《船舶设计原理》_重量与重心_舱容布置_主尺度1

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1、第三章船舶重量与重心3.1概述排水量是船舶技术性能的重要参数之一，是船舶设计中各项性能计算的重要依据。 船舶的排水量即为组成船舶的各项重量之和。船舶的重心位置关系到浮态和稳性。因此, 船舶设计和建造中必须尽量准确地计算并控制船舶的重量与重心位置，这是保证船舶各 项性能的基本条件。船舶的重量可分为空船重量和载重量两大部分。空船重量是船舶的 一项重要指标，载重量反映了船舶的装载能力。在船舶的各个设计阶段，重量和重心的估算或计算都是一项必不可少的重要工作。 它是随着设计阶段的不断深入，逐步近似，由粗略到精确。本章主要介绍在船舶设计初 期，如何对船的重量重心进行分析，寻求它们与船的主尺度和主要要素之间

2、的联系规律, 以便能较准确地进行估算，同时也介绍一些具体的估算方法。3.1.1平衡条件根据浮性原理，船舶于静水中平衡的条件是：重力等于浮力；重力与浮力的作用线 在同一垂直线上。如图3.1.1所示。图3.1.1船舶浮于水面的平衡条件船在某一装载情况下的总重量为ZWi （单位为：吨，用t表示），此时船体排开水的重量（即排水量）为-：未 - :-kLBdC B（ 3.1.1 ）式中：P水的质量密度（t/m 3 ）,海水一般为1.025 ;淡水为1.0; 该装载情况下的型排水体积（ m3 ）；k附体体积系数。因为 为型排水体积，它不包括外板厚度及附体（如舵、螺旋桨、轴支架、舭龙骨等）在内， k值是考虑

3、这些因素后的系数，通常 为1.0021.010,大船取小值，小船取大值，一般可取1.006。L、B、d、C B 分别为船长（通常为Lpp ）、型宽、吃水及方形系数。根据平衡条件可得浮性方程式：=flkLBdC B（ 3.1.2）3.1.2民船重量分类及典型载况1. 重量分类船在某一装载情况下的总重量就是此时的排水量厶，它由各部分重量组成。通常在设计中将排水量分成空船重量和载重量两部分，即.： = LW - DW（ 3.1.3）式中：LW 空船重量（t）；民船设计中通常将其分为船体钢料重量WH、舾装重量WO和机电设备重量 WM三大部分，即LW =WH WO WM ；DW载重量（t）；包括货物、旅

4、客、船员、行李、油水（燃油、滑油、淡水 等）、食品、备品、供应品以及压载水等。2. 典型载况船舶在营运和航行过程中，载重量如货物、油、水等都是有变化的，随着载重量的 变化，排水量也不同，因此船的各种性能也就有差别。各种排水量中，取出若干个典型 情况的排水量，掌握了这些典型载况，就可以基本上控制船在使用过程中各种载况下的 性能。民船通常最基本的典型排水量有以下几种。 空载排水量：盘=LW。此时动力装置管系中有可供主机动车的油和水，但不包括 航行所需的燃料、滑油和淡水储备以及其他载重量。 满载排水量：厶=LW - DW。船舶装载至预定的设计载重量，这种载况称为满载 排水量。它是船舶设计时决定主要要

5、素的出发点，因此也叫做设计排水量。 压载排水量：一般货船在无货空放航行时，通常都必须加载一定数量的压载水， 以便保证船舶在空放航行时的适航性能。在核算船舶稳性时，法规对各类船的典型载况均有规定（见第二章2.3.3节）。对于一般货船，通常取四种典型载况，即：满载出港设计排水量状态；满载到港这时船上的油水等消耗品重量规定为设计状态储备量的10 %;压载出港船上不装载货物，但有所需的压载水，油水储备量为设计状态之值；压载到港船上不装载货物，但有所需的压载水，油水为其总储备量的10%。客舱还需增加核算满客无货出港及满客无货到港二种载况。有些船舶如存在对稳性更不利的其他装载情况，如部分装载或航行中途等情

6、况，则还需核算这些载况的稳性。3.2空船重量估算空船重量LW要占设计排水量相当大的一部分，且影响因素很多，不容易估算准确, 特别是在设计初期阶段。如果船舶建成以后，空船重量与原先估计的相差较大，则对船 的技术性能和经济指标都会产生很大的影响。尤其是超重较多时，引起的后果更为严重。 因此，空船重量估算的准确与否是新船设计能否获得成功的关键之一，对此必须给予充 分的重视，估算工作要仔细认真，反复斟酌，切不可粗心大意。船的排水量 厶由空船重量LW与载重量DW组成，不同类型的船舶空船重量占排水量 之比差别较大，表 321给出了各类船舶的空船重量占满载排水量的大致比例。表3.2.1各类船舶的空船重量与满

7、载排水量之比大型货船0.27-0.36大型客船0.45-0.60中、小型货船0.30-0.43中、小型客船0.50-0.70大型油船0.20-0.35拖船0.85-0.95中、小型油船0.35-0.50渔船0.60-0.70为了便于设计计算和寻求有关空船重量的规律性，通常按照一定的原则将组成空船的诸重量进行分类。一般将民船的空船重量LW分成船体钢料重量 WH、舾装重量 WO和机电设备重量 Wm三大部分，各部分重量的组成大体包括表3.2.2所列的项目。在船舶设计实践中，有些项目的重量归类会有所不同。例如也有将船体管系的重量归为舾装这一 部分内（表 3.2.2中该项重量归在机电设备部分）。因此在使

8、用母型船重量资料时，应注意实际的分类情况。表3.2.3为各类民船船体钢料重量wH和舾装重量 WO占空船重量lw的大致比例范围。空船重量的估算（或计算）在船舶设计的不同阶段，是采用不同的方法进行的。在 设计的初始阶段，由于仅有初步拟定的主尺度和粗略构思的总体方案，因此空船重量的 估算只能采用很粗略的方法。例如参考母型船重量资料用某种比例的方法换算，或选择 适用的经验公式、统计公式估算。当设计工作进行到一定深度以后，可以采用比较详细 的方法估算。较详细的估算方法通常采用分类计算（或估算）方法，分类的详尽程度视 设计的深度而定。例如：将船体钢料重量部分再分为船底结构、船侧结构、甲板结构、 舱壁结构、

9、首楼结构、尾楼结构、甲板室结构等等，分别采用适当的方法进行估算；舾 装和机电部分重量的估算可将已确定的设备重量单独计算，余项分类估算。这个阶段的 重量估算工作在相当程度上仍然依赖于母型船的重量资料。空船重量准确的计算是根据 详细的设计结果逐项计算。这项工作十分繁琐和艰苦，但也是船舶设计中必不可少的重 要工作。表322 船舶空船重量分类表项目分类细目一、船体钢料部分1. 首尾柱及轴包架2. 外板3. 底部及舷侧构架4. 甲板结构5. 舱壁及围壁6. 支柱7. 船体钢料杂项8. 底座9. 上层建筑钢料10. 焊接重量首柱、尾柱、轴包架、舵踵及其他。平板龙骨、船底板、舷侧板、舭龙骨、外板上覆板。底部

10、纵向构件、底部横向构件、舷侧纵向构件、舷侧横向构件、首尾尖舱结构、其他。 上甲板结构、主甲板结构、平台甲板结构、其他。横向水密舱壁、纵向水密舱壁、部分舱壁及舱室围壁、舱口围壁、围板、其他。各层甲板下支柱、舱面机械及梯口加强支柱、其他。轴隧及推力轴承室、钢质护舷材、舱柜内制荡板及顶盖、扶梯平台、污水阱、其他。 主机底座、辅机底座、锅炉底座、轴承底座、舱面机械底座、其他底座。首楼、桥楼、尾楼、各层甲板室、舷墙、其他。焊料、垫料、其他。二、舾装部分1. 船体木作2. 船舶属具（金属）3. 船舶设备及装置4. 舾装木作5. 生活设备及工作用具/、6. 敷料7. 油漆8. 冷藏及通风9. 船舶管系舱底铺

11、板及舱边护条、护舷木、栏杆上木扶手、木质上层建筑、其他。桅及龙门架柱、栏杆、扶梯、旗杆、外烟囱、钢质舱口盖、天窗、门窗及人孔、特种属具、 其他。舵装置、锚装置、系缆装置、起货设备、救生设备、航行设备、消防设备、推进装置、特种 装置和设备、其他。非金属围壁、衬板天花板、室内地板、门窗、家具、舷梯、非金属舱口盖、舾装木作杂项、 其他。厨房及餐室设备、卫生及洗涤设备、各种装饰、娱乐设备、小卖部杂项设备、医疗用具、水 手工具及备品、木工工具及备品、其他。舱底及舱柜敷料、甲板敷料、厨房及卫生间瓷砖和地砖、其他。船体部分、其他部分。通风设备、空调设备、伙食冷藏库设备、制冷机及其与冷藏舱或空调器连接管系、冷

12、藏货舱 设备、制冰设备、其他。舱底水系统、压载水系统、消防系统、卫生及日用水系统、暖气设备、测深管及注入管系统、舱面机械系统、航行设备系统、特种机械系统，货油装卸系统、其他系统。三、机电设备1. 主辅机械设备2. 轴系3. 船舶电气主机、减速齿轮箱及联轴器、电站发电机组、空气压缩机组、污水处理装置、各种热交换器、各种泵、容器、锅炉、抽风机及鼓风机、其他。推力轴及轴承、中间轴及轴承、尾轴尾管、隔舱填料涵、轴系附件、轴系设备、其他。舱面机械电力设备、生活及照明用电设备、对外通讯设备、船内通讯设备、助航设备、机炉舱辅机电力设备、输电配电、特种机械电力设备、其他。4.动力管系蒸汽及排汽管系、凝结水及泄

13、水管系、燃油及滑油管系、压缩空气及废气管系、冷却水及循环水管系、冷藏或空调用管系、其他。5.机炉舱杂项工具机、工作台、工具架及柜、工具备品、起吊设备、栏杆、格栅、扶梯及花铁板、各种仪表、供应品、烟道、风管、消防设备、其他。6.机炉舱特种设备遥控装置及联合操纵台、其他。7.机炉及管系内液体各种容器内液体、各种热交换器内液体、各种动力管系内液体、各项船舶管系内液体、各项机械内液体、其他。空船重量的估算结果在设计的初期阶段就要求尽可能的准确和可靠。做到这一点虽然十分困难，但又是十分必 要的。因为到设计工作的后期经详细计 算后所得重量与估算的结果相差较大 而不能符合设计精度要求时，必须对设计作重大修改

14、， 后果也是很严重的。 把 握空船重量估算结果的准确性，除了采用合适的方法以外， 最重要的是要具备 可靠和详细的母型船重量资料。因此，船舶类型WH f LWW。/ LW大型货船0.61-0.680.17-0.23中、小型货船0.51-0.590.25-0.32客货船0.42-0.560.26-0.37大型油船0.68-0.780.08-0.15中、小型油船0.54-0.630.23-0.35拖船0.38-0.520.23-0.28渔船0.39-0.460.39-0.44表323船体钢料和舾装重量与空船重量之比母型船重量（包括重心）资料是十分宝贵和重要的，必须注意搜集和整理。下面分别对船体钢料重

15、量、舾装重量和机电设备重量的估算方法作一介绍。3.2.1 船体钢料重量的估算1. 影响船体钢料重量的主要因素在空船重量中， 船体钢料重量所占比重较大（见表3.2.3），影响船体钢料重量的因素又较多，因此正确地分析各种影响因素对准确估算船体钢料重量具有重要意义。（1）主尺度主尺度（L、B、D、d和Cb）对船体钢料重量 Wh都有影响，其中影响最大的是L，其次是B，d和Cb对Wh的影响较小，而 D的影响程度要根据具体情况来分析。主尺度对Wh的影响可以从构件数量（即几何关系）和强度条件两个方面来分析。 船长L : L对Wh的影响最大。从构件的数量和几何尺寸看，船上大部分构件都与L有关。从强度条件看，L

16、越大，船在水中所受的纵总弯矩 M越大，要求的船体结构尺寸也大。因此，船长L的大小不仅直接影响到构件的数量，同时构件的尺寸、规格都将发生变化。图 3.2.1反映了一般货船船长变化时，单位长度船体钢料重量的变化趋势。 船宽B : B对船体纵向强力构件尺寸的影响不是很大，但对横向构件的强度有较大的影响。从构件的数量看，主要与船底、甲板及舱壁等构件有关。 因此，船宽B的大小与船体钢料重量有 密切关系，但其综合影响程度小于船长。 型深D : D对舷侧和舱壁等结构构件有影响。一般来说，型深增加会引起构件数量的增加。但是，从船体纵总强度看，型深D大，船体梁的剖面模数 W图321单位船长钢料重量也大，对强度有

17、利。对于大船，由于纵随船长的变化趋势总强度要求高，增加型深后对剖面模数的贡献相当程度上抵消了构件数量的增加，因此总的钢料重量增加甚微，极端情况甚至可能减轻船体钢料重量。而小船对纵总强度要求不高，增加型深一般会导致WH的增加。 吃水d : d的变化不影响构件的数量，但对局部强度（如船底构件和船侧构件等） 有一定的影响，但其影响程度甚微。 方形系数CB :方形系数反映的是船体的丰满程度，因此CB的增减对船体构件的数量和尺寸都影响甚微。所以C B对WH的影响很小。新船的各个主尺度与参考的母型船相比往往不按同一个比例变化，更重要的是强度条件中各个尺度的影响程度不同。因此，实用上分析主尺度对 WH的影响

18、程度通常用指数函数的形式来表示，即：Wh = L : B d *（ 3.2.1）式中：1、匚、.称为主尺度对船体钢料重量的影响指数。各指数的大体关系为：，卜和；及.，其中./ 1 （一般:-在 1.11.9之间），其他指数都小于1 o船体钢料重量与主尺度的指数关系式也是实用中作为统计实船重量回归分析方法的基本关系式。表 3.2.4就是基于式（3.2.1）的形式，对不同类型船舶的船体钢料重量统计 回归所得的一些结果-当然，不同的统计样本回归分析后指数值会有一定的差别。由于吃水d和方形系数CB对WH影响很小，不少统计方法中常省略d和CB的影响。表3.2.4船体钢料重量指数形式的回归系数船型式（3.

19、2.1 ）中的指数a7CTT小型货船1.250.750.7500.50散货船1.8780.695-0.1890.1580.197油船（2万7万）1.830.7500.393集装箱船1.7590.7120.4300常规客船1.450.9450.6600(2) 建筑特征船舶的建筑特征如甲板层数、舱壁数、上层建筑、舷弧、结构形式等都对WH有影响。它们的选取主要有以下考虑： 甲板层数：取决于使用要求和布置特点。 舱壁数量：除了规范和法规中关于舱壁最小数目规定外实际的舱壁数目还要考虑 使用要求，分舱与破舱稳性以及结构强度。 上层建筑和甲板室：包括它们的长度、宽度、高度、层数等，主要根据所需布置 地位和驾

20、驶室高度而定。对船体钢料重量的影响小船比大船要大些，且不同的船舶类型(如客船与货船)有很大差别。 布置决定的结构形式：如货舱区是单壳体结构还是双壳体结构，双层底的范围和 双层底高度等等。(3) 使用要求新船不同的使用要求对 wh也有较大的影响。例如： 新船要求的使用年限长，则钢板的耐腐蚀余量就要多。对于小型船舶来说，该因 素对WH的影响也是较大的。 船舶的航行区域不同以及规范不同对WH也有影响。如航行于冰区的船舶，船体某些部位结构要加强；不同船级社的规范对结构强度的要求也有区别。 船体结构上局部加强的材料附加量。船舶的不同使用要求以及特殊的大型设备常要求船体结构作局部加强，同样对Wh有影响，如

21、散货船使用抓斗卸货而内底板无覆盖层时，则内底板至少需增厚5mm。(4) 其他因素其他因素如： 结构材料不同，对 Wh会有不同程度的影响。船体结构材料有采用普通钢、高强 度钢，铝合金等不同材料； 船体的特殊形状，如是否采用球首、球尾、尾鳍，单桨船还是双桨船，双桨船中是常规尾型还是双尾、双尾鳍等，这些形状特征对WH也有影响； 建造加工的因素。建造中为了更加合理加工(如焊接、避免校平工作等)，常会增加材料，这种情况在小型船舶上常有发生，此时钢板的厚度等尺寸已不再是由强度条件所决定。2. Wh的粗估方法当初步拟定了新船的主尺度，并对船的布置特征有了初步设想，而其它设计尚未开WH值。展的情况下，可以根据

22、母型船的重量资料用粗略的方法估算船体钢料重量(1) 平方模数法平方模数法是假定 WH比例于主船体结构的面积，主要着眼于结构材料的数量。其面积一般仅用L、B、D的某种组合来表示。平方模数法估算WH的一般表达式为：WH = C H 1L ( aB + bD )( 3.2.2 )式中：系数a和b的选取根据船型特征决定，如双层连续甲板船，有人建议a取为2,船侧为双壳体时建议 b取2;CH1为系数，取自母型船。即CH1WhoL(aB。 bDo )其中下标“0”表示母型船。如果式(3.2.2)中系数a、b都取为1 , 则有：WH =C H1 L( B D )( 3.2.3)系数CH1随船长的统计趋势如图3

23、.2.2所示。从图中可见，系数CH1的变化趋势随船长增加而增大。因此如果新船的L比母型船大，则取母型船的CH1值估算，结果可能偏小。此外，统计资料显示不同船型的C H1值偏离很大。因此，平方模数法适用于新船与 母型船船长相近，且船体结构特征相似的情况。图3.2.2平方模数法系数随船长的变化趋势(2) 立方模数法如果新船和母型船在几何上是相似的，且假定结构材料尺寸的改变也符合主尺度改变的线性比例于关系，则相似船的船体钢料重量也应比例于线性尺度的立方，这样，船体钢料重量与船体所围容积的比值也不变。立方模数法就是假定 wh正比于船的内部总体积(用LBD表示)，即：WH =C H 2 LBD( 3.2

24、.4 )式中：CH2取自相近母型船。为了计及不同上层建筑和舷弧对WH的影响，立方模数法中型深 D也可以用相当型深D1来表示。D1的表达式为：Di=D S(3.2.5)式中：S 舷弧升高部分的面积，如图3.2.3中所示的阴影部分面积；li , hi各上层建筑(包括甲板室)的长度与高度。若考虑上层建筑和甲板室结构重量与主船体的差别，也可在“的各项中再乘上一个小于1的系数。图323 舷弧面积图324 立方模数法系数随船长的变化趋势如图3.2.4所示，统计表明，CH 2值随L变化的趋势比较平缓，在船长较小时，C H 2随L增大有减小的趋势，船长较大时，CH2随L增大有增加的趋势。立方模数法较适用于比较

25、大的丰满型船舶。立方模数法的缺点是把L、B、D对WH的影响程度看成是同等的。（3）指数法作为立方模数法的进一步拓展，可以用主尺度的指数形式构成wh的估算公式，公式的基本形式可参照式（3.2.1) , 即:WH 二CH3LB :D d ZC-WC(3.2.6)如忽略d和CB的影响，贝y WH为：WH =CH 3L:DWC（ 3.2.7）式中：指数：、1 、匚和.可从表3.2.4中选择；常数项WC为与主尺度无关的特殊重量； 系数CH3取自母型船，即选定函数关系和指数以后，用母型船的Who减去与主尺度无关的母型船的特殊重量WC 0后再求取CH3。wh之间的关系。公式的适用性关键是所选用的WH之间的规

26、律。对此除了表3.2.4给出的几种结这种方法从理论上讲更符合主尺度与 指数值是否符合母型船和新船主尺度与 果以外，不少文献中还有不同的建议值。3. 统计分析法油船、多用途船、集装箱船等，已有大量的对于一些常规船型，如常规的散货船、实船资料。将与新船同一类型（包括吨位相近）的型船重量资料进行统计分析，其结果可用于新船重量的估算。常用的方法是回归分析法。即选择某种适用的表达船舶主尺度（或尺度比）与船体钢料重量关系的基本函数公式，以型船重量资料作为样本，用数学 回归方法求取公式中的有关系数，从而得到重量估算的回归公式。这种方法如选用的回 归公式合理，型船资料适用，所得的回归公式用于估算新船重量结果也

27、是比较可靠的。 由于型船的样本资料可以覆盖主尺度的一定范围，回归公式在此范围内都可适用，因此 这种回归公式特别适用于新船主尺度论证中对不同尺度方案的重量估算。船体钢料重量的回归分析已有人做了大量的工作，也发表了不少回归公式。在选用 这些公式时要注意回归公式的适用范围，有相近母型资料时，可用其数据来验证其估算 的误差程度，以保证新船采用这种公式估算结果的可靠性。下面根据有关资料，给出若干个关于船体钢料重量WH的统计回归公式，供参考。公式中的L未加特别注明时，通常是指Lpp，WH估算结果的单位为to应注意的是，应用那些适用范围较大的统计公式估算WH ,仍然是属于粗略的估算方法，其估算结果的误差在1

28、0%以内已属正常。因此在实船设计中，设计者最好自己搜集相近的实船资料，应用自己回归所得的公式来估算，其结果往往比较可靠。(1) 较早期的干货船 WH统计公式24WH =5.79KL2B(Cb - 0.7) 10- 317( 3.2.8)式中： K =10.75 -( 300 _L )3 2100(2) 油船WH统计公式27 wh =kl 1. 724 b 0.386 (-d) 0.0282 cB 0.0032( 3.2.9)式中，K的取值如下：仅有双层底时，K=0.2610.273 ;有双底双壳时，K=0.2760.345 o上式对于DW .10万t的油船，k值应取较大值，采用高强度钢时应修正

29、。k值也可用型船资料换算而得。 WH =0.0104 L (B D ) “4989 (I. L).0222 (b B ).13526( 3.2.10 )式中：l 船中区域最大舱长的横向水密舱壁间距，适用于L L =0.07 0.2 ；b 中舱宽度，适用于 b B =0.48 0.8 o上式 适用于 DW =30000 t 100000 t , LB =5.5 7.2 , LD =10.5 14 , B V =2.3 3.5 , D d =1.31.65的油船。(3) 散货船WH的统计公式24WH =3.90KL2B(Cb - 0.7) 101200( 3.2.11)式中k同式(3.2.8) o

30、上式适用于 DW =10000 t50000 t的常规型散货船。(4) 集装箱船WH =111 (LB).9(0.675 空)0.939 - 0.00585 ( -0.83)1.8( 3.2.12 )10002D上式较适用于LW =7000 t20000 t的集装箱船，LW :：: 7000 t时估算结果可能偏大，而 LW 20000 t时估算结果可能偏小。4. 较精确的估算方法随着设计工作的深入，当具备了一定的设计资料后，可以采用一些较为精确的估算方法，以提高估算结果的准确性。(1)每米船长重量法当新船已有了典型横剖面结构图和总布置图以后，可以借助母型船资料比较两船每 米船长的重量从而得到新

31、船的船体钢料重量WH值。该方法因为已考虑到设计船的具体结构特点和构件尺寸，其结果相对比较精确。估算步骤如下。 全船性结构钢料重量WH的估算：根据典型横剖面结构图，分别计算出新船和母型船单元长度的结构重量。所谓单元 长度，对横骨架式船来说，为一肋骨间距；对纵骨架式船，则是指两个强横框架结构之 间的距离。计入的重量包括：纵向构件外板、连续甲板、连续纵舱壁、纵桁、纵骨等；横向构件一一肋骨、横梁、肋板、肘板等。将计算所得的母型船与新船单元总重量除以各自的单元长度，则可分别得到母型船 和新船的每米长度重量,。和.，。然后按下式换算新船的全船性钢料重量：,LC 1 3Wh =Wh。3 PP ，-(3.2.

32、12) Wo l ppo C bo 式中：下标为“ 0”者是母型船之值。 局部修正和计入其它结构重量。包括与母型船在结构方面有差异处，如舱口、舷 弧、首尾特殊结构及局部加强等，进行逐项修正。上层建筑、横舱壁、局部平台、轴支 架、机座等，通常应另行估算。 将各部分重量相加，可得新船总的船体钢料重量。如果缺乏母型资料，计算出新船的每米长度重量-.以后，对于常规船型，根据船体重量分布的一般规律，全船性结构钢料重量WH近似地有：丰满型船舶WH二.丄1.174(3.2.14)瘦长型船舶WH 二 L 1.195(3.2.15)在此基础上，根据总布置方案，计及上层建筑、横舱壁等重量，也可得到总的船体 钢料重

33、量WH 。一般货船的上层建筑、甲板室的重量估算也有一些统计公式可供参考，例如1 :：首楼重量Wfcie=1.8L0.82lb10(1b) 10(3.2.16)尾楼重量Wpoop=(0.4L 10-0.084 )l b -5(l-b)( 3.2.17)甲板室重量Wdk=V(0.4L10： - 0.04 ) bj5(lj-bj( 3.2.18)式中：i, b 上层建筑的长度和平均宽度(m);ij,bj各层甲板室的长度和平均宽度(m)。主船体内舱壁的重量可根据总布置逐一估算，每个舱壁的重量近似地可按舱壁板的重量乘上1.21.35的系数得到，该系数是计及骨架的重量，深舱取大值，一般水密舱壁 和局部舱壁

34、取小值。（2）分项重量换算法如母型船有详细的分项重量资料，就可以将船体构件分成若干组，如外板、内底板、船底结构、船侧结构、甲板、舱壁等等，再逐项进行换算。 所用换算关系式可参照表3.2.5形式进行。方法是用该关系式乘上一个系数，该系数由关系式从母型重量数据中得到。表3.2.5船体钢料重量分项换算关系式项目关系式项目关系式外板2L2(B +2D)平台甲板及其构架1 2L B内底板l2b主横舱壁BD底部构架Ld (B +2D )主纵舱壁Ld 或 LD上甲板及其构架l2b舭龙骨l中间甲板及其构架lb船体铸锻件(LBd )”35 估算船体钢料重量的算例下面我们通过一个算例来对以上船体钢料重量的粗步估算

35、方法和应用作一讨论。新设计一艘载重量为35000t的散货船（船侧为双壳体结构），初步选择的主尺度为:Lpp = 178.0m;B=30.0m ;D = 15.0m;d=10.0m ;Cb= 0.815 o估算船体钢料重量选用的母型船是一艘载重量为39800t的散货船（船侧也是双壳体结构）该船的主尺度和船体钢料重量Lppo = 185.0m ;Do= 15.2m;Cbo = 0.825;Who为（下标o”表示母型）Bo = 32.0m;do= 10.0 m；Who = 8295 t72#Wh ,并作一分析和讨F面我们分别用不同的粗略方法来估算新船的船体钢料重量论。 用平方模数法应用式（3.2.3

36、）估算 Wh :WH =C H（B - D ）式中Ch1用母型船资料求取:二WhoLo (Bo - Do )8295185.0(32.0 -15.2)= 0.950则新船的船体钢料重量为:WH =0.950178.0(30.0 - 15.0)= 7610 t 用立方模数法应用式（324）估算WhWH 二Ch2LBD式中cH2用母型船资料求取:WhoLO B O D O8295185.032.015.2= 9.21810则新船的船体钢料重量为W=9.218 10 - 178 .0 30.0 15.0H=7384 t 用指数法估算 应用式（3.2.6）估算 Wh,其中取常数项重量Wc= 0。各尺度

37、的指数值取表3.2.4中散货船的值。WH1.878H 3 LB 0 .695_0.189,0 .158d0.197B73#式中Ch3用母型船资料求取：CH 2 = =8295 (185.01.87832 0.69515.2.18910.00.1580.825 0.197 )_2=4.975310新船的Wh为Wh1.8780.695=4.975310178 .030.015.0-0.1890.15810 .00.8150.197= 7378 t 用统计公式应用式（3.2.11 ）的统计公式估算Wh :WH =3.90KL2B（Cb 0.7） 10 J - 1200式中：K =10.75 -(30

38、 L)32100300 -178 3,2= 10.75 -()=9.402100则： WH =3.909.402178 .0230.0 (0.815 - 0.7) 10- 1200-6480 t根据以上不同方法的估算结果，我们作一分析讨论：平方模数法和立方模数法的估算结果相比较，平方模数法的结果要大226t，而立方模数法与指数法估算结果很相近,Wh为7380t左右。但是，用统计公式的估算结果Wh仅为6480t，与立方模数法和指数法估算结果相比要小900t。那么式（3.2.11）的统计公式是否适用本船情况呢？为此，我们用所选用的母型船数据代入该统计公式试算一下母型船的船体钢料重量：24Wh =3

39、.90 K 185 .032.0（0.825 - 0.7）10 - - 1200式中：K =10.75 （翌竺）32100-9.517Wh =3.909.517185 .0232.0（0.852 : 0.7）10-1200=7399 t而母型船实际的Wh为8295t，统计公式计算结果也少了896t。可见，式（3.2.11）的统计公式不适用母型船。对此作进一步的分析：母型船的尺度比为：L B =5.781 , B D =2.105, B d =3.20。该船的长宽比较小，宽度吃水比较大，是属于短而宽的浅吃水船。而且其船侧结构为双壳体，与单壳体船相比船 体钢料重量也会大一些。而式（3.2.11）的

40、统计公式，其统计对象较多的是早期的散货船，长宽一般以上二船要大一些（散货船L/B为6.5左右的较多），且多为单壳体结构。从统计公式的表达式中可知，该式的 Wh与L2B关系重要，对于 L.B较小的船估算结果可能 是偏小的。根据新船的尺度比来看（L.B =5.933 , B D =2.0, Bd=3.0）比较接近母型船，并且与母型船结构形式相似（均为双壳体结构）。根据以上分析，新船的船体钢料重量7380t左右还是比较可信的。从该例的估算与分析也说明，使用统计公式时一定要注意其适用性。3.2.2舾装重量的分析与估算1. 舾装重量的分析舾装包括甲板设备（也称为外舾装）和舱室内装（也称内舾装），其详细的

41、分项见表3.2.2。舾装部分重量的特点是：项目繁多，且各自独立，规律性差。特别是有些舾装件的 型号、规格、技术参数变化和更新很快，更增加了重量估算的难度。为了估算舾装重量，通常将舾装重量分成以下四部分，分别对照母型船的舾装重量 资料来分析和估算。 与船的排水量 厶和主尺度有关的重量一一如船舶设备与系统，包括锚、舵、系泊、消防、管系、油漆等。 与船员或旅客人数有关的重量如舱室木作(衬板、天花板、甲板敷料)、家俱、卫生设备、救生设备等。 与船的使用特点有关的重量一一如货船上的起货设备及舱口盖，拖船上的拖带 设备等。 特殊项目重量一一如减摇装置，侧向推进装置等。从舾装重量W。占整个空船重量LW的比例

42、来看，大型干货船、油船相对较小，但小 船，特别是客船所占比重较大。由于舾装重量初估时不易准确，因此舾装重量所占比例 较大的船，对 W。的估算要引起重视，否则影响很大。2舾装重量的估算(1)粗略的估算方法Wo fLBWO =Co2L(B D)Wo 二Co3L b dco1 cO3取自母型船。(3219)(3220)(3221 )W。的粗略估算方法也有类似于WH估算方法中的平方模数法和立方模数法，即:或者，或者，等等。以上各式中系数对于货船，由于舾装重量中舱面设备所占比例较多，该部分重量与船的甲板面积或 者说线性尺度的平方值相关性较密切。因此一般来说用平方模数法估算较合理些。若所 考虑的船舶其 W

43、O与容积关系较密切，式( 3.2.21 )也可用下式替代：W。二c3(lbd )2 3( 3.2.22)统计分析结果表明，W。按LB或(LBD )2 3来统计，比按立方数 LBD的统计结果离散性小。对于客船等舱室设备占W。比例较大的船，W。可近似地认为与船的总容积相关。舾装重量的粗略估算除了上述利用母型资料换算以外也可利用一些统计资料。例如 设：WO =klb( 3.2.23)式中K为每m2舾装重量(t m2)，统计结果见图 3.2.5。应注意，按船长统计的 K值离散 性还是较大的，图 3.2.5的结果仅供参考。762图325每m舾装重量的粗略统计结果W。的统计估算公式在有关的文献中也可找到不

44、少，由于舾装重量的离散性较大，因此统计公式的估算结果很可能有较大误差。下面根据文献1 资料，给出二个 W。的统计公式： 油船Wo 二CLpp (B D)( 3.2.24)式中： C O -0.3428 DW 丄.495 0.0886。 多用途货船2 3WO =CO (LBD )(3.2.25)式中：C o =0.98 1.28 。(2)较详细的估算方法舾装重量较详细的估算须在总布置设计完成后，对全船舾装设备作了较仔细的考虑，并具有大致的舾装设备清单，在此基础上采用较详细的分项估算方法。这样估算的结果 一般较准确。分项估算的详细程度根据设计的深度而定。对于已确定的具体舾装设备，可参照设 备样本提

45、供的重量资料来确定，如救生设备、锚泊设备、舵设备、起货设备等。对于舱 口盖、甲板覆料、内装材料等可根据布置和选型结果，用型船资料或经验公式等方法估 算。对于设计暂未确定的其他杂项的重量也可用型船资料换算，换算中对照新船和型船 的不同处进行适当的修正。323机电设备重量的估算机电设备主要包括主机、辅机、轴系、动力管系(也有包括船体管系)、电气设备等项。机电设备重量wm的估算方法也可分为粗略的估算方法和较详细的估算方法。较详细的估算方法与舾装重量的估算方法一样，采用分项估算。对于设计已确定的各项设备重 量，按产品样本资料逐项计算。计算中应注意有些设备的重量有干重和湿重之别，通常 应取湿重的重量。对

46、于一些杂项重量可采用与母型船重量资料对比分析的方法确定。下面简要介绍二种粗略估算机电设备重量wm的方法。(1)按主机功率估算Wm根据统计，机电设备重量可以近似地按主机功率平方根(PD0.5 )的关系进行换算。对于主机为柴油机的机电设备重量WM可用下式初估：Wm =Cm （Pd .Q7355 ）05（ 3.2.26）式中：pd 主机功率 MCR （kW）;Cm 系数，可用母型船资料换算。缺乏母型资料时，CM可按以下范围取值：对于中速主机：Cm =56 ;对于低速主机：MCR在10000kW以上时Cm =78，MCR 在 10000kW 以下时 cm =89。（2）分组估算wm分组估算可以相对较准

47、确地确定机电设备的重量。各部分的重量如下： 主机及减速箱：按产品样本资料查得。 轴系：单位长度的重量（t.m，不包括轴承）为：W .1 =0.081 （Pd , n）2 3（ 3.2.27）式中：丨轴系长度 （m）；Pd驱动功率 （kW ）；n转速（r min ）。 柴油发电机组重量W =（15 - P 70K P 10 佥式中：p 单个机组的功率（kW ）；7 P发电机组总驱动功率（kW ）。 螺旋桨重量对一般的锰铜螺旋桨W 二 d3k（ 3.2.28）式中：D 螺旋桨直径 （m）；K 系数，一般范围为：定螺距螺旋桨K ：-0.18 Ae人-Z -，其中Ae Ao为E O 100 E O 桨

48、的伸张面积比，Z为叶数；民用船可调螺距螺旋桨K ：-0.12 0.14。 其它重量：指以上各项重量以外的机电设备重量，包括泵、管系、锅炉、电缆、 配电装置、备件和其它等，可按下式估算W =（0.04 0.07 ） P式中：P 主机功率 （kW）。 特殊重量：指一般干货船没有的特殊设备重量，如冷藏装置、油船的货油泵系 统、惰性气体系统等特殊项目的重量。3.2.4固定压载与排水量裕度1. 固定压载固定压载是固定加在船上的压载，一般用生铁块、水泥块或矿渣块等物，也有用压 载水作为固定压载。固定压载与船舶空放航行时用压载水压载是两种不同的压载，后者 是针对不同装载情况用于调整重量和重心的措施， 以解决

49、船舶无货空放航行时的适航性， 压载水的重量属于载重量的一部分；而固定压载则无论装载情况有无变化，这部分重量 是不变的，它属于空船重量的一部分。船舶加固定压载的主要原因有：某些船稳性不足，加固定压载以降低重心高度； 某些特殊船舶嫌满载吃水太浅或排水量太小，用固定压载加大吃水和排水量； 有的船因布置的特殊要求导致浮态不理想，用加固定压载来调整纵倾。 通常，固定压载只是在某些特定的船舶上加载，例如拖船、渡船、海洋调查船、客 船等。这些船舶的载重量要求不高，但稳性要求很高，或者船舶在使用中本身需要一定 的排水量。对于一般运输货船，设计成加固定压载是不允许的。也有一种特殊情况是新船设计 建造完工后，发现

50、重心过高或浮态很不好，用加固定压载来作为一种补救措施，以便在 新船牺牲了部分装载能力后还能继续使用。2排水量裕度排水量裕度也叫排水量储备。 在估算空船重量时， 通常要考虑加一定的排水量裕度， 其原因大致有以下三个方面： 设计中重量估算误差。 未预计重量的增加，如在设计后期或建造过程中船东提出增加设备等。 建造中时常难免会采用代用品（包括材料及设备等）导致空船重量增加。 因此，在船舶设计中一般都需要考虑一定的排水量裕度。排水量裕度一般都加在空 船重量中。裕度加多少合适，要视设计者的经验、水平和掌握的型船资料的多少及准确 程度而定。在新船的不同设计阶段，由于重量估算的精度不同，所加裕度的数量一般也

51、 不同。例如，在设计初始阶段，许多重量还不确切，采用的方法也是粗略的估算，此时 应适当多考虑点裕度。随着设计的深入，各项重量估算的精确性在提高，那么裕度也可 少加些。此外，组成空船重量的各部分重量的估算精度也可能不同，如船体钢料重量一 般规律性较强，如果参考的型船又很相近，估算的把握性较大，则裕度可少加些；而对 于舾装重量、机电设备重量的估算结果很可能误差较大，则裕度应适当多加些。在设计 后期，尽管重量是由详细的设计资料经逐项精确计算得到的，此时仍需要考虑一点裕度。 这是因为尽管计算结果是比较精确的，但船上各种设备、材料众多，难免有遗漏，逐项 计算方法中重量多算的可能性很少，而少算的可能性是有

52、的，因此总体上对重量留有适 当的裕度乃是必要的。就一般情况而言，在初步设计阶段，排水量裕度可取空船重量LW 的 4 6。或者对船体钢料重量 WH 取 3 5，对舾装重量 WO 和机电设备重量 WM 各取 8%10。对于客船，由于舾装重量所占比例较多，且各种零星设备和材料特别多，因此要取较大的排水量裕度。对于缺少设计和建造经验的新船型，裕度同样应取较大的值。3.3载重量估算船舶的排水量=LW - DW，上面已经介绍了空船重量LW各部分的估算， 本节介绍DW的估算。载重量 DW包括了货物、人员及行李、食品、淡水、燃油、滑油、炉水以 及备品和供应品的重量，如果设计状态还有压载水的话，则还包括压载水的

53、重量。新船 的设计技术任务书中有些对DW已作为设计条件给出，但也有些是给出了载货量 WC的要求。无论何种情况，为了考虑各种舱室容积的要求和计算重心的位置等，必须对组成载 重量的各部分重量进行计算或估算。如已知DW，估算出除载货量 WC以外的各部分重量Wj以后，有 WC =DW _纱反之，已知 WC也可求得DW 。3.3.1人员及行李、食品、淡水的重量1. 人员及行李人员即指旅客和船员的重量。在我国船舶设计中人员重量通常按每人平均65kg计算。人员所携带的行李则应根据航程和航线及不同人员的具体情况确定。一般，每人行李的 重量约为：船员行李3555kg ;长途乘客行李2535kg ;短途乘客行李1

54、020kg。2食品及淡水分别根据人数、自持力天数及有关定量标准按下式计算：总储备量=自持力（ d ）人员数 定量（kg. d人）（3.3.1）式中：自持力可按下式计算：R自持力=（d）（3.3.2）Vs 24式中：R为续航力（n mile ） , Vs为服务航速（kn）。如果任务书中规定了自持力，则按任务书要求确定。关于定量标准： 食品定量通常按每人每天2.54.5kg计算。 淡水（包括饮用水和洗涤用水）的定量标准与航程、航线的气候条件（客船还考虑其等级标准）等因素有关。通常海船取每人每天定量100200kg。我国国内航行船舶，因南方和北方气候条件相差较大，南方航行船舶淡水消耗量大，北方航行船

55、舶消耗量较 少。内河船因部分洗涤用水可直接利用江水，因此淡水可适当少带。远程航行船如本身备有制淡装置，其淡水储存量也可相应减少。3.3.2燃、滑油及炉水的重量1燃油燃油储备量 WF根据主机功率、续航力、航速、主机耗油率等计算确定。3Wf 二 t （ gi Pi g2P2 g3 ） k 10 _式中：t亢行时间（h） , t =R-VS，其R为续航力（n.mile） , VS为服务航速g,主机耗油率 （kg kW h）；P,主机常用额定功率（kW ）；g 2辅机（主要指发电机组）耗油率 （kg kW -h）；P2航行时使用的辅机总功率（kW）；g3其他燃油设备（如燃油锅炉）单位时间耗油量（kgh

56、）；k 考虑风浪影响的系数，一般可取1.11.2。对于一般运输货船，粗估时WF可按下式近似估算WF =g0 P,t k 10式中：g0包括一切燃油装置的耗油率（kgkW h），可近似取为主机耗油率的倍；其他参数同式（3.3.3）。2 润滑油重量估算中润滑油的储量近似地可取为燃油储量的某一百分数，即Wl = WF式中：对一般柴油机；：0.020.05，主机功率大航程远的船取小值。3.炉水炉水是指锅炉用水，其储备量仅需考虑蒸汽的漏失量。因现代船舶主机一般都为内 燃机，不象以往汽轮机那样需要大容量的锅炉，所以现在船上的锅炉都为辅锅炉。对于 一般干货船所产蒸汽仅用于燃料油等的加热以及生活用汽，液货船（

57、如原油船）因考虑 液货舱的加热及保温等，所需蒸汽量大一些。炉水的储备量可按下式估算：W BW = G ;式中：G锅炉额定蒸发量（th）;；蒸汽漏失率，辅锅炉可取为0.050.06;t M亍时间（h）。(3.3.3)(kn)；(3.3.4)1.151.20(3.3.5)(3.3.6)对于小型船舶，因炉水所需重量较少，在淡水储备量中考虑适当裕度后，可不计炉 水重量。3.3.3备品、供应品重量备品是指船上备用的零部件、设备与装置，包括锚、灯具、损管器材、油漆等。供 应品是指零星物品，如生活用品、炊具、办公用品、医疗器材等。国外有时将这部分放 在空船重量内，我国一般将其放在载重量内，通常取为0.5%

58、1%lw 。3.4排水量的初步估算和重力与浮力的平衡本章的前面几节讨论了空船重量和载重量，它们的和就是船的排水量。根据浮性原理，船舶的重力应等于浮力，即应满足浮性方程A = ywi =fkLBdC B （式3.1.2 ）。但是,总重量ZWj中空船重量与主尺度有关，即LW =f（L、B、d、CB、D、），且其中的关系很复杂，也就是说式（3.1.2 ）没有直接的解析解，必须通过逐步近似的方法来满足浮性方程的要求。通常的做法是，首先粗估一个排水量的第一次近似值，然后考虑各种因素 初步选择一组主尺度（该组主尺度应满足粗估的排水量要求），进而根据初定的主尺度用3.2节和3.3节介绍的方法估算各项重量，求

59、得刖匚后与浮力比较，不满足浮性方程时，再用重力与浮力平衡的方法，通过逐步近似的方法调整主尺度，最后得到一组满足浮性 方程的主尺度。本节先介绍排水量的初步估算，然后介绍重力与浮力平衡的方法。3.4.1排水量的初步估算在设计的最初阶段，初步选取主尺度时如何考虑排水量的要求是设计者面临的第-个问题。在已知载重量的情况下，排水量的第一次近似通常可应用载重量系数的方法初DW步确定，即：(341)式中：DW称为载重量系数。如果已知载货量 WC ,则可用3.3节介绍的方法先估算出DW。下面对载重量系数作一讨论并介绍一些估算方法。（1）用DW估算厶的适用对象根据载重量要求，采用载重量系数DW估算排水量适用于载重量较大的船舶，如散货船、油船、多用途船等运输货船。这类船的载重量DW占排水量厶比例较大。对于客船、车客渡船、拖船、科学考察船等这一类船舶，由于载重量占排水量的比例较小，用 载重量来初估排水量误差可能较大，所以一般不能用式（3.4.1）的关系来估算 厶。 DW的物理意义从式（3.4.1）可知，DW表示船舶载重量DW占排水量的比例系数，对于相同排水量的船来说，DW大，表示空船重量轻，或者说载重能力大。由此可见，一艘运输货船 DW的大小是反映该船设计建造质量的一个重要指标。(3) dw的变化规律统计资料表明，对于同类型的运输船舶，随着载重量的增大，DW也随之增加，也就是说，大