第二節(jié) 任務(wù)書(shū)及船舶主要要素的確定

1、第二節(jié) 任務(wù)書(shū)分析及船舶主要要素的確定1. 任務(wù)書(shū)分析的要求1.1任務(wù)書(shū)的內(nèi)容 1.1.1概 念 船舶設(shè)計(jì)技術(shù)任務(wù)書(shū)是船舶設(shè)計(jì)的依據(jù)。是由船東或業(yè)主根據(jù)使用要求，考慮技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件等實(shí)際情況，經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證之后編制的。 1.1.2內(nèi) 容 航區(qū)、航道、氣象、用途、尺度要求、主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能、主輔機(jī)及主要設(shè)備、艙室標(biāo)準(zhǔn)、經(jīng)費(fèi)預(yù)算、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定和要求、一些特殊要求等。 1.1.3名詞概念 航區(qū)：根據(jù)水域航道、氣象、風(fēng)浪等劃分的船舶航行區(qū)域。 內(nèi)河航區(qū)劃分：A級(jí)航區(qū)吳凇口至江陰 B級(jí)航區(qū)-江陰至宜昌 C級(jí)航區(qū)宜昌以上 海洋航區(qū)劃分：遮蔽航區(qū)10海里（n mile）以內(nèi) 沿海航區(qū)1020海里（n

2、mile） 近海航區(qū)20200海里（n mile） 無(wú)限航區(qū)200海里以外 試航速度（kn或km/h）：主機(jī)最大持續(xù)功率情況下，蒲式風(fēng)級(jí)不超過(guò)三級(jí)的滿載試航速度。 服務(wù)速度（kn或km/h）：船舶平時(shí)營(yíng)運(yùn)所使用的速度。 續(xù)航力（n mile或km）：在規(guī)定的主機(jī)功率或航速情況下，船上一次所帶 燃料可供連續(xù)航行的距離。規(guī)定續(xù)航力是為了計(jì)算燃料儲(chǔ)備量。 自持力（自給力）（d）：船上所帶淡水和食品能在海上維持的天數(shù)。1.2任務(wù)書(shū)的分析任務(wù)書(shū)的分析必須包括以下內(nèi)容： 1.2.1 船型、主尺度、主要系數(shù)、航速、續(xù)航力、自持力 設(shè)計(jì)船的材料、甲板形式、單、雙機(jī)、槳、驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力、船類（干散貨船、件雜貨、集裝

3、箱、油船、客船等）；航區(qū)、航線；主要用于裝載什么貨物（礦石、鋼材、建材）為主，兼裝貨物。 該船舶優(yōu)、缺點(diǎn)。 是否吃水受到航道的限制，平面尺度如何，方型系數(shù)如何、是否合理。 該船的佛氏數(shù)在什么范圍，航速為多少左右設(shè)計(jì)航速不大于、不小于多少是合理的。 分析設(shè)計(jì)船的續(xù)航力、自持力（討論油水、食品、備品與經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系）。1.2.2 船級(jí)、法規(guī)、規(guī)范、規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn) 該船入級(jí)否，入那個(gè)船級(jí)社（CCS、BAS、BV、GL、NK等）。 用何法規(guī)、建造規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)對(duì)該船航區(qū)的要求、設(shè)計(jì)衡準(zhǔn)。 著重分析安全（穩(wěn)性、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、救生、防火）、環(huán)保（防污染結(jié)構(gòu)、規(guī)則）等要求。 1.2.3 動(dòng)力裝置及設(shè)備： 從經(jīng)濟(jì)性和航速要

4、求，該船選擇的尺度、型線、主機(jī)耗油率、功率大小是否優(yōu)良，主機(jī)和輔助設(shè)備，主機(jī)轉(zhuǎn)速，推進(jìn)形式、螺旋槳形式，選擇是否適當(dāng)。1.2.4 是否考慮操縱性能。 1.2.5 裝卸設(shè)備，裝卸效率與起貨設(shè)備的考慮、是否有利于船舶本身的建造和航運(yùn)經(jīng)濟(jì)性。 1.2.6 總布置要求 尾機(jī)型、中機(jī)型的優(yōu)缺點(diǎn)、設(shè)計(jì)船選擇哪種、總布置設(shè)計(jì)應(yīng)滿足那些要求（如使用、規(guī)范、法規(guī)）。這里著重分析設(shè)計(jì)船布置中主要的矛盾（如出現(xiàn)嚴(yán)重首、尾傾時(shí)，浮態(tài)如何調(diào)整、壓載水艙等） 1.2.7 船員編制 查閱法規(guī)及海事、航政方面有關(guān)艙室設(shè)備與船員定員的規(guī)定（如航區(qū)、船型、噸位）。 2 船舶設(shè)計(jì)的方法 2.1 分析、解決設(shè)計(jì)船的經(jīng)濟(jì)與技術(shù)（安全、

5、環(huán)保、性能等）矛盾 抓住主要矛盾、中心問(wèn)題、關(guān)鍵問(wèn)題，確定正確的設(shè)計(jì)思想，尋求解決問(wèn)題的合理途徑，其他問(wèn)題的解決服從于主要問(wèn)題的解決。 2.2 逐步近似法、科學(xué)繼承性 近似法：將復(fù)雜的設(shè)計(jì)任務(wù)分成若干近似環(huán)節(jié)，初次近似時(shí)只考慮少數(shù)主要因素，而后一次近似計(jì)入較多因素，反復(fù)進(jìn)行幾次近似，每后一次近似都是前次近似結(jié)果的補(bǔ)充、修改和發(fā)展，如此進(jìn)行若干次近似，總可以得到符合要求的設(shè)計(jì)結(jié)果，且協(xié)調(diào)各方面的矛盾。 繼承性：任何優(yōu)秀船舶的出現(xiàn)都必然是以往船舶發(fā)展的結(jié)果。在設(shè)計(jì)過(guò)程中以分析批判的態(tài)度正確應(yīng)用以往的經(jīng)驗(yàn)是十分重要且必不可少的，這就是科學(xué)的繼承性。應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的兩種基本方法： （1）型船設(shè)計(jì)法：在現(xiàn)有船

6、舶中選取一條與設(shè)計(jì)船技術(shù)性能相近的優(yōu)秀船舶作為母型，將母型的技術(shù)要素（L,B,D,d,Cb,Cp,Xb）按設(shè)計(jì)船的要求用適當(dāng)?shù)姆椒右愿脑?，即得到設(shè)計(jì)船的技術(shù)要求。這是船舶傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中最簡(jiǎn)單又根本的方法。 （2）統(tǒng)計(jì)法：應(yīng)用大量同類型實(shí)船的技術(shù)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、圖表和經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行設(shè)計(jì)。這些統(tǒng)計(jì)能反映同類型船舶的一般規(guī)律，能表明同類型船舶一個(gè)總的趨勢(shì)。 2.3優(yōu)化設(shè)計(jì)和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用 尋找一個(gè)能滿足所有限制條件，且使主要設(shè)計(jì)指標(biāo)最為先進(jìn)的設(shè)計(jì)方案。第三節(jié) 船舶主要要素的確定3.1 船舶主要要素 船舶的排水量、主要尺度(船長(zhǎng)、船寬、型深、吃水)以及船型系數(shù)(方形系數(shù)、棱形系數(shù)、水線面系數(shù)、中剖面系

7、數(shù))統(tǒng)稱為船舶主要要素。 3.2 重要意義 船舶主要要素是描述船舶幾何形狀的一些最基本的特征數(shù)據(jù)。這些要素對(duì)船舶技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能諸如快速性、穩(wěn)性、耐波性、重量、強(qiáng)度、容量、總布置及經(jīng)濟(jì)性等都有重大的影響，對(duì)船舶質(zhì)量起著決定性的作用。因此合理地確定船舶主要要素，是船舶設(shè)計(jì)中最基本最重要的工作之一。 3.3 名詞概念 載重型船舶：載重量系數(shù)DW=DW/較大且比較穩(wěn)定，先利用載重量系數(shù)求得排水量，然后再確定相應(yīng)的主尺度的船舶。（貨船、油船等）。 布置型船舶：先從布置地位需要擬定主尺度，然后計(jì)算排水量的船（客船、拖船、集裝箱船等）。 3.4 設(shè)計(jì)步驟 3.4.1載重型船舶 按圖1框圖步驟執(zhí)行，先估算排水量

8、，再計(jì)算尺度，得出設(shè)計(jì)船的最佳方案。 分析設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，找出主要矛盾，確立設(shè)計(jì)思想決定船型和總布置 或修改總體布置估算，DWDW修改主尺度及系數(shù)確定L ，B ，T，D，Cb修改主尺度及系數(shù)估算和WiLBTCbkWIf(L，B，D)Wi不滿足Wi=性能校核滿足得出滿足要求的方案選擇最佳方案圖 13.4.2布置地位型船舶 按圖2框圖步驟執(zhí)行，先確定尺度要素，再校核排水量，得出設(shè)計(jì)船的最佳方案。 分析設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，找出主要矛盾，確立設(shè)計(jì)思想決定船型及總體布置或修改總體擬 定L, B, T, D, Cb布置修 修 度改 改 及主 主 系尺 尺 數(shù)估算 與 Wi=LBTCbkWi = f (L,B,D)度及

9、系數(shù) Wi Wi性能校核 不滿足 滿足得出滿足要求的方案選擇最佳方案圖23.5 確定設(shè)計(jì)船主要要素的基本原理 選擇船舶主要要素是設(shè)計(jì)者理論水平、獨(dú)立工作能力、綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)和創(chuàng)新能力最集中的體現(xiàn)。這項(xiàng)工作主要考慮五個(gè)方面： 建造和使用條件的限制；技術(shù)性能要求；使用和經(jīng)濟(jì)性能要求；采取的技術(shù)措施。 3.5.1 應(yīng)滿足的條件 1滿足重力與浮力平衡條件。 2滿足建造和使用條件，容量，建筑地位。 3滿足各項(xiàng)技術(shù)性能。 4滿足船東對(duì)設(shè)計(jì)船的有關(guān)要求。 5經(jīng)濟(jì)性要好。 3.5.2 基本思路 1確立設(shè)計(jì)思想，抓住主要矛盾，兼顧其他。各主要要素相互聯(lián)系且相互制約，處理好 LB、BD、Dd、LD、及CbFn

10、的關(guān)系。 2根據(jù)母型船及統(tǒng)計(jì)規(guī)律，粗估第一次主要要素。 3對(duì)第一次近似值進(jìn)行性能校核，協(xié)調(diào)尺度要素，估算出第二次要素近似值。 4對(duì)第二次值繪制布置、型線、中剖面結(jié)構(gòu)草圖，進(jìn)一步核算性能，調(diào)整尺度要素。 5進(jìn)行尺度要素的優(yōu)化，選取最佳方案。3.5.3 特點(diǎn) （1）矛盾的復(fù)雜性：各種要求既相互聯(lián)系又相互制約。抓住中心問(wèn)題，采取技術(shù)措施，兼顧其他。 （2）問(wèn)題的多解性：在眾多方案中求解最佳方案。 （3）整個(gè)過(guò)程是逐步近似的，螺旋式的求解方法。3.6 選擇設(shè)計(jì)船主要要素時(shí)應(yīng)考慮的因素選擇船舶主要要素是設(shè)計(jì)者理論水平、獨(dú)立工作能力、綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)和創(chuàng)新能力最集中的體現(xiàn)。這項(xiàng)工作主要考慮五個(gè)方面： 建

11、造和使用條件的限制；技術(shù)性能要求；使用和經(jīng)濟(jì)性能要求；采取的技術(shù)措施；各主要要素的相互聯(lián)系且相互制約的關(guān)系。 3.6.1 船長(zhǎng) (1) 注意限制條件:使用條件：航道、碼頭、泊位、橋粱、閘門(mén)等。LLk-L 建造條件：船塢、船臺(tái)、建造條件與設(shè)備等。 (2)滿足浮力方程式。 (3)滿足布置要求。 (4)技術(shù)性能要求（考慮設(shè)計(jì)船的主要技術(shù)性能） 快速性：中高速船宜取較大船長(zhǎng)，以減少興波阻力；低速船宜取較短船長(zhǎng)，以減少摩擦阻力，并注意選取經(jīng)濟(jì)船長(zhǎng)。 操縱性：增加船長(zhǎng)對(duì)回轉(zhuǎn)性不利，對(duì)航向穩(wěn)定性有利。 耐波性：增加船長(zhǎng)減少縱搖，對(duì)耐波性有利。 抗沉性：增加船長(zhǎng)對(duì)抗沉性有利。 (5)經(jīng)濟(jì)性性能：增加船長(zhǎng)會(huì)消耗

12、鋼材和增加船體重量，造價(jià)上升。 (6)初估方法 自行統(tǒng)計(jì)型船分析綜合或利用前人統(tǒng)計(jì)圖譜資料（注意收集查找資料，吸取設(shè)計(jì)船所需要的資料）。 利用統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)公式（教科書(shū)、設(shè)計(jì)手冊(cè)、文獻(xiàn)）。 不同船舶、不同航行水域具體處理（全面分析處理）。 3.6.2 船寬 (1) 注意限制條件 使用條件：航道、碼頭、泊位、橋粱、閘門(mén)等。B0.5+0.05B 建造條件：船塢、船臺(tái)、建造條件與設(shè)備等。 (2) 滿足浮力方程式 (3) 滿足布置要求。 (4) 技術(shù)性能要求 穩(wěn)性：增加船寬對(duì)初穩(wěn)性效果明顯；但進(jìn)水角減小，穩(wěn)性范圍減小，對(duì)大傾角穩(wěn)性不一定有利；須綜合考慮。 耐波性：增加船寬使橫搖加劇，對(duì)耐波性不利，與穩(wěn)性配合

13、選取GM的上下限值。 快速性：和L保持不變，增加船寬，減小Cb，特別對(duì)中高速船有利。 (5)經(jīng)濟(jì)性性能：增加船寬會(huì)消耗鋼材和增加船體重量，造價(jià)上升，但影響沒(méi)有船長(zhǎng)大。如果增加船寬，以減小船長(zhǎng)，對(duì)船體結(jié)構(gòu)重量有利。 (6)初估方法 自行統(tǒng)計(jì)型船分析綜合或利用前人統(tǒng)計(jì)圖譜資料（注意收集查找資料，吸取設(shè)計(jì)船所需要的資料）。 利用統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)公式（教科書(shū)、設(shè)計(jì)手冊(cè)、文獻(xiàn)）。 不同船舶、不同航行水域具體處理（全面分析處理）。3.6.3 吃水 (1) 限制條件 使用條件：航道、碼頭、泊位、橋粱、閘門(mén)等。T=H-H 建造條件：船塢、船臺(tái)、建造條件與設(shè)備等。 (2)滿足浮力方程式。 (3)技術(shù)性能要求 穩(wěn)性：減少

14、吃水對(duì)穩(wěn)性有利，B/D增大，進(jìn)水角增大。 快速性：增大吃水，可增加螺旋槳直徑，對(duì)推進(jìn)效率有利。同時(shí)減小 Cb，使剩余阻力降低，特別對(duì)中高速船有利。但對(duì)淺水阻力不利。 耐波性：吃水淺的船舶易產(chǎn)生砰擊和漂移現(xiàn)象，海上航行時(shí)耐波性較差。 (4)初估方法 自行統(tǒng)計(jì)型船分析綜合或利用前人統(tǒng)計(jì)圖譜資料。 利用統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)公式。 不同船舶、不同航行水域具體處理。3.6.4 型深 (1)使用性：布置，容量，躉船的配合。 (2)技術(shù)性能要求（注意法規(guī)對(duì)最小干舷的要求） 穩(wěn)性：增大型深，進(jìn)水角大，同時(shí)不易上浪進(jìn)水，對(duì)大傾角穩(wěn)性有利。但重心提高，對(duì)初穩(wěn)性不利，綜合考慮。 耐波性：型深小，甲板易上浪，淹濕性不好。 抗沉性：型深小，干舷小，儲(chǔ)備浮力小，對(duì)抗沉性不利。 總縱強(qiáng)度：大型深對(duì)總縱強(qiáng)度有利，注意規(guī)范對(duì)L/D,B/D的要求。 (3)經(jīng)濟(jì)性性能：增加型深，大船不一定增加船體重量，小船會(huì)增加船體重量。 (4)初估方法 自行統(tǒng)計(jì)型船分析綜合或利用前人統(tǒng)計(jì)圖譜資料。 利用統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)公式，特別是艙容計(jì)算公式及干舷規(guī)范計(jì)算。 不同船舶、不同航行水域具體處理。3.6.5 方形系數(shù) (1)滿足浮力方程式。 (2)快速性：對(duì)于快速船減小Cb，增大船長(zhǎng)，對(duì)剩余阻力有利，Cb不宜過(guò)大