

观条件对新船的主要要素限制及努力提高新船的经济性。

确定主要要素的步骤：

答：任务书分析、调查研究、确立设计指导思想、估取第一近似值、性能校 核、绘图校核、主尺度选取。

载重型船：指载重量与排水量的比值较大较稳定的船。

布置型地位船：指为了布置各种用途的舱室需要较大仓容或甲板面积的船。 载重型船排水量的估算方法有载重量系数法和若蛮系数法。

型线设计时须注意：

答：1、保证新船具有良好的快速性；2、满足总布置要求；3、考虑船体结 构的合理性和施工维修的方便。

总布置设计须遵循的基本原则：

答：1、最大限度地提高船舶的使用效能；2、保证船舶的适航性能，合理的 进行船上各项重量分布；3、满足有关规范、规则及公约要求；4便于建造、检 查、维修及设备的更换，船上各处所应有良好的可达性； 5、舱室布置时要努力

改善船员与旅客的工作和生活条件；6、在经济适用的前提下，注意造型与内部 装潢，给人以美感。

总布置设计一般分两步进行：

答：一、在调查研究和分析母型船资料的基础上， 根据新船的使用特点和技 术任务要求确定船舶主尺度进行总布置草图设计。二、根据方案审查的意见，修 改总布置并进行草图的深化细化工作。

总布置设计的工作内容：

答：1、主船体与上层建筑的总体区划；2、纵倾调整；3、梯口与通道规划， 舱室布置；4、舾装设备的选型与布置。

上层建筑的尺度考虑因素：

答：1.、甲板面积要求；2、浮态与稳性；3、驾驶视线；4、其他尺度限制 因素。

名词解释：

1、 富裕干玄船：船的实际干玄大于最小干玄。

2、 布置地位型船：指为了布置各种用途的舱室需要较大仓容或甲板面积的船。

3、 载重型船：指载重量与排水量的比值较大较稳定的船。

4、 大倾角稳性：指船舶在外力的作用下，横倾角超过 10-15时的稳性。

5、 最小干玄船：按《载重线规范》来决定最小干玄，从而确定出船的型深，这 种船称为最小干玄船。

6积载因数：每吨货物装船时所占据的货船容积。

7、 自持力：指船上所带淡水、食品等能供人员在海上维持的天数。

8、 续航力：在规定的航速和主机功率下，船上所带的燃油可供船连续航行的距 离。

9、 仓容要素曲线：在运营过程中，油水均可有变化，设计者提供的各液体舱的 容积和容积型心随液面高度变化的曲线。

10、 载重量：包括A船员及行李；B货物、游客及其行李；C燃油、滑油级炉水； D淡水和食品E备品和供应品。

11、 耐波形：指船舶在风浪中遭受外力扰动而产生各种摇摆运动， 以及抨击、上

浪、失速、飞车等时，仍能维持一定航速在水面上安全航行的性能。

12、 总布置设计：是以满足船东提出的使用要求和航行性能为前提， 个、合理经

济地确定新船整体布置的工作。

13、 抗沉性（破舱稳性）：船舶在一舱或数舱破损进水后，还能保持一定浮性和 稳性的能力。

一、 简述布置地位型船确定主要要素的步骤

答：1、按布置要求初选主尺度。2、估算排水量。3、确定方形系数。4、性能校 核。

二、 简述剖面面积曲线特征参数

答：1、横剖面面积曲线与横向坐标轴向间所包围的面积等于设计水线下船的排 水体积。2、横剖面面积曲线的丰满度系数等于船在设计水线下的纵向菱形系数。

3、横剖面面积曲线与横轴所包围的面积的型心横行坐标，等于船的浮心纵向位 置。4、曲线的最大纵坐标值代表最大横剖面面积。

三、 简述船舶总布置设计的内容

答：1、主船体与上层建筑的总体区划。2、纵倾调整。3、梯口与通道的规划、 舱室布置。4、舾装设备的选型与布置。

四、 简述自行设计船体型线的大致步骤

答：1、绘制网格线。2、绘制横剖面面积曲线、设计水线、侧面轮廓线、甲板线 和中横剖面线。3、绘制横剖面型线、水线与纵剖线。

五、 简述船型论证中进行敏感性分析的理由及常用方法

答：论证的船型是面向未来的，而未来环境及参数多是不确定的， 这些数据的不 确定性或波动性必将影响作为目标函数的经济衡量指标值， 进而影响最优方案的

选择，因而为提高船型论证工作的可靠性， 降低投资者的决策风险要进行敏感性 分析。

六、 简述若设计初期阶段估算船舶重量、 重心与实际值偏差较大可能出现的问题 答：1、将船舶设计的过轻：新船不能再预定的航线上航行，或必须减载航行。

船舶干玄减小，储备浮力减少，船舶大倾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。2、将船舶设计的过重船舶尺度势必增大， 船舶建造材料与工时消耗增加，船舶经济性降低。由于实际吃水小于设计吃水， 螺旋桨可能露出水面影响推进效率。3、船舶重心计算误差过大，则将影响船舶 的浮态、快速性与耐波形，还会影响船舶的稳性与横摇性能。