船舶的设计原理 第5章

船舶货运符号1、船舶形状2、船型系数3、常用位置点3．其它4．稳性参数基本公式：第二章：近似算法梯形法 )2(00nni i y y y l A +-=∑= 辛一法 )4(31321y y y l A ++=辛二法 )33(834321y y y y l A +++=第三章：浮性1．重量、重心计算：i P D D ∑+=1 11)(1D M D X P X D X xp i g g i =⋅∑+⋅= 1)(1D Y P Y D Y i p i g g ⋅∑+⋅=11)(1D M D Z P Z D Z Zp i g g i =⋅∑+⋅=注意：利用合力矩定理，∑==n1i (力矩）分力对该轴或支点取的的力矩合力对某一支点或轴取其中：11g g 1g 1Z ,Y ,X ,∆为装卸后重量、重心。

g g g Z ,Y ,X ,∆为装卸前重量、重心，Pi Pi i P iZ ,Y ,X ,P ，为装卸货物重量、重心，装货为+，卸货为—x M ：全船重量纵向力矩； Z M ：全船重量的垂向力矩；2．少量装卸对吃水影响TPC100Pd P =δ W A TPC ρ01.0=其中：TPC -当前水域密度下的每厘米吃水吨数。

P -装卸货物重量，装货为+，卸货为—3．舷外水密度变化对船舶吃水的影响⎰=b aydxA⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯=1100211ρρδρTPC Dd 其中： 1ρ-先前的水域密度；2ρ-后来的水域密度第四章 稳性1．初稳性高度定义式：g M Z Z GM -= M Z 根据型吃水查静水力资料，g Z 利用公式计算 2．船内垂移货物（初始正浮）： Dpl GM M G z-=1 3．船内横移货物（初始正浮）：GMD P tg y ⋅=θ4．自由液面的影响 Di GM M G xii ∑-=ρ1其中：自由液面修正量为 DiGMix i f∑=ρδx i -水线面的自由液面惯矩，对于矩形液面 3x lb 121i =对于等腰梯形液面)b b )(b b (481i 222121x ++=注意：GM 是指船舶装载与液体同重的固体时的初稳性高度，即没有考虑液体的流动性。

第五章船舶型线设计5.8 首部型线的选择6464第五章船舶型线设计5.8 首部型线的选择横剖线形状如图所示的为四种常规船型的横剖线形状，根据形状特征可分为：U形、V形、中U形、中V形。

第五章船舶型线设计5.8 首部型线的选择横剖线形状(1)U形。

排水量沿吃水高度分布较均匀，使设计水线瘦削，半进流角小，有利于减小兴波阻力。

在尾部U形剖面使伴流比较均匀，有利于提高船身效率，改善螺旋桨工作条件，降低螺旋桨激振力。

但相对于V形，U形剖面湿面积较大，摩擦阻力大些，耐波性也差些。

一般大型运输船及中、高速船舶采用U形剖面。

(2)V形。

V形剖面的面积分布偏于上部，湿表面积较小，对减小摩擦阻力有利。

在尾部，V形剖面使去流段水流顺畅，可减小旋涡阻力。

V形剖面可增加纵摇和升沉的阻尼，对耐波性有利。

小型船舶多采用V形剖面。

(3)中U形或中V形。

兼顾阻力和耐波性两方面的要求，为大多数中型船舶所采用。

5.8 首部型线的选择首部横剖线第五章船舶型线设计首部横剖线形状主要从静水阻力和耐波性这两方面来考虑。

(1)静水阻力方面。

V形横剖面形状湿表面积较小，可减小摩擦阻力，同时它的舭部较瘦，有利于减少丰满船(Cb >0.75) 的舭部旋涡。

但V形剖面设计水线首端丰满、半进流角大，兴波阻力较大。

U形剖面船的排水量相对集中在下部，设计水线瘦削，半进流角小，有利于减小兴波阻力，但湿面积大，摩擦阻力大。

由此，从总阻力方面来考虑，对应不同速度，首部横剖线存在一个阻力上有利的形状选择问题。

第五章船舶型线设计5.8 首部型线的选择首部横剖线哥德堡船舶研究院曾对图示的无球首前体横剖线形状U形和V形的船模进行对比试验，其典型的阻力曲线见图所示。

第五章船舶型线设计5.8 首部型线的选择首部横剖线(2)耐波性方面。

V形横剖面，船舶在纵摇和升沉运动时，浮力和阻尼力矩增大，能明显减小纵摇和升沉运动，且能缓和船底砰击(尤其当波长与船长之比λ/L>1.0时)，但V形剖面会增加波浪中航行的阻力(尤其是λ/L<1.2时)。

第五章船舶型线设计5.10 侧面轮廓线的选择7878第五章船舶型线设计5.10 侧面轮廓线的选择型线的侧面轮廓线型线的侧面轮廓线包括首轮廓线(有球首时包括球首)、尾轮廓线、龙骨线、甲板中心线和甲板边线。

侧面轮廓线是船体型线最基本的边界线，也是船体形状特征的重要控制要素之一。

侧面轮廓线的设计也同样关系到船舶性能。

甲板边线与总布置关系密切，设计中必须与总布置设计相互协调。

第五章船舶型线设计5.10 侧面轮廓线的选择首轮廓线常规船不带球首的首轮廓线基本形状如图所示，现代船最常用的首轮廓线形状就是图中的前倾型首。

5.10 侧面轮廓线的选择尾轮廓线第五章船舶型线设计尾轮廓线形状的选择主要是考虑舵和螺旋桨的布置以及与横剖型线的配合，现代单桨运输船一般都采用巡洋舰尾，其侧面轮廓形状如图所示。

为了简化工艺，大多在水线以上切除了巡洋舰尾的曲面尾端，改用一块后倾0°-15°的平板作为尾封板，如图中的虚线所示。

5.10 侧面轮廓线的选择尾轮廓线第五章船舶型线设计当吃水较浅且螺旋桨直径较大时，为了布置螺旋桨，不得已只好减小浸深，使尾悬体的轮廓线比较平坦，如图中的点划线所示，此时应注意尾悬体横剖线的形状应具有一定的V形，否则容易引起尾部砰击和螺旋桨对船体产生较大的激振力。

5.10 侧面轮廓线的选择尾轮廓线第五章船舶型线设计尾框设有底龙骨(也称舵托)的称为闭式尾框，不设底龙骨的称为开式尾框，如图中的双点划线所示。

第五章船舶型线设计5.10 侧面轮廓线的选择尾轮廓线设计尾轮廓线时，尾框内的形状、尺寸应根据舵和螺旋桨的具体位置、尺寸，考虑桨叶与尾框间的间隙来决定，如图所示。

桨叶与舵及尾框之间的间隙大小主要影响螺旋桨对船体的激振力，同时也与推进效率、阻力有关。

第五章船舶型线设计5.10 侧面轮廓线的选择尾轮廓线总的来说，尾框的设计以防止大的激振为主要考虑因素，为此适当牺牲点快速性的要求也是值得的。

为了防止产生过大的激振，各船级社的船舶建造规范对尾框间隙尺寸提出了最小值的要求，在设计中应予以满足。

第五章船舶型线设计5.7 设计水线形状的选择5656第五章船舶型线设计5.7 设计水线形状的选择设计水线的形状设计水线的形状特征和横剖面形状特征是相关的，设计水线丰满意味着横剖面在设计水线处较宽，在一定的横剖面面积下，下部必然较窄，横剖面形状成V形。

反之，设计水线瘦削，横剖面形状成U形，如图所示。

第五章船舶型线设计5.7 设计水线形状的选择设计水线的形状设计水线形状确定以后，很大程度上已决定了横剖面形状(UV程度)，所以在选择设计水线形状时应对横剖线形状有一个清楚的认识，并将两者结合起来统一考虑。

5.7 设计水线形状的选择设计水线的特征和参数第五章船舶型线设计近水面处的水线形状对兴波阻力影响较大，通常以设计水线为代表进行研究。

设计水线的特征和参数包括：水线面系数C w 、设计水线首段形状及半进流角i e (近首垂线处水线与中心线的夹角）、平行中段长度、尾段形状及去流角等。

(1)水线面系数C w 水线面系数C w 与多种因素有关，这些因素包括快速性、稳性、耐波性、总布置与型线等。

在实际船舶设计中，水线面系数C w 的选取一般先考虑快速性，然后校核稳性、耐波性、总布置与型线等方面，看是否合适。

5.7 设计水线形状的选择设计水线的特征和参数第五章船舶型线设计(2)设计水线首段形状及半进流角ie设计水线首段形状对兴波阻力的影响机理与前面所述的横剖面面积曲线相类似。

它的选取与相对速度密切相关，所以，首段形状特征如下：0.16<Fr <0.20 由凸形到直线形；0.20<Fr <0.22 直线形或微凹形；0.22<Fr <0.32 微凹形；Fr>0.32 直线形，整个进流段保持和缓的曲度。

5.7 设计水线形状的选择设计水线的特征和参数第五章船舶型线设计设计水线的半进流角i e 对船首部兴波阻力有重要影响，适宜的半进流角i e 主要与傅汝德数F r 有关，其次与C p 、L/B、C w等有关。

第五章船舶推进装置第一节船舶推进装置的传动方式船舶推进装置按传递到螺旋桨功率方式不同可分为以下几种。

一、直接传动直接传动是主机动力直接通过轴系传给螺旋桨的传动方式。

在这种传动方式中，主机和螺旋桨之间除了传动轴系外，没有减速和离合设备，运转中螺旋桨和主机始终具有相同的转向和转速。

它的主要优点是：（1）结构简单，维护管理方便。

只要安装时定位正确，平时管理中注意润滑冷却，一般不会出现大问题。

（2）经济性好，传动损失少，传动效率高。

主机多为耗油率低的大型低速柴油机。

螺旋桨转速较低，推进效率较高。

（3）工作可靠，寿命长。

因此普遍应用于大、中功率的民用船上。

其缺点是：整个动力装置的重量尺寸大，要求主机有可反转性能，非设计工况下运转时经济性差，船舶微速航行速度受到主机最低稳定转速的限制。

二、间接传动间接传动是主机和螺旋桨之间的动力传递除经过轴系外，还经过某些特设的中间环节（离合器、减速器等）的一种传动方式。

根据中间传动设备的不同，又可分为只带齿轮减速器；只带滑差离合器和同时具有齿轮减速器和离合器三种。

它的主要优点是：（1）主机转速可以不受螺旋桨要求低转速的限制。

只要适当选择减速比，就可使主机的转速适应螺旋桨的转速要求。

（2）轴系布置比较自由。

主机曲轴和螺旋桨轴可以同心布置也可以不同心布置，以改善螺旋桨的工作条件。

（3）在带有倒顺车离合器的装置中，主机不用换向，使主机结构简单，工作可靠，管理方便，机动性提高。

（4）有利于多机并车运行及设置轴带发电机。

间接传动的主要缺点是轴系结构复杂，传动效率较低。

这种传动方式多用于中小型船舶以及以大功率中速柴油机、汽轮机和燃气轮机为主机的大型船舶。

近年来由于动力装置节能的需要，提高螺旋桨的推进效率越来越被人们重视，而采用大直径低转速螺旋桨是有效途径。

在70年代初，低速柴油机利用直接传动方式带动的螺旋桨转速多在100r/min以上，中速机通过减速箱减速一般也不低于90r/min。

第五章船舶型线设计5.6 横剖面面积曲线的生成47475.6 横剖面面积曲线的生成横剖面面积曲线的生成方法第五章船舶型线设计(1)根据选定的面积曲线特征值(如棱形系数C p 、浮心纵向位置x B 、和平行中体长度L p 等)，从一般原理和规律出发，用作图法直接生成面积曲线。

(2)应用兴波阻力理论，通过计算不同面积曲线形状对阻力的影响，得出阻力上最佳的横剖面面积曲线，应用这种方法应注意检验所得结果是否符合其他方面的要求。

(3)在实际设计中，多数利用相近的优良母型船横剖面面积曲线，根据新船要求修改而成，也就是常说的母型改造法。

(4)如果采用系列船型，面积曲线可以根据设计所需的棱形系数C p 和浮心纵向位置x B 从系列船型资料中直接查得。

5.6 横剖面面积曲线的生成横剖面面积曲线直接生成方法第五章船舶型线设计(1)先作一个满足棱形系数C p 和浮心纵向位置x B 的梯形横剖面面积分布线，如图中虚线所示。

(2)由这个梯形，可以作出面积相等的光顺曲线，曲线的形状应符合横剖面面积曲线的基本要求，如首尾端的凹凸性。

经过调整、计算和修改，最后得出符合设计要求的横剖面面积曲线。

5.6 横剖面面积曲线的生成横剖面面积曲线直接生成方法第五章船舶型线设计(3)如果没有平行中体，则将梯形改用三角形。

三角形的顶点位于最大剖面处，且顶点须高出对应的最大剖面积(无因次面积曲线上，顶点高＝2Cp )，用上述同样的原理可生成横剖面面积曲线，如图所示。

5.6 横剖面面积曲线的生成横剖面面积曲线母型改造法第五章船舶型线设计将初始得到的横剖面面积曲线(如母型船的面积曲线)，按设计要求改变棱形系数C p 、浮心纵向位置x B 和平行中体长度L p 及位置时，采用适当的修改方法，在保留曲线原有基本形状的条件下修改得到新的横剖面面积曲线。

(1)1-C p 法修改横剖面面积曲线的方法很多，其基本原理是将原各站横剖面面积通过沿纵向(x)移动一个距离(δx)来实现修改棱形系数C p 、浮心纵向位置x B 和平行中体长度L p 。

《船舶设计原理》习题集第一章绪论1.从船舶的用途角度，船舶一般分哪些类型？从船舶的用途角度，船舶一般分为军用船舶和民用船舶，民用船舶主要有运输船、工程船、工作船以及特殊用途船等类型。

2.对新船的设计，主要满足那几个方面的基本要求？适用、安全、经济和美观4个方面3.船舶设计遵循的基本原则：贯彻国家的技术政策遵守国际、国内各种公约、规范和规则充分考虑船东的要求4.民船设计技术任务书主要包括哪些内容？①航区、航线；②用途；③船型；④船级；⑤船舶主要尺度及型线；⑥船体结构；⑦动力装置；⑧航速、续航力；⑨船舶性能；⑩船舶设备；⑪船员配备及其舱室设施5.海船的航区如何划分？内河船的航区如何划分？遮蔽、沿海（Ⅲ类航区）、近海（Ⅱ类航区）和无限航区（Ⅰ类航区）内河船舶航行区域，根据水文和气象条件划分为A，B，C三级，其实某些水域，一句水流湍急情况，又划分为急流航段，即J级航段6.目前，我国将新建船舶的设计划分为哪几个阶段？制定产品设计技术任务书、报价设计、初步设计（合同设计）、详细设计、生产设计、完工设计7.何谓船舶的设计航速与服务速度、试航速度、自由航速？设计航速、服务航速：设计航速是指在船舶设计时理论上给定的速度，服务航速是船舶在航行时实际的速度，船舶会根据班期，风向，水流等多种因素来调整船舶速度。

一般按设计航速的85%计算。

试航速度：船舶在满载情况下，静水域中主机额定功率所能达到的速度叫试航速度。

8.解释：航速、续航力、自持力以及他们之间的关系航速（kn，km/h）：民用运输船为要求达到的满载试航速度。

拖船常提出拖带航速、拖力的要求及自由航速的要求。

续航力（n mile，km）：在规定的航速或主机功率下（民船通常按主机额定功率的85%~90%的螺旋桨设计点时），船上所携带的燃料储备可供航行的距离。

自持力（d）：船上所携带的淡水河食品可供使用的天数。

9.船舶的六大性能：浮性、稳性、抗沉性、快速性、适航性、操纵性第二章海船法规的相关内容10. 船舶稳性衡准公式1/≥=f q l l K 中，q l 和f l 分别指什么，如何确定？q l ：最小倾覆力臂，m ，应用计及船舶横摇影响后的动稳性曲线来确定 f l ：风压倾侧力臂，m ，按下式计算f l =p A f Z/9810Δ11. 船舶的横摇角主要与哪些因素有关？船宽、吃水、初稳性高度、船舶类型和舭龙骨尺寸12. 按照法规要求，对干货船、油船、客船、集装箱船规定各核算哪些载况？干货船：满载出港、满载到港、压载出港、压载到港客船：满载出港、满载到港、满客无货出港、满客无货到港、压载出港、压载到港油船：满载出港、满载到港、部分装载出港、部分装载到港、压载出港、压载到港集装箱船：满载出港、满载到港、压载出港、压载到港13. 客船分舱和破舱稳性常规计算的目的是什么？保证船舶在一舱或数舱破损进水后仍能保持一定的稳态和稳性14. 主船体水密舱室划分时，如何决定其舱长？船舶处于最深分舱吃水时，船舶在一层或数层限定垂向浸水范围的甲板及其以下部分最大投影型长度（不一定对）15. 计算船舱进水后船舶浮态和稳性的基本方法有（增加重量法）和（损失浮力法）16. 解释：舱室渗透率、船舶的可浸长度及其曲线、安全限界线、分舱因数、分舱指数舱室渗透率：舱室渗透率是船舶破损后，在限界线下的被水侵占的舱室容积与各舱室容积之比。