船舶設(shè)計原理性能預(yù)報PPT課件

1、 船舶的快速性船舶的快速性 快速性快速性就是研究船舶盡可能消耗較小的機器功率以維持一定航行速度的能力的科學(xué)。船舶阻力船舶阻力水阻力空氣阻力靜水阻力洶濤阻力裸船體阻力附體阻力興波阻力摩擦阻力粘壓阻力 船舶推進船舶推進器是將主機發(fā)出的功率轉(zhuǎn)化為推進船前進的推力的設(shè)備。如櫓、風(fēng)帆、明輪、螺旋槳（車葉）等。第1頁/共39頁 一、一、 快速性的初步估算快速性的初步估算 (一一)海軍系數(shù)法海軍系數(shù)法 式中，式中，P主機功率主機功率(kW)； V設(shè)計航速設(shè)計航速(kn)； 設(shè)計排水量設(shè)計排水量(t)； C一海軍系數(shù)。一海軍系數(shù)。 海軍系數(shù)海軍系數(shù)C是一艘船的阻力與推進性能的綜合反映，如果新是一艘船的阻力與推

2、進性能的綜合反映，如果新船與母型船在阻力或推進方面有較大差別時，應(yīng)對船與母型船在阻力或推進方面有較大差別時，應(yīng)對C值進行修值進行修正。正。第2頁/共39頁 (二二)經(jīng)驗公式經(jīng)驗公式 適用于油船及散貨船的瓦特生近似估算公式：適用于油船及散貨船的瓦特生近似估算公式：式中，式中，KCb+1.68Fr(Fr為對應(yīng)于試航速度的為對應(yīng)于試航速度的傅氏數(shù)傅氏數(shù))；N螺旋槳轉(zhuǎn)速螺旋槳轉(zhuǎn)速(rmin)；P所需主所需主機功率機功率(kW)；L用用Lbp計算計算(m)。第3頁/共39頁(三三)阻力及推進系數(shù)估算方法阻力及推進系數(shù)估算方法 1、阻力估算、阻力估算 (1)泰勒法泰勒法-中高速艦船試驗、中高速艦船試驗、

3、船速較高，船型較瘦長的雙槳船船速較高，船型較瘦長的雙槳船。 (2)陶德法陶德法(系列系列60) -民用運輸船、橫剖面為民用運輸船、橫剖面為U型，型，適適 用于單槳運輸船。用于單槳運輸船。 (3)SSPA系列系列 -橫剖面型線為偏橫剖面型線為偏V型型(Cb0.5250.60)及中及中U型型(Cb0.600.75)，適用于，適用于中低中低速單槳運輸船速單槳運輸船，美國美國泰勒泰勒水池水池瑞典瑞典國立國立水池水池第4頁/共39頁 (4)NPL系列系列 英國英國 (5)長江客貨船系列長江客貨船系列 上海船舶運輸科研所上海船舶運輸科研所第5頁/共39頁2、推進系數(shù)估算、推進系數(shù)估算 式中，式中， o、

4、H、 R 、 G、 S螺旋槳螺旋槳敞水效率、船身效率、相對旋轉(zhuǎn)效率和齒輪敞水效率、船身效率、相對旋轉(zhuǎn)效率和齒輪箱效率、軸系效率。箱效率、軸系效率。第6頁/共39頁 (四四)回歸公式法回歸公式法 根據(jù)試驗資料進行回歸分析第7頁/共39頁 二、設(shè)計中保證快速性的措施二、設(shè)計中保證快速性的措施 快速性是表征船在靜水中直線航行速度，與其所需主機功率之間關(guān)系的性能。它是船舶的一項重要技術(shù)指標，對船舶使用效果和營運開支影響較大。船舶快速性涉及船舶阻力和船舶推進兩個方面。合理地選擇船舶主尺度、船體系數(shù)(尤其是方形系數(shù)G和棱形系數(shù)G)和線型，是降低船舶阻力的關(guān)鍵。 船舶以較小的功率消耗而獲得較高航速的能力。為

5、提高船舶的快速性，應(yīng)盡力降低船舶的阻力，同時盡力提高推進器的推力。第8頁/共39頁42 、船舶穩(wěn)性、船舶穩(wěn)性 n船舶穩(wěn)性（stability） n是指船舶受到外力的作用而偏離原平衡位置發(fā)生傾側(cè)，當(dāng)外力消除后能自行恢復(fù)到原來平衡位置的能力。 根據(jù)船舶傾斜角度的大小，船舶的穩(wěn)性可分為兩類： 1）初穩(wěn)性（或稱小傾角穩(wěn)性），指船舶傾斜角小于 ，或上甲板邊緣開始入水前的穩(wěn)性。 2）大傾角穩(wěn)性，指船舶傾斜角大于 ，或上甲板邊緣開始入水后的穩(wěn)性。 001510001510第9頁/共39頁 船舶穩(wěn)性船舶穩(wěn)性復(fù)原力矩 MR = GZWLG B G B WLL1W1B1Z一、初穩(wěn)性一、初穩(wěn)性（傾角小于1015）

6、初穩(wěn)性公式 MR = GZ= GM sin 二、大傾角穩(wěn)性二、大傾角穩(wěn)性（傾角大于1015）M橫穩(wěn)性船舶的傾斜分為橫向傾側(cè)和縱向傾側(cè)，因此，船舶必須具有橫穩(wěn)性和縱穩(wěn)性。 第10頁/共39頁三、縱穩(wěn)性三、縱穩(wěn)性B1GW1L1MLWL第11頁/共39頁 n船舶正浮于水面上時，船舶所受到重力即船重W與浮力N是一對平衡力。重心和浮心位置分別為G和B。當(dāng)船舶發(fā)生傾斜時，由于排水體積形狀的改變，導(dǎo)致浮心移動到了B1點，重力和浮力不再是一對平衡力，而形成了一對力偶。 WLG B G B WLL1W1B1ZM第12頁/共39頁n 當(dāng)外力矩消失后，船舶在上述力偶所產(chǎn)生的力矩作用下恢復(fù)到初始位置。此力矩稱為復(fù)原力

7、矩。當(dāng)船舶處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)時，稱船舶具有穩(wěn)性。 n 如果船舶的重心過高，或船寬較窄，當(dāng)船舶受外力矩作用橫傾時，由于船寬較窄的船舶浮心橫移的距離較小，因而重力和浮力組成的力偶所產(chǎn)生的力矩，反而使船舶繼續(xù)傾斜，以至于傾覆，此力矩稱為傾覆力矩，如圖所示。當(dāng)船舶處于不穩(wěn)定平衡狀態(tài)時，稱船舶沒有穩(wěn)性。 第13頁/共39頁n 從上述兩種情況可以看出：在圖中，M點（船舶傾斜后新的浮力作用線與船舶中心線的交點）是在重心G點之上，船舶具有穩(wěn)性，M點叫做穩(wěn)心。若M點是在G點之下，船舶不具有穩(wěn)性。經(jīng)分析研究，船舶是否具有穩(wěn)性以及穩(wěn)性好壞，決定于G點與M點的相對位置和G和M間距離的大小，即GM值是衡量船舶穩(wěn)性好壞的標

8、準，稱GM值為初穩(wěn)性高度。它與穩(wěn)性的關(guān)系是：第14頁/共39頁n當(dāng)M點在G點之上時，GM0，船舶具有穩(wěn)性，GM值越大，穩(wěn)性越好，但船舶搖擺就會加?。划?dāng)M點在G點之下時，GM0，船舶不具有穩(wěn)性，一旦受到外力矩作用很容易使船傾覆；當(dāng)M點和G點重合一點時，GM=0，船舶也不具有穩(wěn)性，因為一旦受到外力矩作用，船舶處于隨遇平衡狀態(tài)，對船舶也極不安全。第15頁/共39頁 當(dāng)船舶受外力作用而橫向傾側(cè)至角時，若船舶的重心G較低，在穩(wěn)心M之下，重力W與浮力N形成力偶矩與船舶橫傾的方向相反，使船舶向原來位置復(fù)原，我們稱此力矩為復(fù)原力矩。 G B WLL1W1B1ZM復(fù)原力矩 sinsinGMGMWGZW第16頁/

9、共39頁 當(dāng)船舶重G與穩(wěn)心M兩點重合，船舶傾側(cè)后重力W與浮力N恰好作用于同一鉛垂線上，力矩為零。船舶將保持在其傾斜位置，但不具備復(fù)原能力。 G WLL1W1B1ZM船舶處于傾覆的邊緣喲，好可怕??！第17頁/共39頁 當(dāng)船舶受外力作用而橫向傾側(cè)到角時，若船舶重心G較高，在穩(wěn)心M之上，致使重力W與浮力N形成的力偶矩與船舶橫傾的方向相同，這時它使船舶繼續(xù)傾斜直至傾覆。這個力矩稱為傾覆力矩。傾覆力矩 sin GM第18頁/共39頁提高船舶穩(wěn)性的措施：提高船舶穩(wěn)性的措施： 穩(wěn)性是與船舶安全密切相關(guān)的一項重要性能。有關(guān)規(guī)范規(guī)定了各類船舶應(yīng)具備的穩(wěn)性標準，所有船舶必須達到規(guī)定的指標要求。為使船舶具有良好的穩(wěn)

10、性，可采取措施降低船舶的重心，減小上層建筑受風(fēng)面積等措施。船舶初穩(wěn)性為船舶傾斜角小于1015度，或上甲板邊緣開始入水前的穩(wěn)性，又稱小傾角穩(wěn)性。船舶大傾角穩(wěn)性為船舶傾斜角大于1015度，或上甲板邊緣開始入水后的穩(wěn)性。第19頁/共39頁n由復(fù)原力矩公式我們可以知道，復(fù)原力矩的大小是與成正比的，通常認為 值越大穩(wěn)定性就越好。但是事實上并不是值越大越好，如果值過大，則船舶的復(fù)原能力很強，稍有傾側(cè)，很快復(fù)原，這樣就使的船舶左右搖擺頻繁，即橫搖的周期短，這在客船中更是要不得，劇烈的搖擺會使乘客感覺很不舒服。 GM第20頁/共39頁提高船舶穩(wěn)性的幾條措施 1）降低船舶重心是改善穩(wěn)性的根本措施； 2）提高橫穩(wěn)

11、心M點的高度，使值增大； 3）盡量減小上層建筑的受風(fēng)面積，即減少傾覆力矩。 第21頁/共39頁n抗沉性（insubmersibility）是指船舶在一個艙或幾個艙進水的情況下，仍能保持不致于沉沒和傾覆的能力。 n中國宋代造船時就首先發(fā)明了用水密隔艙來保證船舶的抗沉性。船舶主體部分的水密分艙的合理性、分艙甲板的干舷值和完整船舶穩(wěn)性的好壞等，是影響抗沉性的主要因素。第22頁/共39頁n 船舶在航行過程中，難免會發(fā)生意外的損壞。如果船舶不幸碰撞失事，船殼破損，海水大量涌入船中，就會產(chǎn)生嚴重的后果。故此在船舶設(shè)計時就要考慮抗沉性的問題。 n 為了保證抗沉性抗沉性，船舶除了具備足夠的儲備浮力外，一般有效

12、的措施是設(shè)置雙層底和一定數(shù)量的水密艙壁。一旦發(fā)生碰撞或擱淺等致使某一艙進水而失去其浮力時，水密艙壁可將進水盡量限制在較小的范圍內(nèi)，阻止進水向其他艙室漫延，而不致使浮力損失過多。這樣，就能以儲備浮力來補償進水所失去的浮力，保證了船舶的不沉，也為堵漏施救創(chuàng)造了有利條件。 第23頁/共39頁n 對于不同用途、不同大小和不同航區(qū)的船舶，抗沉性的要求不同。它分“一艙制”船、“二艙制”船、“三艙制”船等。“一艙制”船是指該船上任何一艙破損進水而不致造成沉沒的船舶。一般遠洋貨船屬于“一艙制”船。“二艙制”船是指該船任何相鄰的兩個艙破損進水而不致造成沉沒的船舶?！叭撝啤贝源祟愅啤Ｒ话慊瘜W(xué)品船和液體散裝船屬

13、于“二艙制”船或“三艙制”船。 第24頁/共39頁n 對“一艙制”船也不是在任何裝載情況下一艙進水都不會沉沒，因為按抗沉性原理設(shè)計艙室時是按照艙室在平均滲透率下的進水量來計算的。所謂滲透率是指某艙的進水容積與該艙的艙空的比值。所以滿載鋼材的雜貨船，貨艙進水時其進水量就會較大地超過儲備浮力，就不一定保證船舶不沉。第25頁/共39頁n 還應(yīng)指出，船舶在破損進水后是否會傾覆或沉沒，在一定程度上還與船上人員采取的抗沉性措施有關(guān)。船舶破損進水后的措施有很多，如抽水、灌水、堵漏、加固、拋棄船上載荷、移動載荷或調(diào)駁壓載水等。抽水、灌水、堵漏、加固、拋棄船上載荷、移動載荷是為了保證船舶浮力，有時為了減少船舶傾

14、斜、改善船舶浮態(tài)和穩(wěn)性，常常通過采用灌水或調(diào)駁到相應(yīng)的艙室的辦法來達到。第26頁/共39頁 船舶抗沉性船舶抗沉性 抗沉性抗沉性是指船舶在一艙或數(shù)艙破損進水后保證不沉不翻的能力。一、水密艙壁和干舷的作用外底 內(nèi)底水密艙壁儲備浮力干舷第27頁/共39頁二、對抗沉性的要求水密甲板邊線76mm安全限界線破損水線第28頁/共39頁 43 分艙及破艙穩(wěn)性分艙及破艙穩(wěn)性-船舶抗沉性船舶抗沉性 抗沉性抗沉性是指船舶在一艙或數(shù)艙破損進水后保證不沉不翻的能力。水密艙壁和干舷的作用外底 內(nèi)底水密艙壁儲備浮力干舷第29頁/共39頁對抗沉性的要求對抗沉性的要求水密甲板邊線76mm安全限界線破損水線第30頁/共39頁n為

15、了保證抗沉性抗沉性，船舶除了具備足夠的儲備浮力外，一般有效的措施是設(shè)置雙層底和一定數(shù)量的水密艙壁。一旦發(fā)生碰撞或擱淺等致使某一艙進水而失去其浮力時，水密艙壁可將進水盡量限制在較小的范圍內(nèi)，阻止進水向其他艙室漫延，而不致使浮力損失過多。這樣，就能以儲備浮力來補償進水所失去的浮力，保證了船舶的不沉，也為堵漏施救創(chuàng)造了有利條件。 第31頁/共39頁n 還應(yīng)指出，船舶在破損進水后是否會傾覆或沉沒，在一定程度上還與船上人員采取的抗沉性措施有關(guān)。船舶破損進水后的措施有很多，如抽水、灌水、堵漏、加固、拋棄船上載荷、移動載荷或調(diào)駁壓載水等。抽水、灌水、堵漏、加固、拋棄船上載荷、移動載荷是為了保證船舶浮力，有時

16、為了減少船舶傾斜、改善船舶浮態(tài)和穩(wěn)性，常常通過采用灌水或調(diào)駁到相應(yīng)的艙室的辦法來達到。第32頁/共39頁第33頁/共39頁 船舶耐波性船舶耐波性 耐波性耐波性是指船舶在風(fēng)浪中遭受由于外力干擾所產(chǎn)生的各種搖蕩運動及砰擊上浪，失速飛車和波浪彎矩等，仍能維持一定航速在水面安全航行的性能。船舶的搖蕩主要有六種形式：橫搖、縱搖、首搖、垂蕩、橫蕩、縱蕩。搖蕩會引起下列不良后果：1、劇烈的橫搖會使船舶橫傾過大而喪失穩(wěn)性，甚至傾覆。2、使航行速度降低，從而增加了燃料的消耗； 第34頁/共39頁3、使甲板淹水造成工作困難，影響機器設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。4、使船體結(jié)構(gòu)的負荷增加，造成結(jié)構(gòu)和設(shè)備的損壞。5、使船上的居住條

17、件惡化，引起旅客的嘔吐暈船。6、影響軍艦上武器的正常使用。對于橫搖來說，常用的減搖裝置有：舭龍骨、減搖水艙、減搖鰭。第35頁/共39頁 指船舶在波浪中的搖蕩程度、失速和甲板濺浸(上浪、濺水)程度等。耐波性不僅影響船上乘員的舒適和安全，還影響船舶安全和營運效益等，因而日益受到重視。 船舶在風(fēng)浪中遭受由于外力干擾所產(chǎn)生的各種搖蕩運動及抨擊上浪、失速飛車和波浪彎矩等，仍具有足夠的穩(wěn)性和船體結(jié)構(gòu)強度，并能保持一定的航速安全航行的性能。第36頁/共39頁基本概念：基本概念：舭龍骨舭龍骨 裝于船中兩舷舭部外側(cè)，與舭部外板垂直的長條形板材結(jié)構(gòu)。是最簡單而有效的減搖裝置。當(dāng)船舶橫搖時，舭龍骨產(chǎn)生與橫搖方向相反的阻力，形成減搖力矩，從而減小船舶的橫搖。舭龍骨結(jié)構(gòu)簡單、造價低、效能高、便于維護，因此得到廣泛的應(yīng)用。 減搖水艙減搖水艙 船體內(nèi)部左右舷連通的U型或槽形