小型雙體船的總體設計

1、第一章緒論近年來，越來越多的雙體船占據(jù)了民用和軍用船舶市場。它們新穎的外觀、獨特的綜合性能受到世界各國的矚目。據(jù)外電報道，美國海軍新近欲按計劃接收一艘高速雙體船：“海上斗士”號，此消息再一次引起了人們對雙體船的關注。1.1 雙體船的概況與發(fā)展趨勢1.1.1 雙體船的概況人類最早使用雙體船是由于發(fā)現(xiàn)將兩艘船橫向連接在一起，可以從內(nèi)河到海上航行而不容易翻船，早期曾將這種方法用在帆船上，建造了雙體帆船，這種帆船在海上可以承受較大的風浪。在此基礎上，人們又發(fā)現(xiàn)雙體船與同樣噸位的單體船相比，具有更大的甲板面積和艙容，因此而被用于貨船。20世紀60年代后，隨著海上高速客運的迅速發(fā)展，高速雙體船由于有寬大的

2、甲板面積、空間和便于豪華裝飾而被普遍看好，成為近幾十年來高性能船中發(fā)展最快、應用最廣、建造數(shù)量最多的一種。典型的高速雙體船由兩個瘦長的單體船（稱為片體）組成，上部用甲板橋連接，體內(nèi)設置動力裝置、電站等設備，甲板橋上部安置上層建筑，內(nèi)設客艙、生活設施等。高速雙體船由于把單一船體分成兩個片體，使每個片體更瘦長，從而減小了興波阻力，使其具有較高的航速，目前其航速已普遍達到35-40節(jié)；由于雙體船的寬度比單體船大得多，其穩(wěn)定性明顯優(yōu)于單體船，且具有承受較大風浪的能力；雙體船不僅具有良好的操縱性，而且還具有阻力峰不明顯、裝載量大等特點，因而被世界各國廣泛應用于軍用和民用船舶1.1.2 雙體船的航海性能雙

3、體船的航海性能圖1-1雙體船的航海性能隱身性操縱性耐波性浮性快速性1.1.3 雙體船的發(fā)展趨勢為進一步改善高速雙體船的綜合性能，人們在高速雙體船的基礎上派生了若干新型的雙體船型。(1)小水線面雙體船和穿浪雙體船的派生所謂小水線面雙體船，是由潛沒于水中的魚雷狀下體、高于水面的平臺(上體)和穿越水面聯(lián)接上下體的支柱三部分組成，其優(yōu)點在于水線面面積較小，受波浪干擾力較小，在波浪中具有優(yōu)越的耐波性。另外，還具有寬闊的甲板面和充裕的使用空間。但也存在船體結構復雜，對重量分布較為敏感等問題。穿浪雙體船是在高速雙體船的基礎上發(fā)展起來的，是將小水線面和深V型船在波浪中的優(yōu)良航行性能、雙體船的結構形式及水翼船弧

4、形支柱等優(yōu)點復合在一起的產(chǎn)物，具有良好的適航性，而且繼承了雙體船寬甲板的特點。(2)雙體船向大型化發(fā)展為了改善快速性和耐波性嘗試向復合船型發(fā)展，其中，小水線面船型將從雙體演化成單體或三體、四體、五體等多體。為提高雙體船在高海況下的航行能力，各國的研究方向大都集中在開發(fā)超細長體雙體船的系統(tǒng)技術、優(yōu)化線形設計和采用大功率噴水推進系統(tǒng)等方面。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及存在的問題1.2.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀自20世紀70年代小水線面船誕生以來，以中國船舶科學研究中心為代表的我國從事船舶技術開發(fā)的技術人員就開始技術跟蹤，并列入國家基礎研究計劃，經(jīng)過三個五年計劃的技術攻關，已全面掌握了小水線面船技術，取得了具有世

5、界先進水平的科研成果，建立了“小水線面船工程技術系統(tǒng)”，形成了一套完整的技術系統(tǒng)，包括主尺度與船型優(yōu)化、航行性能預報、結構外載荷、結構強度與疲勞分析及總體設計方法及相應實驗技術、設計計算軟件等。90年代初開始進入應用開發(fā)階段，利用已取得的技術成果，進行了多型號、多用途船舶概念設計與方案設計。1994年同汕頭大洋公司合作為海洋石油總公司開發(fā)“800t級油田交通船”，并完成了擴初設計評審。1997年同708所合作為中國科學院完成了3000t級“海上科學考察船”方案評審。1997年向海關提交了兩型緝私艇方案。1999年同汕頭大洋公司合作為海關開發(fā)230t級“海關監(jiān)管艇”，最近，綜合分析各方面的需求，

6、擬出了200t級、400t級、1000t級、1500t級、2500t級的船型方案，可供用戶選擇的初步參考.1.2.2 國外研究現(xiàn)狀從70年代初至2000年末，世界上有12個國家已經(jīng)開發(fā)和擁有小水線面雙體船共57艘。其中美國有26艘，日本有14艘，是開發(fā)最早、擁有量最多、技術水平最高的兩個國家。德國有4艘、英國有3艘。荷蘭、挪威、芬蘭、韓國、丹麥、瑞典和俄國7個國家各有1艘。小水線面船發(fā)展是應用需求主導牽引的，又是依靠科技創(chuàng)新推動的，更是軍民交替發(fā)展互相促進的。排水量有小有大，航速有低有高，在下體、支柱的數(shù)量、線型、布局及推進、動力、傳動、船體結構和材料方面都覆蓋了多種形式，在發(fā)揮小水線面雙體船

7、運動響應特征、提高耐波性上，除在總體線型、流體原理上優(yōu)化設計外，更注意應用前后穩(wěn)定鰭、水翼、壓載水艙等的高水平自動控制和對波浪運動的預報與協(xié)調來實現(xiàn)動、靜態(tài)條件下改善船舶運動姿態(tài)、降低運動輻值的效果，使小水線面船的設計中可以實現(xiàn)耐波性、快速性、操縱性、平穩(wěn)性、隱身性、經(jīng)濟性等兼優(yōu)。總之，小水線面雙體船經(jīng)歷20世紀建造40多型、50多艘的“百花齊放"，正走向21世紀的市場、戰(zhàn)場，人類為了征服海洋、保護海洋，使小水線面雙體船的軍民應用前景都非常廣闊。1.2.3 雙體船存在的問題(1)主機推進系統(tǒng)、輔機、設備系統(tǒng)、儀器等方面都要比單體船復雜、技術要求高、數(shù)量多。因此雙體船的造價比較高。(2

8、)速度比較高，但航程有限，不能進行長距離的運輸。(3)大型的船艦基本都有很好的抗風性，所以載重才是它最先考慮的，另外雙體船的建造的難度大也限制了它的應用。1.3小型雙體船的基本內(nèi)容此次論文所研究的小型雙體船系指為改善耐波性、減小興波阻力，將雙體船的片體在水線處縮小形成狹長流線型截面的雙體船。作為一個多功能的無人水上工具，用于海洋研究工作。其主船體由連接橋結構連接左右兩個片體組成。每一片體包括上船體、支柱體和下潛體。典型橫剖面示意圖見圖1.3.1。此雙體船包括了控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)/控制無線電通訊調制解調器和導航功能，并支持多種儀器如視頻、成像、側掃聲納、回音測深儀、ADC可口其它相關輔助儀器。(1)

9、連接橋結構：系指連接左右兩片體的甲板及其他附屬的強力(箱體)結構。(2)濕甲板：系指連接橋結構的最下暴露表面結構。(3)上船體：系指包括主甲板及以下至支柱體以上的結構。(4)舷臺：系指上船體結構中的連接橋與支柱體連接的過渡區(qū)域。(5)支柱體：系指上船體以下至下潛體以上在設計水線面附近的狹長垂向結構，其水線截面呈扁薄、首尾端為流線型。支柱體有多種型式，根據(jù)每一片體所擁有的支柱體數(shù)量，分別稱為單支柱體或雙支柱體等。(6)下潛體：系指連接在支柱體下面沉浸在水下的圓形或類似橢圓形的魚雷狀結構(。1.1.4.8船長L(項：(1)對于高速小水線面雙體船，系指船舶靜浮于水面時，其剛性水密船體位于設計水線以下

10、部份的總長，不包括設計水線處及以下的附體；(2)對于非高速小水線面雙體船，系指沿夏季載重線，由最前端支柱體前緣量至最后端支柱體尾緣的長度，并應計入下潛體從首至尾的長度與剛性水密船體位于設計水線以下部分的總長(不包括設計水線處及以下的附體)之差的50%。(7)水線面處船長Lw(M：系指船舶靜浮于水面時，位于設計水線處量得的船體前后緣縱向之距離。(8)支柱體水線長度(M:系指船舶靜浮于水面時，沿設計水線處量得支柱體的最大長度。對于前后獨立設置的支柱體，取一個片體前后同一方向上的各支柱體長度之和。(9)下潛體長度(項：系指單個下潛體從首緣量至其尾緣的水平長度。若一個片體中的下潛體只數(shù)為1個以上時，應

11、作累加計入。lhl(10)船寬B(項：系指剛性水密船體的最大型寬，不包括設計水線處及以下的附體。(11)水線下最大船寬Bw(項：系指船舶靜浮于水面時，位于設計水線以下量得的最大型寬。(12)水線寬Bwl(n):系指船舶靜浮于水面時，沿設計水線處量得支柱體的最大型寬之和，如，見圖1.3.1。Bwl=Bwl(13)下潛體寬Blh(項：系指單個下潛體的最大型寬。(14)支柱體寬度Bs(項：系指單個支柱體的最大型寬。(15)型深D(項：系指片體的下潛體縱中剖面處的最低點量至干舷甲板邊線的垂直距離。(16)水線下支柱體深度Ds(nj):系指位于船中處從水線面量至下潛體與支柱體殼板交線處的垂直距離。(17

12、)設計吃水d(nj):系指船舶靜浮于水面時，沿設計水線在船中處量得的剛性水密船體的型吃水。(18)滿載排水量(t):系指船舶滿載出港狀態(tài)靜浮時的排水量，通常等于最大營運重量。(19)水線面系數(shù)Cwp系指按下式算得的系數(shù)：Cwp=AW1ils1iBwl1i式中：AW1i-一沿設計水線截得的一個片體中的第i個支柱體水線面積，m2ls1i沿設計水線處量彳#的一個片體中第i個支柱體的最大長度，成Bwl1i沿設計水線處量彳#的一個片體中第i個支柱體的最大型寬，m；若在一個片體中設置了前后獨立的支柱體，即，則應將與Bwlli所圍矩形面積按公式計入一個片體內(nèi)所含的總量(A2>nW1i和ls1i性能特點

13、- 負載：66kg(126lbs)- 最大速度：5節(jié)- 雙體船尺寸：長度100x寬度85(cm)- 重量：75kg(165lbs)- 最小吃水：0.3m3小時自主推進工作(Ni-MH鍥氫電池)推進力- 2x250W電子引擎通訊(視頻/聲納)- 高速無線電通訊調制解調器用于控制和傳輸數(shù)據(jù)- 范圍>2km(1.1Nm)定位GP棠收器置于雙體船上，帶有導航坐標界面附選導航軟件附選- 視頻攝像頭- 成像聲納- 側掃聲納- 回音測音器- ADCP圖1.3.1典型橫剖面示意圖1.4 Maxsurf概述MAXSURF件是由澳大利亞FormationDesignSystems公司為船舶設計和建造者開發(fā)的

14、、適用于各種船舶設計、分析和建造的一套非常完整的計算機輔助船舶設計和建造軟件。MAXSURF件目前在全球已擁有廣泛分布在澳大利亞、中國、日本、德國、荷蘭、新加坡、美國等國家的1000多位船舶設計和建造用戶，在各種船舶設計和建造領域都得到了非常普遍的應用。1.5 Maxsurf的基本建模理論MAXSURF件系統(tǒng)包括以下幾個模塊：（1） MAXSURF塊（動態(tài)三維船體模型生成模塊）：MAXSURF塊是MAXSURF軟件包的核心部分。MAXSURF塊包括一整套用一個或多個真正的三維NURBffl面（而非二維NURB新線），進行三維船體建模的工具，可使船舶設計師快速、精確地設計并優(yōu)化出各種船舶的主船體

15、、上層建筑和附體型線。MAXSURF用實時交互式控制方法，備有多種方法可對船體曲面和線型進行修改。設計者可在多窗口圖形顯示界面環(huán)境下，用鼠標拖放控制點進行數(shù)值修改，或從數(shù)據(jù)輸入框直接輸入數(shù)值進行修改，也可以通過一系列的自動光順命令進行控制。設計者可根據(jù)具體設計船型以及實際生產(chǎn)情況，確定建立模型所使用NURBSS面的數(shù)量、特性以及相互間的組織關系等。（2） HULLSPEED塊（船舶阻力及有效馬力計算模塊）：HULLSPEED塊是估算機動船舶阻力和有效馬力的計算程序。HULLSPEEffl過自動量取MAXSURF型中所選擇的測量實體，測得計算阻力所需的各種性能參數(shù)，同時提供給設計者多種可以選擇的

16、船體浮態(tài)、理論計算方法、推進系統(tǒng)效率、航速、船殼粗糙度、水特性、空氣、附體阻力等參數(shù)，設計者可根據(jù)具體情況對這些參數(shù)進行調整，使計算結果更加準確和可控。（3） HYDROMA粳塊（船舶水動力性能計算分析模塊）：HYDROM心個功能強大的完整和破損情況下的穩(wěn)性分析模塊。其主要分析計算功能包括：各種載況下的重量重心數(shù)據(jù)統(tǒng)計計算、平衡浮態(tài)計算、特種工況（下水、進塢、擱淺等）計算、艙室定義和劃分、艙容計算、靜水力計算、穩(wěn)性插值曲線計算、標準穩(wěn)性校核、大傾角穩(wěn)性校核、破艙穩(wěn)性校核、極限重心高度計算、總縱強度校核等。（4）WORKSHOP塊（船體結構生產(chǎn)放樣及CAD圖形生成模塊）：WORKSHOP是進行船

17、舶結構詳細設計的模塊。設計者可在模塊中參數(shù)化地定義主船體、上層建筑及附體的船體外板和內(nèi)部的肋骨、肋板、縱骨及扶強材等結構；結合數(shù)據(jù)庫中的標準材料和節(jié)點庫，WORKSHOP高精度、無余量地生成結構部件，包括桁材、骨材和板材的展開，及這些部件的重量及重心位置，實際幾何形狀并建立分類及綜合的統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫。WORKSHOP集成數(shù)據(jù)庫可隨時對定義的結構及計算結果包括部件的數(shù)量、位置、重量、重心及切割長度、面積等實時更新，并生成清單。這些清單是設計和生產(chǎn)單位進行總體性能校核、材料預估和采購等工作的重要參考依據(jù)。（5）SEAKEEPER1塊（船舶耐波性能分析模塊）：SEAKEEPER一個綜合的而寸波性分析和運

18、動預報模塊。SEAKEEPER塊運用標準的Strip理論預測船舶運動，可在規(guī)定海域，對船舶各種裝載情況下船舶重心的典型運動進行預報計算。（6）PREFIT模塊（空間實體自動擬合模塊）：PREFIT模塊提供給設計者一系列的樣條和曲面擬合以及精確的邊界約束工具，可使擬合過程更加快捷和精確。該模塊內(nèi)置的型值表編輯器可以讓設計者預覽并修改型值，以便進行擬合工作。對船舶修造企業(yè)而言，既可根據(jù)船東和設計單位的新造船設計，精確地生成新船整體的三維立體模型，又可根據(jù)待修船的實際破損情況，生成局部的修補方案模型。SPAN模塊（帆船性能分析模塊）：SPA戲專門用于帆船性能分析和預報的模塊。帆船由于其在船體線型、航

19、態(tài)、推進和操縱方式等方面與其他機動船的差異，使得適用于它的分析方法也比較特殊。SPANS用類似于IMSVPP的計算理論，根據(jù)風的方向及速度，自動搜索計算出帆船相對于不同角度順風和逆風的平衡運動狀態(tài)，包括水阻力與風動力的平衡、航速和橫傾角等。SPAN的分析結果最后自動生成數(shù)據(jù)表格并繪制出航速-風的極坐標圖線。（8）HYDROLIN楨塊（數(shù)據(jù)轉換模塊）：HYDROLIN是可實現(xiàn)MAXSURF其他分析系統(tǒng)相互進行靜水力計算和分析數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪K。通過HYDROLIN模塊，可與MAXSUR叱問進行數(shù)據(jù)相互傳輸?shù)南到y(tǒng)有SHCPMHCPIMSVPP、BMTMicroship、USNAIMSANURBSDXF

20、IGESl?（。1.6 雙體船總體設計及軟件任何船舶的總體設計，都是整個設計過程中的最基本設計階段，其主要任務是確定船舶型式、選定動力裝置、論證主要尺度及船型系數(shù)、設計船體型線、進行總體布置、決定結構形式，設計主體結構、選擇主要曬裝設備等。不言而喻，這是一個決定船舶的基本性能的最重要的設計階段，從根本上決定一條船的優(yōu)劣程度，如果總體設計考慮不善，遺留下的缺點在后續(xù)設計中一般是無法克服的，而只會給所設計的船留下重大缺陷。對雙體船也一樣，具總體設計同樣具有決定整個設計結果優(yōu)劣的作用，因此設計時給予重視是完全必要的。本次設計用到了Maxsurf模塊。與其它諸如TRIBONFORANCADDS等大型計

21、算機輔助船舶設計和建造系統(tǒng)平臺相比，MAXSURF件由于其各個子模塊均共享一個集成數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)一的Windows風格界面簡單易學，采用統(tǒng)一的工業(yè)標準，可方便地與Microsoftoffice、Microstation、AutoCAD進行數(shù)據(jù)與文件的轉換，所以其性能/價格比相當高，生命力很強。澳大利亞之所以能夠在世界高性能新船型的研究、設計和建造領域長期獨樹一幟、保持領先地位就充分證明了這一點。任何計算機輔助船舶設計和建造軟件都只是船舶設計者的應用工具。能否設計和建造出優(yōu)秀的船舶，關鍵在于設計者自身的水平和能否真正了解并掌握應用軟件自身的特點。目前MAXSURF件在我國計算機輔助船舶設計和建造領域

22、的應用雖然僅僅處于起步階段，但已經(jīng)在多個實際應用工程中顯示出獨特的自身優(yōu)勢。只要我國的船舶設計工作者，能揚其長、避其短，就一定能很好地借鑒和吸收國外的先進經(jīng)驗，設計出具有21世紀世界先進水平的船舶和海洋工程物。隨著我國船舶設計技術研究、企業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)以及技術改造步伐的不斷加快，MAXSUR康列軟件在我國計算機輔助船舶設計與建造領域的應用前景一定會非常廣闊。第二章主尺度的選擇船舶主尺度是表示船體外形大小的主要尺度，通常包括船長、船寬、船深、吃水和干舷。船舶主尺度是計算船舶各種性能參數(shù)、衡量船舶大小、核收各種費用以及檢查船舶能否通過船閘、運河等限制航道的依據(jù)。2.1 船長L的選擇本設計雙體船的設計

23、水線長為0.52m,從布置、操縱性等方面考慮，總船長L=1m2.2 船寬B的選擇船寬B的選擇，經(jīng)過多次修改，最終確定。修改后確定本船的型寬B為0.65m。2.3 型深D選擇型深D應考慮艙容與總布置、穩(wěn)性、甲板上浪與抗沉性、強度與經(jīng)濟性等因素。本次雙體船設計中型深的選取，除滿足規(guī)范對L/D和B/D的要求外，對于雙體船，按總布置選取D,分析選擇D=0.4m2.4 吃水d選取口g水d時考慮了任務書主尺度限制、浮力、快速性和經(jīng)濟性等多方面因素。本次雙體船設計，選取口水d時主要考慮的是推進效率，盡可能取滿足要求的最大吃水，最終選取d=0.15mo2.5 選取方形系數(shù)Cb應考慮的因素選取方形系數(shù)Cb應考慮

24、的因素有浮力、快速性與耐波性、總布置、經(jīng)濟性。方形系數(shù)對于本次設計的布置地位型船來說，因為其L、B、D往往為艙容與甲板面積所決定，故綜合考慮取方形系數(shù)為0.8左右。2.6 本章小結本章主要是總體方案構思與主尺度的選擇。在主尺度選擇中，綜合考慮了浮性、穩(wěn)性、經(jīng)濟性、快速性等船舶性能的各個方面，結合所設計船的特點來考慮。由于是雙體船，有很好的抗風性，所以載重才是它最先考慮的。第三章總布置設計3.1 概述所謂總布置設計，是以滿足船東提出的使用要求和航行性能為前提，合理經(jīng)濟地確定船舶整體布置的工作，具體來說，就是要完成船舶總布置圖的設計與繪制。總布置設計是船舶設計中一項非常重要的任務?？偛贾玫慕Y果對船

25、的使用效能、航行性能、安全性能以及結構工藝性能有直接的影響?？偛贾迷O計也是后續(xù)設計和計算的主要依據(jù)。因此在船舶設計的初始階段，為了便于方案構思和把握主尺度與載重量、艙容、布置地位之間的關系，以及協(xié)調格主要性能之間的矛盾，就需要對船的總布置有所設想和考慮，并繪制總布置草圖。總布置設計的主要工作有：(1)區(qū)劃船舶主體，勾畫船舶設計水線以上的外部造型；(2)調整船舶的浮態(tài)(縱傾調整)；(3)布置蓄電池和太陽能電池等設備；(4)協(xié)調各線路的布局。本次小型雙體船的總布置設計，根據(jù)所設計船的使用特點和技術任務書的要求，在調查研究和分析母型船資料的基礎上，擬定一個能反映總布置大體輪廓，見下圖。3.2 總布置

26、設計分析3.2.1 主尺度的分析選擇最大船長：L0A=1m設計水線長：LWL=0.52m型寬：B=0.65m型深：D=0.4m設計吃水：d=0.15m小型雙體船總長1m水下船體選用2個彼此平行且相互對稱的魚類狀船體直徑0.15m,上面加支柱，支柱截面呈扁薄，外凸的流線型。支柱從水下船體向上穿割水面，托住水上船體，將水上船體與水下潛體連成一個整體，它又是上下船體之間的聯(lián)系通道。3.2.2 小型雙體船的布局表3-1小型雙體船的布局雙體船的各個部位詮釋水下船體(亦稱潛體偏體)它是2個彼此平行且相互對稱的魚類狀船體，尾部裝有推進器。正常航行時這2個船體深潛水中，它提供了雙體船浮力的主要部分。在水下潛體

27、內(nèi)一般布置燃油艙淡水艙壓在水艙推進器或推進器傳動機構以及穩(wěn)定鰭的控制執(zhí)行機構。800T以上的大型雙體船的主機都置于潛體中。水上船體(亦稱箱體)水上船體是輕型結構，一般用鋁合金或玻璃鋼制成，大型的也有由鋼結構組成的。它是高居于水面以上的平臺結構。水上船體造型簡單，外形呈長方形，內(nèi)部是艙室，上面是寬闊的甲板平臺，可根據(jù)所擔負的各種使命來布置有效載荷，例如安裝各種裝備設備武備，停放直升機及運載集裝箱貨物等。支柱支柱截面呈扁薄外凸的流線型。支柱從水下船體向上穿割水面，托住水上船體，將水上船體與水下潛體連成一個整體，它又是上下船體之間的聯(lián)系通道。每個水下船體由1個或2個以上支柱與水上船體相連。雖然每個支

28、柱水線面很狹小，但由于各支柱間內(nèi)足夠大的距離，所以能夠保證船的縱向和橫向靜穩(wěn)性。3.2.3 水下船體及支柱的形狀和連接方法按單片體計算有下列三種：(1)連續(xù)的水下船體和支柱，也即所謂的單體單支柱。(2)連續(xù)的水下船體和分開的支柱，也即所謂的單體雙支柱。(3)分開的水下船體和分開的支柱，也即所謂的雙體雙支柱(20世紀90年代中期出現(xiàn)的SLICE船型就是這種形式。國外也有將其統(tǒng)稱為四體四支柱)。長計苴差計1等型型設度尺長好線水i.aomO.GSnD«13圖3-1小型雙體船總布置圖3.3本章小結本章做的總布置設計，是船舶設計中的重要內(nèi)容之一，為下面的設計工作做了鋪墊。在總布置設計中需要遵循

29、的原則有很多，如應注意船舶原理性能，結構性能和安全性能的影響等第四章重量重心估算4.1概述排水量是船舶技術性能的重要參數(shù)之一，是船舶設計中各項性能計算的重要依據(jù)。而排水量等于組成船舶的各項重量之和，因此在船舶設計中準確地計算船舶的重量及其重心，是一項基本并十分重要的計算工作。重量重心計算準確與否，直接關系到設計船技術性能好壞。重量計算的誤差如果過大，船將不能漂浮在設計吃水處，因而難以保證預定的干舷；另外，重心計算誤差過大，船將出現(xiàn)縱傾或者橫傾，初穩(wěn)性高度將出現(xiàn)減小或增加，將改變船舶的設計穩(wěn)性及橫搖性能。小型雙體船自身重量為55kg載重為34kg第五章型線設計5.1概述船體型線設計是船舶總體設計

30、的重要內(nèi)容之一，船體型線的好壞對船舶的技術性能和經(jīng)濟性有重大影響。型線圖是后續(xù)的性能計算和結構計算的依據(jù)。因此,對于型線設計應予以極大的重視。型線設計實際上是與總布置設計平行或交叉進行的，且與總布置的要求互相協(xié)調。5.2 型線設計的考慮因素船舶型線與船舶的快速性、適航性、操縱性、穩(wěn)性、縱傾調整、艙室布置、裝載容積，以至于施工的工藝性都有關系，是船舶技術經(jīng)濟性能的全局型設計項目之一，是評定船舶設計質量好壞的一個重要指標。型線設計時必須注意保證船舶具有良好的快速性、滿足總布置要求、考慮船體結構的合理性和工藝性、外觀造型等幾個方面。5.3 型線設計的方法常用的型線設計方法有利用與設計船相近的優(yōu)秀母型

31、船的型線資料進行適當修改的母型改造法和參照型線特征類似的優(yōu)秀型線其它的方法還有系列船型法、用電子計算機生成型線法等。本設計采用母型改造法。一般情況下，繪制縱剖線是為了檢驗型線的三向光順性，如果縱剖線連不光順，則需要修改水線和橫剖線?？v剖線的形狀應避免出現(xiàn)明顯的凹陷。5.4 型線圖型線圖包括縱剖線圖，橫剖線圖和半寬水線圖，具體詳見型線圖。長王水吃長計寬深計總設型型設L.UOn0,知OE5rl0,4n0.15n圖5-1小型雙體船型線圖5.5 本章小結型線設計中，由于沒有優(yōu)秀的母型船的型線資料，采用自行設繪法設計、繪制成了型線圖。設計中主要對船舶首、尾段形狀做了重點考慮，對影響船舶阻力性能的部分參考

32、有關優(yōu)秀型船資料進行了設計。設計出的型線圖除滿足排水量的需要外還應保證船舶具有良好的性能第六章Maxsurf建模6.1Maxsurf建模概述Maxsurf是一個曲面建模程序，這一章將介紹程序里用到的一些基本概念。船體、附體及上層建筑在Maxsurf里均用一或多個曲面定義。一船來說，曲面用于設計中的不連續(xù)處。下面是設計中用到曲面的例子，三個曲面設計一條游艇：一個是船體曲面，一個是龍骨曲面，另一個是舵曲面；五個曲面設計一條作業(yè)船，第一個是上船體曲面（從舷側邊線到上折角線）；第二個是折角曲面；第三個是下船體曲面（從下折角線至龍骨）；第四個是甲板面；第五個是尾封板。設計中可采用任意多個曲面。在Maxs

33、urf中，曲面由一組控制點的位置來限定，這些控制點組成一個控制點網(wǎng)。可以通過移動控制點得到所需的曲面形狀。用Maxfurf從事建模設計的中心環(huán)節(jié)是深刻理解怎樣通過改變控制點來得到所需的曲面形狀。下面的例子更詳細地說明了這一點。樣條和彈簧的例子：設計者用彈性樣條畫光順的二維曲線，先固定樣條兩端，再在其若干個點上加載荷，生成一條曲線，該曲線的光順度取決于樣條的柔韌和載荷的準確位置。但只要遵守幾條簡單的規(guī)則，所得曲線即足夠光順。使樣條線初始狀態(tài)在畫圖板上處于直線狀態(tài)。移動幾個點，并加載荷固定后，樣條的自然韌性即使其形成曲線。Maxsurf運用與這個例子相似的原理。通過一個B樣條曲線的數(shù)學方程來創(chuàng)建曲

34、線，曲線草圖由端點位置、控制點的位置和數(shù)量以及樣條的韌性決定。和在樣條上掛一排重物不同的是，Maxsurf的曲線通過控制點成形，這就象在樣條上掛了許多彈簧一樣。當控制點移動時，樣條的韌性和彈簧的彈性共同作用，使曲線變得光滑。顯然，這時控制點并不依賴于創(chuàng)建的曲線，相反，曲線被控制點拉向自己的位置。這樣，一根平直的樣條被一組控制點拉伸為曲線形狀介介&&只有首尾末端兩個控制點在生成的光順曲線上。通過移動控制點，可得到給定的曲線形狀，曲線的曲率不會因彈簧的彈性和樣條的韌性不規(guī)則而受影響，但如果樣條變軟或變硬，則曲率相應增大或變小。這僅是一個二維的例子，Maxsurf還可用相似的原理創(chuàng)建

35、三維曲線以形成曲面。正如一排二維控制點能定義一條二維曲線，一組網(wǎng)狀的三維控制點能完全定義一個三維曲面。當考慮一組網(wǎng)狀三維控制點時，我們可以認為樣條能沿網(wǎng)的方向和穿過網(wǎng)的方向拉伸，從而形成曲面。Maxsurf正是這樣，用一組三維控制點創(chuàng)建曲面。這個網(wǎng)由排列成行和列的控制點組成，有四個角和四條邊，控制點共可有16行和16列，具體數(shù)字取決于曲面的復雜程度。曲面的行和列兩個方向可有不同的韌度。一個曲面即是樣條按網(wǎng)的控制點的控制在三維空間演變的結果?？刂泣c對曲面的影響首先取決于它是角點，邊點還是內(nèi)點。曲面的角點與網(wǎng)上相應角點的位置一致邊點僅取決于網(wǎng)上的邊控制點曲面的內(nèi)點可能受網(wǎng)上很多甚至全部控制點的影響

36、MaxsurfPro中的一個設計可用到若干個相互獨立的曲面，它們各自有自己的控制點網(wǎng)，一個控制點網(wǎng)僅影響到它所在的那個曲面，當兩個曲面相交于一條曲線時，這條曲線上的控制點將同時影響到兩個曲面。用Maxsurf時應該記住，您是在通過修改相應的控制點來修改曲面，Maxsurf將重新計算并顯示新的曲面。正如您在前面的“彈簧”例題中通過改變控制點來改變曲面，而不是直接改變曲面本身（。6.2maxsurf的初步建模1 .打開maxsurf,新建一個橫截面呈“U”形的圓柱形曲面；在units中設置長度單位為mm在zeropoint中設置為“Amidships”，在“sizesurfaces設置船體主要尺寸

37、（圖6-1）,初步得到模型圖6-2。SieSurfacesSurfaces:JCylird研，EpciinlPropoctionalSc4liruLengthElearnrn4.o.Depth-recedernafkersOK.Cancel圖6-1sizesurfacesIaodyPlan.dI匕II點圖6-2船體模型2 .通過移動控制點形成船體模型，圖6-3圖6-3船體模型其中，黃線為設計水線，距離基線為0.3m。3 .為了觀察整個設計圖，常常需要顯示船體橫剖面線、水線及縱剖線等。Maxsurf提供一個三維空間的等步長柵格坐標來反應上述各種輪廓線的定位。在“Gridspacing”中分別設置

38、橫剖面線、水線及縱剖線；分別如圖6-5,6-6圖6-4輸入站號圖6-5水線圖6-6縱剖線圖6.3船體設計(1)將設計好的型值輸入“Marks”窗口中，圖6-6,6-7.京MarkersSUtiorlodeLong.Pds.mOffsetinHeigiTtinSurfaceKindNameErrorm12-0L4M01150：O.33GMoneI220.043.如tone2工血a138-0287Mane426面)'a/33k?ne52的awzMone_5Jq,伽4淡Hone.p303內(nèi)Q.134OJIOM3nei4Q.慚-0.073Usneag4-02J3O.CK-0230toneidS

39、0.0TO山75Mone一115-ftIM0.159-0171tone126：022S0.150Itone|13專:8：0.1500i»75Fkine14Si60M0L225;d.而Dane15n.匕0.3JQ0.375MoneISQ111Jw駟n臺E17V01打0.-59-o.onMoreE13B012H0.Z17-0,J23tknj19903的Q.1J4-0,X7Fbne20130.4H0.159.援Mone211144170.0SI0214Itone“'2211-01417J02S7-O.IKMone23iruxiirlQ.(1?-Q.117Itone|24ir-”lQ

40、LtIT，4320Hone25jiI"g.m-fl：k?ne圖6-6Marks窗口圖6-7標記后的船體(2)增加控制點以便控制形成船體曲面：在“Plan”窗口中的船體每條站線上增加一個列(Column)控制點,“Bodyplan”窗口中增加7個等分的行(RoW控制點。如圖6-8圖6-8增加控制點后(3)在“Bodyplan”窗口中移動控制點，使船體型線通過各站的mark點為使移動方便，使用工具？欄上的按鈕。例如，圖6-9為某站調整后的型線。圖6-9某站橫剖曲線圖由于船首部分的型線較為復雜，在“Bodyplan”窗口中并不能通過移動控制點來達到設計的要求；因此，應在“ProMe”窗口中

41、對船首部分的控制點進行移動,移動時應時刻注意“Bodyplan”窗口中型線的對齊。(4)進一步對調整后的船體外形進行光順(即同樣調整控制點使型線盡量光順)(5)最后的成型圖6-10(圖6-10maxsurf模型第七章船舶主要性能計算7.1 靜水力性能計算1 .船體模型建好后，從中可導出靜水力計算的各種數(shù)據(jù)。點擊工具欄上的“Date”選擇“CalculateHydrostatics"，彈出數(shù)據(jù)如圖7-1,為滿載吃水時的各項數(shù)據(jù)?？凇惫Q充1前二斷HydrosLdlldlOWL8!口.mipilI*9.ViiLla10.02iQUTltz-VdllD*d.onn，3Dj-ft-f11D

42、II鼻EL0】1口中r.anT-G.3-flHLvjU.*9nGvQT5HH7I,15$n工kH&acrosssedai1”6n"2a1eijjMriamMLinLTi.ess11CtH.154叵CnIT.«14gpm14Etbfl口2tro004It.L5LCFfgaii3»rOjt-D.Hh£u.Ulin17骯aHBM4lM2EKD.«DEmo.®TaH：THu.ATBn如D.QTBHgD.Ilirnfinti-znocs.TPcJDi1i»nneaiMlc0IzmjL?.HmUj加l!±Mt.0ld&

43、#163;L*«.HRbdiin30Ifi.DcasilEkcUc仁通圖7-1CalculateHydrostatics同理，通過調整“FrameOfReference”窗口中的DWlfi（圖7-2）,得出從吃水0m-1m,間隔0.1m,各吃水狀態(tài)下的靜水力計算參數(shù)。圖7-2FrameOfReferenceHydrostatics-高源FixedTrim=0m(+vebystern)RelativeDensity=1.025DraftAmidsh.m0.30.2671Displacementtonne0.01890.01882HeeltoStarboarddegrees003Draf

44、tatFPm0.3000.2674DraftatAPm0.3000.2675DraftatLCFm0.3000.2676Trim(+vebystern)m0.0000.0007WLLengthm0.5190.5198WLBeamm0.4590.4599WettedAreamA21.0570.97210Waterpl.AreamA20.0010.00111PrismaticCoeff.1.0101.00812BlockCoeff.10.13712.14613MidshipAreaCoeff.0.0000.00014Waterpl.AreaCoeff.0.0980.10515LCBfromAmid

45、sh.(+vefwd)m0.0290.02916LCFfromAmidsh.(+vefwd)m-0.035-0.03517KBm0.0760.07618KGm0.3000.30019BMtm0.0020.00320BMLm0.0030.00321GMtm-0.221-0.22122GMLm-0.221-0.22123KMtm0.0790.07924KMLm0.0790.07925Immersion(TPc)tonne/cm0.0000.00026MTctonne.m0.0000.00027RMat1deg=GMt.Disp.sin(1)tonne.m0028Maxdeckinclination

46、deg0.00.029Trimangle(+vebystern)deg0.00.00.2330.20.1670.13310.01880.01880.01880.01782000030.2330.2000.1670.13340.2330.2000.1670.13350.2330.2000.1670.13360.0000.0000.0000.00070.5190.5190.5190.85180.4590.4590.4590.54490.8860.8010.7160.518100.0010.0010.0010.088111.0071.0051.0040.6181213.47613.45713.437

47、0.817130.0000.0000.0001.322140.1110.1170.1230.554150.0300.0300.0300.02916-0.035-0.035-0.0350.047170.0760.0750.0750.072180.3000.3000.3000.300190.0030.0030.0030.261200.0030.0040.0040.36021-0.222-0.222-0.2220.03222-0.221-0.221-0.2210.132230.0780.0780.0780.332240.0790.0790.0790.432250.0000.0000.0000.001

48、260.0000.0000.0000.000270000280.00.00.00.0290.00.00.00.00.10.0670.033010.01490.00820.002702000030.1000.0670.0330.00040.1000.0670.0330.00050.1000.0670.0330.00060.0000.0000.0000.00070.9530.9840.9100.66180.5910.5990.5750.00090.4120.2640.1490.000100.1680.1710.1230.000110.6160.5410.4980.001120.5430.4100.

49、3440.003130.8820.7580.6905.577140.6270.5850.5400.352150.0280.0320.0422.920160.0280.0200.0360.004170.0580.0400.020-1.#IO180.3000.3000.3000.300190.6021.1182.4439579749606.640200.9491.9023.8695722468046.577210.3600.8582.163-1.#IO220.7071.6423.590-1.#IO230.6601.1582.463-1.#IO241.0071.9423.890-1.#IO250.0

50、020.0020.0010.000260.0000.0000.000-1.#IO27000-1.#IO280.00.00.00.0290.00.00.00.0在CAD中畫出靜水力曲線圖，下圖7-30.30.250.20.150.10.050.0030.0050.0070.0180.0250.0130.015Displacementtonne00.20.40.60.81AreamA21.21.41.61.82-1-0.9-0.8-0.7-0.6-0.5LCB,LCF,KBm-0.4-0.3-0.2-0.1-0-1-0.9-0.8-0.7-0.6-0.5KMtm-0.4-0.3-0.2-0.1-0

51、-1-0.9-0.8-0.7-0.6-0.5KMLm-0.4-0.3-0.2-0.10000.0010.0010.0010.001Immersiontonne/cm0.0020.0020.0020.0020.003-1-0.9-0.8-0.7-0.6-0.5-0.4-0.3-0.2-0.100MomenttoTrimtonne.m0.3/WaterplaneAreagpitmm11EMMwaa11pmmMidshipArea二11ra«nm111rwraiiI1h1B廠_:11otic11y2.ti557.5111iIo10.250.20Coefficients0.10.05mfa0

52、.157-3.靜水力曲線7.2穩(wěn)性計算7.37-4,用HydromaxPro計算出靜穩(wěn)性曲線(1)打開HydromaxPro,并打開已做好的maxsurf文件；(2)在Loadcase窗口表示的是船舶的裝載狀況，加載Loadcase1如下圖輸入Lightship(空船重量)和其他重量，以及相應的數(shù)據(jù)。圖7-4Loadcase窗口(3)點°擊按鈕，就可在Graph窗口中顯示出靜穩(wěn)性曲線，如下圖7-5;0.060.050.04mZG0.030.020.01Max0.05mat50deg.2030HeeltoPortdeg.4010圖7-5Graph窗口(5)同時，在Report窗口中顯示的是靜穩(wěn)性曲線的計算過程，見附錄(7.4初穩(wěn)性計算GM=KB+BM-KG由maxsurf計算數(shù)據(jù)整理計算:GM=0.075+0.002-0=0.0777.5橫搖角由maxsurf可得出KB=0