船舶主要要素的确定

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1、 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 第 五 章 船 舶 主 要 要 素 的 确 定第 一 节 总 体 设 计 方 案 的 构 思第 二 节 主 要 要 素 的 考 虑 和 选 择第 三 节 确 定 船 舶 主 要 要 素 的 基 本 方 法第 四 节 设 计 方 案 的 优 化 与 技 术 经 济 评 估 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 第 一 节 总 体 设 计 方 案 的 构 思 总 体 设 计 方 案 构 思 的 任 务 分 析 设 计 任 务 书 ， 明 确 设 计 要 求 ； 分 析 同 类 型 船 的 资 料 ， 确 定 各 个 设 计 参 数 可 能 的选 择 范 围 ， 设 立

2、一 个 初 步 的 新 船 总 体 设 计 方 案 ； 估 算 并 分 析 新 船 的 主 要 技 术 和 经 济 指 标 ， 考 虑 并解 决 可 能 存 在 的 主 要 矛 盾 。 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 总 体 设 计 方 案 构 思 总 体 设 计 方 案 构 思 的 内 容 船 型 特 征 和 总 布 置 设 想 主 要 要 素 的 考 虑 和 选 择 (第 二 节 ) 主 要 技 术 性 能 的 估 算 与 分 析 (第 四 章 已 讲 ) 其 他 重 要 方 面 的 考 虑 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 船 型 特 征 和 总 布 置 设 想 船 型 特 征 和 总 布

3、 置 设 想 的 主 要 内 容 ： a.主 船 体 特 征 b.机 舱 位 置 c.甲 板 层 数 d.货 舱 形 式 e.上 层 建 筑 的 大 小 和 位 置 f.船 体 结 构 特 点 各 船 型 布 置 特 点 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 船 舶 类 型 散 货 船布 置 特 点 ： 大 多 为 尾 机 型 ； 货 舱 设 有 顶 边 舱 和 底 边 舱 ； 一 般 为 单 甲 板 ； 常 设 有 起 重 设 备 。 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 船 舶 类 型 集 装 箱 船布 置 特 点 ： 机 舱 位 置 ： 中 小 型 船 为 尾 机型

4、； 大 型 船 为 中 尾 机 型 ； 货 船 区 采 用 双 壳 结 构 ， 并 设有 抗 扭 箱 ； 上 层 建 筑 长 度 短 、 层 数 多 ； 小 型 船 设 起 重 机 、 大 中 型 则不 设 ； 压 载 舱 多 ： 舷 舱 、 双 层 底 、首 尾 尖 舱 。 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 船 舶 类 型 滚 装 船布 置 特 点 ： 几 乎 封 闭 的 机 舱 在 尾 部 ， 机 舱 上 面 为 主 要 交 通 要 道 ； 两 舷 一 般 为 双 层 ； 货 舱 为 水 平 分 隔 （ 横 隔 壁 不 设 或 很 少 ） ，甲 板 间 联 系

5、 通 过 斜 坡 道 或 升 降 机 ； 首 尾 或 两 舷 设 开 口 （ 配 水 密门 ） 和 跳 板 ； 上 层 建 筑 可 设 于 尾 部 或 舯 前 部 ； 船 型 为 平 甲 板 型 （ 无 梁 拱 ） 。 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 船 舶 类 型 油 船 、 化 学 品 船 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 船 舶 类 型 液 化 气 船 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 船 舶 类 型 旅 游 船 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 船 舶 类 型 交 通 船 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 船 舶 类 型 工 作 船 江苏科技大学船舶与海洋工程学

6、院 其 他 重 要 方 面 的 考 虑 主 要 技 术 装 备 主 机 、 电 站 、 操 纵 设 备 、 舱 盖 和 起 货 设 备 、 锚 泊 设 备 、消 防 救 生 设 备 、 通 讯 导 航 设 备 等 。 主 机 ： 型 号 （ 功 率 、 转 速 ） 、 外 形 尺 寸 和 重 量 、 价 格 和 油 耗 法 规 和 规 范 对 设 计 船 的 要 求 完 整 稳 性 、 分 舱 与 破 舱 稳 性 、 最 小 干 舷 、 防 污 在 选 择 母 型 船 时 应 注 意 新 旧 法 规 或 公 约 的 差 别 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 第 二 节 船 舶 主 要 要 素 的

7、 考 虑 和 选 择 选 择 船 舶 主 要 要 素 时 考 虑 的 因 素 选 择 船 长 时 应 考 虑 的 因 素 选 择 船 宽 时 应 考 虑 的 因 素 选 择 吃 水 时 应 考 虑 的 因 素 选 择 型 深 时 应 考 虑 的 因 素 选 择 方 形 系 数 时 应 考 虑 的 因 素 主 要 要 素 之 间 的 联 系 规 律 船 舶 主 要 要 素 的 选 择 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 选 择 船 长 时 应 考 虑 的 因 素 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 选 择 船 宽 时 应 考 虑 的 因 素 江苏科技大学船舶与海洋工程学院

8、 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 选 择 吃 水 时 应 考 虑 的 因 素 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 选 择 型 深 时 应 考 虑 的 因 素 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 选 择 方 形 系 数 时 应 考 虑 的 因 素 满 足 浮 性 方 程 对 布 置 的 影 响 方 形 系 数 小 时 首 尾 相 对 尖 瘦 ， 对 机 舱 等 布 置 不 利 对 快 速 性 的 影 响 对 船 体 重 量 及 载 重 量 的 影 响 在 排 水 量 一 定 时 ， 增 大 方 形 系 数 可 以 减 小 尺 度 ， 降 低 空 船重 量 ， 从 而 增 加 载 重 量 江苏科技大学船舶

9、与海洋工程学院 船 舶 主 要 要 素 之 间 的 联 系 规 律 设 计 研 究 结 果 表 明 ， 主 尺 度 之 间 的 比 例 关 系 （ 长 宽 比 L/B、宽 度 尺 水 比 B/T、 宽 深 比 B/D等 ） 与 船 舶 的 多 项 性 能 直 接 相 关 。 在 选 择 主 尺 度 时 ， 可 以 从 尺 度 比 的 规 律 中 找 出 新 船 的 尺 度比 参 数 范 围 ， 加 上 方 形 系 数 和 主 尺 度 的 限 制 条 件 ， 那 么 对 于 常规 船 型 就 很 容 易 大 体 上 确 定 出 新 船 的 主 尺 度 范 围 。 江苏科技大学船舶与海洋工程学院

10、长 宽 比 L/B 对 阻 力 的 影 响 L/B小 ， 则 剩 余 阻 力 大 如 必 须 取 较 小 的 L/B时 ， 为 了 减 少 阻 力 上 的 不 利 影 响 ， 可取 较 小 的 方 形 系 数 来 弥 补 。 L/B对 耐 波 性 、 操 纵 性 都 有 一 定 的 影 响 ， 选 取 时 应 综 合 考 虑 。 在 尺 度 不 受 限 制 的 情 况 下 ， 从 降 低 造 价 考 虑 ， 现 代 散 货 船 和多 用 途 船 的 L/B一 般 在 6左 右 。 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 长 宽 比 L/B对 剩 余 阻 力 的 影 响 江苏科技大学船舶与海洋工程学院

11、不 同 L/B对 方 形 系 数 取 值 的 影 响 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 宽 度 吃 水 比 B/T 对 稳 性 和 横 摇 的 影 响 B/T增 大 ， 横 稳 心 半 径 会 迅 速 增 大 ， 从 而 初 稳 性 高 变 大 ，横 摇 周 期 减 小 。 一 般 中 小 型 运 输 船 B/T在 2.5左 右 （ 大 于 3属 宽 浅 吃 水 船 ） ；大 型 船 B/T在 3左 右 。 对 阻 力 的 影 响 B/T大 ， 排 水 体 积 较 多 集 中 在 水 面 附 近 ， 兴 波 阻 力 会 增 加 ；同 时 湿 面 积 会 加 大 ， 对 摩 擦 阻 力 有 较 大

12、 影 响 。 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 长 深 比 L/D和 宽 深 比 B/D 对 总 强 度 的 影 响 规 范 有 要 求 （ CCS为 L/D17、 B/D2.5） 对 干 舷 和 舱 容 的 影 响 对 抗 沉 性 的 影 响 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 船 舶 主 要 要 素 的 选 择 船 长 的 选 择 船 宽 的 选 择 吃 水 的 选 择 型 深 的 选 择 方 形 系 数 的 选 择 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 船 长 的 选 择 选 择 船 长 时 ， 应 针 对 设 计 船 的 具 体 情 况 及 使 用 特 点 ， 找

13、出影 响 决 定 船 长 的 主 要 因 素 。 对 于 耐 波 性 重 要 的 军 舰 、 客 船 、 救 助 拖 船 等 ， 则 希 望 适 当增 加 船 长 以 改 善 其 耐 波 性 ； 对 于 港 作 拖 船 及 推 船 ， 则 应 尽 可 能缩 短 船 长 以 提 高 回 转 性 能 ； 对 于 港 口 供 应 船 ， 则 应 提 高 装 载 量以 保 证 其 经 济 性 。 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 船 宽 的 选 择 同 船 长 一 样 ， 影 响 确 定 船 宽 的 因 素 也 很 多 ， 而 且 各 因 素 之间 还 有 矛 盾 （ 例 如 稳 性 和 横 摇 ） 。

14、 此 外 ， 选 择 B也 应 与 L、 T结合 起 来 考 虑 。 对 于 浅 吃 水 船 ， 常 采 用 较 大 的 船 宽 ； 对 于 拖 船 ， 考 虑 急 牵 稳性 的 需 要 ， 常 选 用 较 大 的 船 宽 ； 对 于 集 装 箱 船 ， 考 虑 到 货 箱 的列 数 及 箱 之 间 的 间 隙 要 求 ， 往 往 按 布 置 要 求 来 决 定 船 宽 ； 对 于客 船 及 工 作 船 ， 为 了 保 证 船 在 恶 劣 海 况 下 能 有 良 好 的 耐 波 性 ，则 要 求 船 在 保 证 稳 性 下 限 的 前 提 下 ， 尽 可 能 减 小 船 宽 ， 以 增 大横

15、摇 周 期 ， 使 横 摇 尽 量 减 缓 。 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 吃 水 的 选 择 吃 水 的 确 定 主 要 从 限 制 条 件 、 浮 力 和 适 当 的 螺 旋 桨 直 径 来考 虑 。 即 把 限 定 吃 水 当 作 设 计 吃 水 ， 或 根 据 螺 旋 桨 最 佳 直 径 来决 定 吃 水 的 下 限 值 。 一 般 螺 旋 桨 直 径 与 吃 水 之 比 ： 单 桨 0.70.8， 双 桨 0.60.75。 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 型 深 的 选 择 对 于 载 重 地 位 型 船 舶 ， 积 载 因 数 小 时 型 深 按 最 小 干 舷 决 定 ；积

16、载 因 数 大 时 型 深 按 舱 容 的 要 求 来 选 择 。 对 于 布 置 地 位 型 船 ， 其 型 深 主 要 取 决 于 上 甲 板 以 下 各 层 甲板 间 高 度 和 舱 室 高 度 的 要 求 。 对 于 小 型 海 船 ， 其 型 深 常 按 保 证 大 倾 角 稳 性 来 确 定 。 实 践证 明 ， 干 舷 对 小 型 海 船 的 安 全 性 十 分 重 要 ， 故 宜 适 当 取 大 些 。 对 于 大 型 载 重 型 船 舶 ， 要 注 意 总 纵 强 度 的 要 求 ， L/D不 宜 过大 。 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 第 三 节 确 定 船 舶 主 要

17、要 素 的 方 法 确 定 主 要 要 素 的 基 本 思 路 确 定 主 要 要 素 应 满 足 的 约 束 条 件 确 定 新 船 主 要 要 素 的 步 骤 载 重 型 船 主 要 要 素 确 定 的 方 法 布 置 型 船 主 要 要 素 确 定 的 方 法 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 确 定 主 要 要 素 应 满 足 的 约 束 条 件 满 足 重 力 与 浮 力 相 平 衡 条 件 ， 即 空 船 重 量 加 载 重 量 应 等 于船 在 设 计 吃 水 时 的 排 水 量 ； 满 足 设 计 船 所 需 的 容 量 和 建 筑 地 位 ； 满 足 设 计 船 各 项 技 术

18、 性 能 要 求 ； 满 足 航 线 环 境 和 建 造 修 理 对 主 要 要 素 的 限 制 ； 满 足 用 船 部 门 对 设 计 船 的 使 用 要 求 ； 优 良 的 经 济 性 能 。 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 确 定 新 船 主 要 要 素 的 一 般 步 骤 在 分 析 设 计 任 务 书 的 基 础 上 ， 确 立 设 计 思 想 ， 并 就 其 认 真调 查 研 究 ， 寻 找 与 设 计 船 要 求 相 近 的 母 型 船 或 分 析 同 类 船 的 规律 。 根 据 已 知 的 母 型 船 或 已 得 的 近 似 规 律 ， 粗 略 估 算 出 主 要 要素 的

19、第 一 次 近 似 值 。 根 据 第 一 次 近 似 值 粗 略 地 核 算 相 应 的 技 术 性 能 ， 然 后 根 据核 算 结 果 对 第 一 次 近 似 的 主 要 要 素 进 行 调 整 ， 得 出 第 二 次 近 似的 主 要 要 素 。 如 调 整 的 幅 度 较 大 ， 还 需 对 第 二 次 近 似 的 主 要 要素 作 性 能 核 算 和 调 整 。 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 根 据 前 一 步 的 主 要 要 素 绘 制 总 布 置 草 图 、 型 线 草 图 、 中 横剖 面 结 构 图 等 ， 并 选 定 主 机 型 号 （ 如 任 务 书 中 未 规 定

20、时 ） ， 然后 根 据 这 些 资 料 及 有 关 参 考 资 料 ， 对 船 舶 的 技 术 性 能 作 进 一 步的 较 详 细 的 核 算 ， 并 再 次 根 据 核 算 结 果 调 整 主 要 要 素 。 根 据 设 计 船 的 特 点 ， 选 取 合 适 的 优 选 衡 准 ， 利 用 优 化 方 法 ，进 行 多 方 案 的 比 较 分 析 ， 选 取 最 佳 方 案 。 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 载 重 型 船 舶 主 要 要 素 确 定 的 方 法 初 始 排 水 量 的 确 定 第 一 次 近 似 的 主 要 要 素 初 步 校 核 根

21、 据 校 核 结 果 调 整 主 要 要 素 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 主 要 要 素 的 调 整重 力 与 浮 力 不 平 衡 舱 容 不 满 足 要 求 初 稳 性 不 满 足 要 求 快 速 性 不 够 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 重 力 与 浮 力 不 平 衡 当 时 ， 也 可 利 用 诺 曼 系 数 来 调 整 排 水 量 ： 式 中 ： 第 一 次 估 算 的 排 水 量 诺 曼 系 数1DWDW )( 11 DWDWN N 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 诺 曼 系 数 DWCCCDWWWW MOHMOH DWWWW MOH )()()( DWWWW DW NMOH

22、1 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 诺 曼 系 数 的 简 单 分 析 恒 大 于 1 值 的 大 小 取 决 于 空 船 重 量 所 占 排 水 量 比 例 其 值 随 、 、 的 大 小 而 变 ， 如 = = =1， 其 值就 是 载 重 系 数 的 倒 数 为 调 整 排 水 量 而 修 改 不 同 的 主 尺 度 时 ， 其 值 也 应 不 同 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 、 、 的 取 值 修 改 L时 ： =1.21.5， =0.50.8， =0.20.3 修 改 B时 ： =1.0， =0.7， =0.2 修 改 吃 水 和 方 形 系 数 时 ： =0.4， =0， =0

23、 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 重 力 与 浮 力 不 平 衡 浮 力 小 于 重 力 当 浮 力 小 于 重 力 时 ， 如 干 舷 有 余 或 吃 水 允 许 增 加 ， 则 以增 大 T最 有 利 ； 如 T已 限 定 ， 则 可 根 据 具 体 情 况 调 整 L、 B、 ： 稳 性 嫌 差 时 增 大 B； 快 速 性 嫌 差 但 稳 性 充 分 时 增 大 L； 快 速 性 有 保 证 且 稳 性 充 分 时 增 大 ； 快 速 性 和 稳 性 都 嫌 差 时 同 时 增 大 L和 B， 或 增 大 L和 B的 同 时适 当 减 小 。 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 重 力 与

24、 浮 力 不 平 衡 浮 力 大 于 重 力 当 浮 力 大 于 重 力 时 ， 差 额 不 大 时 可 暂 作 为 空 船 重 量 裕 度 ；当 差 值 较 大 时 ： 如 舱 容 及 快 速 性 有 保 证 ， 可 先 考 虑 缩 短 L； 如 舱 容 及 稳 性 有 保 证 ， 可 减 小 B。 当 然 减 小 T和 方 形 系 数 最方 便 。 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 舱 容 不 满 足 要 求在 舱 容 不 足 时 ： 如 稳 性 充 分 ， 首 先 应 考 虑 加 大 D或 同 时 增 大 D和 B； 如 快 速 性 也 嫌 差 ， 可 考 虑 同 时 增 大 D、 L和

25、B。在 舱 容 偏 大 过 多 时 ： 如 干 舷 充 分 ， 首 先 可 考 虑 降 低 D。 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 初 稳 性 不 满 足 要 求 当 不 足 时 或 嫌 大 时 ， 可 先 考 虑 改 变 水 线 面 系 数 和B。 改 变 B时 应 注 意 对 浮 力 和 舱 容 的 影 响 ， 必 须 相 应地 改 变 T或 或 L。 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 快 速 性 不 够 如 舱 容 和 干 舷 都 充 分 时 ， 首 先 从 增 加 T、 减 小 上 考 虑 ； 如 初 稳 性 高 度 不 嫌 大 时 ， 可 增 大 B、 减 小 ； 通 常 增 大 L、

26、减 小 最 有 效 ， 但 对 造 价 不 利 。 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 布 置 地 位 型 船 主 要 要 素 确 定 的 方 法 布 置 地 位 型 船 舶 的 主 要 要 素 主 要 取 决 于 主 体 内 及上 甲 板 以 上 的 布 置 所 需 的 地 位 。 因 此 设 计 客 船 、 拖 船 、集 装 箱 船 等 布 置 地 位 船 时 ， 一 般 都 需 从 布 置 上 所 需 的地 位 入 手 ， 计 算 分 析 所 需 的 最 小 L、 B、 D值 ， 然 后 再结 合 重 力 与 浮 力 的 平 衡 、 快 速 性 、 稳 性 、 耐 波 性 等 条件 ， 确

27、定 合 理 的 主 要 要 素 。 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 第 四 节 设 计 方 案 的 优 化 与 技 术 经 济 评 估 设 计 方 案 的 优 化 可 行 方 案 主 尺 度 优 化 约 束 条 件 和 优 选 的 目 标 及 衡 准 技 术 经 济 性 评 估 技 术 指 标 经 济 指 标 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 (一 )设 计 方 案 优 化 可 行 方 案 与 可 行 域 可 行 方 案 ： 是 指 满 足 约 束 条 件 的 方 案 。 可 行 域 ： 新 船 主 要 要 素 在 一 定 范 围 内 取 值 就 能 满 足 约 束 条 件 ，我 们 称 这 个

28、 范 围 为 新 船 主 要 要 素 的 可 行 域 。 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 技 术 经 济 评 估技 术 指 标 ： 单 项 指 标 ： 装 载 能 力 、 快 速 性 、 稳 性 、 耐 波 性 、 操 纵 性 、 强度 等 综 合 指 标 ： 载 重 量 系 数 、 海 军 系 数 、 舱 容 利 用 率 、 油 耗 等经 济 指 标 ： 静 态 ： 单 位 投 资 、 运 输 成 本 等 动 态 ： RFR、 IRR、 T 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 复 习 思 考 题 -5 就 一 般 情 况 来 说 ， 船 舶 总 体 设 计 方 案 构 思 主 要 考 虑 哪 些 方 面 ？ 对 于 散 货 船 和 集 装 箱 船 ， 方 案 构 思 时 如 何 考 虑 ？ 选 择 船 舶 主 要 要 素 时 应 考 虑 哪 些 因 素 ？ 确 定 主 要 要 素 应 满 足 哪 些 约 束 条 件 ？ 对 于 载 重 性 船 舶 和 布 置 型 船 舶 ， 确 定 主 要 要 素 的 方 法 如 何 ？ 正 确 理 解 “ 诺 曼 系 数 ” 概 念 。 重 力 和 浮 力 不 平 衡 时 如 何 考 虑 ？ 容 量 不 足 或 过 大 时 如 何 分 别 考 虑 ？ 稳 性 、 快 速 性 不 满 足 时 如 何 考 虑 ？