船舶主尺度确定
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第四章船舶主尺度确定4.7 船舶方形系数的确定8383第四章船舶主尺度确定4.7 船舶方形系数的确定确定船舶方形系数的考虑因素方形系数C b 的确定主要从排水量和快速性这两个基本因素来考虑。
在超常规情况下,如选取的方形系数C b 过大,应注意对耐波性和操纵性等性能的影响。
第四章船舶主尺度确定4.7 船舶方形系数的确定确定船舶方形系数的考虑因素(1)排水量。
(2)快速性。
(3)耐波性。
(4)经济性。
(5)总布置。
方形系数Cb是联系船舶排水量Δ与船长L、船宽B和吃水T的纽带,即C b=Δ/(ρkLBT),当排水量Δ相差不大时,保持船长L、船宽B和吃水T 不变,通过适当改变Cb可以很方便地调整排水量Δ的大小。
第四章船舶主尺度确定4.7 船舶方形系数的确定确定船舶方形系数的考虑因素(1)排水量。
(2)快速性。
(3)耐波性。
(4)经济性。
(5)总布置。
减小方形系数C b 有利于降低船舶剩余阻力R r ,所以对于R r 比重大的高速船,一般取较小的方形系数C b ,以改善阻力性能。
第四章船舶主尺度确定4.7 船舶方形系数的确定确定船舶方形系数的考虑因素(1)排水量。
(2)快速性。
(3)耐波性。
(4)经济性。
(5)总布置。
减小方形系数Cb有利于减缓船舶在海浪中的纵摇升沉运动,特别是减小方形系数Cb并增大船长L时,快速性与耐波性的改善最显著。
第四章船舶主尺度确定4.7 船舶方形系数的确定确定船舶方形系数的考虑因素(1)排水量。
(2)快速性。
(3)耐波性。
(4)经济性。
(5)总布置。
在排水量Δ不变的情况下,适当增大方形系数Cb,可减小船长L或船宽B,从而可降低船体重量与船价,提高船舶经济性。
对于中速运输船,实船的方形系数Cb常大于阻力最佳的方形系数Cb 而接近于临界方形系数Cb,这时船舶尺度较小,重量较轻,船价较低,同时阻力增加亦不大,油耗较为节省,实船的这一方形系数Cb 值称为“经济方形系数”。
对于低速运输船,从经济性和舱容利用率等方面看,取大的方形系数C b总是有利的。
网络教育学院《船舶设计原理课程设计》题目:4000TEU集装箱船的主尺度确定1 集装箱船概述本章需简单介绍集装箱船的相关内容,例如集装箱船的特点,集装箱船的发展历程,并要求搜集现有集装箱船主尺度资料,作为自己设计集装箱船的主尺度的参考数据。
1.1 集装箱船的特点集装箱船的大小通常是以装载20ft标准箱作为单位(TEU)的多少来表示的。
集装箱船在技术上具有如下的特点:(1)追求高的载箱量,在舱内和甲板上装载尽可能多的集装箱。
(2)在追求载箱量的同时,追求高的平均箱重指标或在一定平均箱里(如14t/TEU)下追求高的载箱率。
(3)集装箱船的主尺度如船长、船宽和型深等主要由船舶的载箱量来决定。
(4)货舱开口大,货舱和货舱口尺度规格化,货舱口宽度一般为船宽80%左右,最大有达89%、甚至更大。
货舱口长度通常以能吊装40ft(或2只20ft)集装箱为好。
(5)稳性问题十分突出。
由于甲板上堆装大量集装箱,引起货物重心升高及受风面积增大。
在装卸舱内集装箱时,船舶横倾角不能大于5°,以免集装箱被导轨卡住。
(6)航速高,主机功率大。
为了保证定期班轮的准点率,新建的大型集装箱船的服务航速达22kn以上,3500TEU以上的第四代集装箱船的服务航速多数达24kn以上,且其主机的储备功率也较大。
新建中型集装箱船的服务航速均在18kn 以上,有的还达到20kn—21kn。
新建300TEU以上的小型集装箱船的服务航速也在15kn以上。
因此,船舶的方形系数Cb相应较小。
1.2集装箱船的发展历程第一艘集装箱船是美国于1957年用一艘货船改装而成的。
它的装卸效率比常规杂货船大10倍,停港时间大为缩短,并减少了运货装卸中的货损量。
从此,集装箱船得到迅速发展,到70年代已成熟定型。
按照集装箱船的发展情况,可分为第一、二、三、四、五代集装箱船:第一代出现于20世纪60年代,横穿太平洋、大西洋的17000-20000总吨集装箱船可装载700-1000TEU。
第四章船舶主尺度确定4.1 确定船舶主尺度的基本要求22第四章船舶主尺度确定4.1 确定船舶主尺度的基本要求主要内容第一,船舶主尺度的相关定义;第二,确定船舶主尺度的重要性;第三,确定船舶主尺度的六个基本要求;第四,确定船舶主尺度的四个显著特点。
第四章船舶主尺度确定4.1 确定船舶主尺度的基本要求船舶主尺度是描述船舶几何特征的最基本的参数,主要包括船长L(一般指垂线间长L bp)、型宽B、型深D和设计吃水T。
主尺度相关定义第四章船舶主尺度确定4.1 确定船舶主尺度的基本要求船舶主尺度是描述船舶几何特征的最基本的参数,主要包括船长L(一般指垂线间长L bp )、型宽B、型深D和设计吃水T。
主尺度相关定义第四章船舶主尺度确定4.1 确定船舶主尺度的基本要求主尺度相关定义=▽/(LBT)方形系数Cb第四章船舶主尺度确定4.1 确定船舶主尺度的基本要求主尺度相关定义方形系数C b =▽/(LBT)长宽比L/B长度型深比L/D宽度型深比B/D宽度吃水比B/T型深吃水比D/T 主尺度比第四章船舶主尺度确定4.1 确定船舶主尺度的基本要求主尺度相关定义船舶主要要素:主尺度L、B、D、T等排水量△船型系数C b 、C p 、C pv 、C m 、C w 浮心纵坐标x b 载重量(或载箱量、载客量)主机功率航速船员人数……第四章船舶主尺度确定4.1 确定船舶主尺度的基本要求主尺度相关定义船舶主要要素:主尺度L、B、D、T等排水量△船型系数C b 、C p 、C pv 、C m 、C w 浮心纵坐标x b 载重量(或载箱量、载客量)主机功率航速船员人数……第四章船舶主尺度确定4.1 确定船舶主尺度的基本要求主尺度相关定义船舶主要要素:主尺度L、B、D、T等排水量△船型系数C b 、C p 、C pv 、C m 、C w 浮心纵坐标xb 载重量(或载箱量、载客量)主机功率航速船员人数……第四章船舶主尺度确定4.1 确定船舶主尺度的基本要求(1)在新船设计初始阶段的总体方案构思中,主尺度选择是首先要考虑的问题。
1-3船舶主尺度、船型系数和尺度比船舶主尺度表示船体大小的几何参数;船型系数表示船体形状的几何参数;尺度比表示船体肥瘦程度的几何参数。
这些参数对于船舶设计、建造、使用、分析性能十分有用。
主尺度船舶的大小可由船长、型宽、型深和吃水等主要尺度来衡量。
1船长(L ):通常选用的船长有三种,即总长、垂线间长和设计水线长 总长:自船首最前端至船尾最后端平行于设计水线的最大水平距离; 垂线间长:首垂线与尾垂线之间的水平距离。
首垂线:通过设计水线与首柱前缘的交点所作的垂线;尾垂线:一般在舵柱的后缘,无舵柱则取在舵杆的中心线上。
水线长:平行于设计水线面的任一水线面与船体型表面首尾端交点间的水平距离。
一般就是指设计水线长。
在船舶静水力性能计算中,一般采用垂线间长Lpp ;在分析阻力性能时,常用水线长L WL ;在进船坞、靠码头或通过船闸时,应注意他的总长L OA 。
2型宽(B ):指船体两侧型表面(不包括船体外板厚度)之间垂直于中线面的最大水平距离。
3型深(D ):在甲板边线最低点处,自龙骨板上表面至上甲板边线的垂直距离。
4吃水(T ):龙骨基线至设计水线的垂直距离。
在有设计纵倾的情况下,则有首吃水、尾吃水及平均吃水,当不指明时指平均吃水,即)(21A F T T T +=5干舷(F ):自水线至上甲板边板上表面的垂直距离。
F=D-T+t船型系数船型系数是表示船体水下部分面积或体积肥瘦程度的无因次系数,它包括水线面系数、中横剖面系数、方形系数、菱形系数等,这些系数对分析船型和船舶性能等有很大的用处。
1水线面系数C WP :表示了水线面的肥瘦程度。
B L AC W WP ⨯=2中横剖面系数C M ;表示水线面一下的中横剖面的肥瘦程度。
TM ⨯=B A C W 3方形系数C B :表示船体水下体积的肥瘦程度 T B ⨯⨯∇=B L C第二课,船舶主尺度如果你翻开誉为造船法典的技术规格书,你总会发现在索引的主要部分1是总体。
第四章船舶主尺度确定4.8 载重型船舶主尺度的确定9494第四章船舶主尺度确定4.8 载重型船舶主尺度的确定确定载重型船舶主尺度的思路方法船舶设计中往往根据船舶任务要求和设计特点的不同将船舶分为两种类型:一是载重型船,二是布置地位型船。
(1)载重型船。
所谓载重型船,是指载重量DW与排水量Δ的比值(DW/Δ)较大、较稳定的船舶。
设计这类船时,载重量是主要矛盾,其主尺度确定往往从重力与浮力平衡入手。
油船、散货船及杂货船等是典型的载重型船。
(2)布置地位型船。
所谓布置地位型船,是指为了布置各种用途的舱室需要较大舱容或甲板面积的船舶。
设计这类船时,船容量是主要矛盾,故也称为容积型船,其主尺度确定通常从总布置入手。
客船、科学考察船、车客渡船、集装箱船和载驳船等均属于布置地位型船。
第四章船舶主尺度确定4.8 载重型船舶主尺度的确定确定载重型船舶主尺度的思路方法设计载重型船的首要任务就是确保载重量要求,根据重力与浮力平衡条件,先估算能满足载重量要求的排水量,然后根据估算的排水量来确定主尺度,再进行性能校核,若校核结果不合理,则需要进一步调整主尺度。
排水量主尺度重力与浮力平衡条件性能校核结果不合理第四章船舶主尺度确定4.8 载重型船舶主尺度的确定确定载重型船舶主尺度的具体步骤(1)排水量估算。
(2)主尺度初选。
(3)性能粗校核。
1)载重量系数法载重型船第一次估算排水量Δ时通常利用载重量系数ηdw,即Δ=DW/ηdw式中,DW——设计船的载重量;ηdw ——载重量系数。
第四章船舶主尺度确定4.8 载重型船舶主尺度的确定确定载重型船舶主尺度的具体步骤(1)排水量估算。
(2)主尺度初选。
(3)性能粗校核。
2)诺曼系数法当具有很相近的母型船且新船载重量与母型船相差不太大时,可采用诺曼系数法来估算新船排水量ΔΔ=Δ0+δΔ=Δ0+NδDW式中,N=1/(1-(Wh+2W f/3+2W m/3)/Δ)为诺曼系数;δDW为新船载重量与母型船载重量的差。
3船舶主要要素的确定3.1船舶主尺度初估3.1.1船长(Loa&Lpp)船长L是表征船舶大小的最主要的因素之一。
⑴浮力 L的增减,对排水量的影响很大。
当船的各部分重量之后大于排水量时,可以通过加大L来解决重量与浮力的平衡问题,但影响的面较广。
⑵航速 L对船舶阻力有较大影响,在不同的傅劳德数Fn下,Rt及Rr 占总阻力的百分数是变化的。
在对Fn﹤0.25~0.30的低速船舶,可以考虑不使阻力激烈增加而经济上有利的经济船长Le的概念。
⑶总布置包括舱容和甲板面积两个方面,L选小了,布置不下;L选太大了又不紧凑。
所以存在一个满足容积及甲板面积要求的适度L。
⑷操纵性加大L将使船舶全速回转时的直径加大,并使船在曲折和狭窄的航道中航行增加困难,但有利于保持航向稳定性。
⑸经济性这里主要是指船体重量等变化引起的船造价的增减。
增加L将导致船体钢料等重量又加大的增加,如要保持船有相同的载重量,则船的排水量将加大,造价及相应的费用增加。
同时,L的大小又将使船的快速性能不同,会影响到船舶的运营成本。
另外,船长的大小对耐波性、抗沉性和总纵强度等方面的影响也是比较大的。
本船设计过程中,船长的确定主要包括总长度Loa和垂线间长Lpp。
我们通过型船的一些统计,得出来总长与垂线间长一般有以下关系图3-1 Lpp与Loa线性关系y = 0.9795x - 6.5939 R² = 0.9957 (3-1)这是一组线性相关度非常高的数据,所以我们可以根据这个线性回归公式,来估算出垂线间长。
故在任务书给定总长为75米级时,不妨就取Loa=75m,则可以得到相对应的垂线间长Lpp=66.87m。
3.1.2型宽B在满足船宽尺度限制的条件下,选择船宽时首先考虑的基本因素是:浮力,总布置(舱容及布置地位)和初稳性高(上,下限要求)。
最小船宽常由稳性下限调节和总布置要求所决定,这对于小型船舶和布置地位型船尤其是这样。
a. 从布置地位看,增大船宽可增加舱室宽度,加大甲板面积,对船舶的布置及使用一般是有利的。
b.从稳性要求看,船宽增大对提高船舶的稳性有显著的效果,但B偏大,Gm上升有可能不利于倾角较大时的大倾角稳性。
近代拖网渔船,包括远洋拖网渔船在内,由于机械化程度日益提高,为了便于布置,同时满足对容积的需求,型宽B已较以前有所增加,但L/B已很少大于6。
经过资料统计2000年至今远洋拖网渔船L/B集中在4.6~6之间。
初估主尺度时,选取L/B=4.6,则B=Lpp/(L/B)=14.23m3.1.3型深H型深对于布置地位型要求的船舶,它取决于舱内的布置地位。
从对稳性的影响来看,增大型深会引起重心高度的增加,加大风压倾侧力矩,但型深加大能使甲板入水角增大,增加稳性复原力臂曲线下的面积和最大复原力臂对应角。
因此,增加型深由于重心升高会减小初稳性高,但对大倾角稳性可能有利。
从船舶纵总强度方面来看,因为增加型深对提高船体剖面模数十分有效,所以增加型深对纵总强度有利。
在远洋拖网渔船中型深H主要起到保证容积的需要,但一般对远洋拖网渔船而言,L/H不会太大。
故主尺度初估时取 B/d=2.55,已算得Lpp=66.87m则d=5.58m3.1.4吃水T设计吃水的选择主要从一下几个方面来考虑:1)浮力增加吃水,可减小Cb或B及L,对快速性和减轻空船重量等许多方面都是有利的。
当然减小B和L都应该满足稳性和布置地位等有关的要求;2)从提高推进器的性能方面考虑:吃水增加,桨轴沉深就增大,从而空泡数较大,而吃水增加,螺旋桨半径就可以增加,从而提高螺旋桨的效率;3)从稳性方面考虑:吃水T增加,会使得B/T减小,而B/T对稳性的影响较大,而会造成稳性的降低;4)从耐波性的观点来看,L/T大者,在风浪中纵摇与升沉运动较为缓和,但T又不可取的过小,以免引起前踵出水而产生拍击。
通常在渔船设计中,T的选取往往根据B/T决定。
根据统计,远洋渔船的B/T通常在2.5~2.9之间。
在贾复的《渔船设计》中,当已知船长Lpp时,有以下经验公式:T=d+0.0357Lpp+0.77 (3-2)由Lpp=66.87m,则可算出吃水T=5.81m。
3.1.5方形系数Cb方形系数的选择主要从以下几个方面来考虑:1)对稳性的影响:方型系数Cb增加,可是稳性降低;2)对快速性的影响:方型系数Cb越大,对摩擦阻力Rf影响不大,但对剩余阻力Rr影响较大,尤其是高速船,选择方型系数Cb时应首先从舱容和布置方面考虑。
3)对总布置的影响:方型系数Cb越大,对增大舱容有利;4)对于渔船,从耐波性来看,对短的船,在减小失速现象上方形系数有着显著作用,也就是在同等海况下,船长相同,方形系数大者,失速较大,相同的方形系数,船长短的,失速较大。
因此从耐波性来看,渔船采用较小的方形系数是比较合理的。
在贾复的《渔船设计》一书中,从实船统计分析来看,渔船的方形系数可用下列公式表示:Cb=1.14-0.61V/Lpp^0.5其中,V=13.5kn,Lpp=66.87×3.82=255.4434英尺,则可得出Cb=0.62。
3.2主机功率及主机型号的选取3.2.1.拖航功率(1)网具阻力网具选用1440型扩张比0.4。
参考《我国竹筴鱼中层拖网网具性能分析》应用网子阻力公式:R=0.0899(d/a)LCV1.738 (3-14)式中d/a=0.00149 L=472.25m C=1440m 该式仅适用于拖速1.53~3.06m/s范围内,大型竹荚鱼中层拖网网具阻力计算。
本船拖速5kn,约为2.57m/s.考虑30%风浪储备。
网具阻力:R1=R*1.3=610.78KN (3-15)(2)拖网功率本船拖速5kn,航速13.5kn拖网功率:P1=610.78*5*0.514KW=1569.71KW (3-16)(3)船身功率为了简化阻力计算可以由《船舶原理上册》相当平板阻力公式计算船身阻力,将船简化为相当平板查《船舶原理(上)》可估算船身阻力:(3-18)式中相关参数确定如下:Re= vL/μ(其中μ=1.006×10-6),将Re值代入得到Cf由摩擦阻力系数公式Cf=0.075(lgRe−2)2总阻力系数Ct包括摩擦阻力系数Cf和剩余阻力系数(兴波阻力很小,忽略不计),因此取 Ct=(1+20%)Cf因此由相当平板算的船身总阻力: R2= 1/2 SV2 ρCt (3-19)由功率与船速算得船身功率 P2=R2×V1 (3-20)由以上计算求得拖航功率 P=P1+P2 (3-21)3.3.2 主机功率、主机选型取推进效率QPC=0.50可得到主机需提供P’=P/QPC的功率用于拖航。
(1)用电功率①速冷功率:最大网产40t,速冻柜取12个,速冷功率为600KW冷库功率为每日产量59.5t,取120KW②RSW舱大小=59.5/1.5=39.666m3 取40 m3用电功率24KW③起网功率:起网时船速0.6m/s,起网速度1m/s,起网阻力R=206.17KN起网功率=329.88KW④其他用电功率100KW用电功率P3==600+120+24+329.88+100=1173.88KW(2)主机功率则所需主机功率=P/QPC+ P3 (3-22)根据此计算的主机功率选择瓦锡兰中速柴油机机6L32,4640KW规格如下:表3-1 主机参数WÄRTSILÄ 32 IMO TIER II Cylinder bore 320 mm Fuel specification:Piston stroke 400 mm Fuel oil 700 cSt/50oC Cylinder output 500 kW/cyl, 580 kW/cyl 7200 sR1/100oCSpeed 750 rpm ISO 8217, category ISO-F-RMK 70024.9 bar, 28.9 bar SFOC 185 g/kWh at ISO conditionMean effectivepressurePiston speed 10.0 m/sOption: Common rail fuel injection.表3-5 主机规格RATED POWEREngine type 500 kW/cyl 580 kW/cyl 8L32 4 000 4 640表3-6 主机尺度DIMENSIONS (MM) AND WEIGHTS (TONNES)EngineA* A B* B C D F Weight type8L32 5 960 6 245 2 360 2 295 2 305 2 345 1 155 43.4图3-2 主机尺度示意图3.3.性能初步校核3.3.1 快速性用海军系数法来校核航速是否满足要求。
已知已选定主机瓦锡兰中速柴油机机6L32,4640KW,经计算,由主机功率采用海军系数法得到的航速远远大于任务书要求的服务航速13.5kn。
但考虑到渔船的特殊性,只有部分主机功率用以航行,其他部分用来制冷、供电、保鲜、加工等等。
由此可知,在此主机功率下足够保证该船达到任务书要求的航速,即满足快速性要求。
3.3.2 稳性由初稳性高公式:GM=a1T+a2/T-a3H,(3-23)式中Cw=1+2Cb3=0.75 , a1==0.55,a2==0.08,a3=0.65,所以GM=0.67m>0.35m,即满足规范要求。
3.3.3 横摇周期根据计算横摇周期的公式:t=0.58f,其中,f=1+0.07(B/T-2.5)=1.0035,KG=0.65H,故t=12.6s>1.3×8=10.4s,满足规范要求。
3.4排水量计算3.4.1空船重量LW参照《渔船空船重量与重心估算》,根据LW与主尺度之间的关系估算:LBD (3-24) Lw=CL式中 Lw—空船重量LBD—立方数,为垂线间长、型宽、型深的乘积,m3;CL—重量系数,t/m3。
参照《渔船空船重量与重心估算》,得如下数据:表3-2 双甲板渔船空船重量系数LPP 25 30 35 40 45 50 60 70 80 冰鲜渔船0.220 0.210 0.202冷冻渔船0.255 0.246 0.235 0.230 0.222 0.217 0.207 0.201 0.200 此设计船为冰冻渔船,取CL=0.201,因L、B D均为变量,Lw 也随之变化。
Lw=0.201LBD (3-25)空船重量取6%的裕度。
Lw’=Lw(1+6%)(3-26)3.4.2载重量DW估算(取一个扒载周期时载况)(1)船员及行李每人取110-120Kg,Wp=120*34=5.4t (3-27)(2)食品及淡水自持力天数T取30天。