船舶設(shè)計原理第6章

1、 n主要要素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)，是描述船舶幾何形狀的一些最基本的特征數(shù)據(jù)，對船舶設(shè)計質(zhì)量起著決定性的作用。對船舶設(shè)計質(zhì)量起著決定性的作用。n船舶主要要素船舶主要要素: 船舶的排水量船舶的排水量主要尺度主要尺度 (船長、船寬、型深、吃水船長、船寬、型深、吃水)船型系數(shù)船型系數(shù) (方形系數(shù)、棱形系數(shù)、水線面系數(shù)、中剖面系數(shù)方形系數(shù)、棱形系數(shù)、水線面系數(shù)、中剖面系數(shù))尺度比尺度比(L/B, B/T, D/T, L/D)n船舶技術(shù)經(jīng)濟性能船舶技術(shù)經(jīng)濟性能: (快速性、穩(wěn)性、耐波形、重量、容量、強度、總布置、經(jīng)濟性等快速性、穩(wěn)性、耐波形、重量、容量、強度、總布置、經(jīng)濟性等)

2、6-1 滿足尺度限制的前提下滿足尺度限制的前提下盡力提高使用性能和經(jīng)濟性要求。盡力提高使用性能和經(jīng)濟性要求。6-1 n一一.確定船舶主要要素應(yīng)滿足的基本要求確定船舶主要要素應(yīng)滿足的基本要求 1.綜合性綜合性 2.靈活性與多解性靈活性與多解性 3.過程的逐步近似過程的逐步近似6-1 二二.確定船舶主要要素的特點確定船舶主要要素的特點n (1)任務(wù)書分析任務(wù)書分析n (2)調(diào)查研究調(diào)查研究n (3)確立設(shè)計指導(dǎo)思想確立設(shè)計指導(dǎo)思想n (4)估取第一近似值估取第一近似值n (5)性能校驗性能校驗n (6)繪圖核算繪圖核算n (7)主尺度選優(yōu)主尺度選優(yōu)6-1 三三.確定主要要素的一般步驟確定主要要素的

3、一般步驟一一.選取選取L時應(yīng)考慮的因素時應(yīng)考慮的因素L浮力浮力總布置總布置Vc快速性快速性Rf,Rr(不變不變)經(jīng)濟性經(jīng)濟性LorLELropt (臨界船長，最佳船長臨界船長，最佳船長)操縱性操縱性，縱搖升沉減緩，回轉(zhuǎn)性，縱搖升沉減緩，回轉(zhuǎn)性耐波性耐波性，穩(wěn)定性穩(wěn)定性L/B，6-2 二二.選取選取B時應(yīng)考慮的因素時應(yīng)考慮的因素B總布置總布置，布置地位型船和中小型船舶，布置地位型船和中小型船舶，B多取多取決于布置決于布置初穩(wěn)性初穩(wěn)性GM快速性快速性取決于取決于B/T，當，當B同時同時Cb，阻力，阻力耐波性耐波性橫搖周期減小橫搖周期減小6-2 三三.選取選取T時應(yīng)考慮的因素時應(yīng)考慮的因素T增加增加

4、增加增加快速性快速性不變時，不變時，Cb（對于中速船），（對于中速船），RD螺螺，敞水效率，敞水效率 Vs耐波性耐波性甲板上浪甲板上浪，抨擊，飛車，抨擊，飛車經(jīng)濟性經(jīng)濟性不變時，不變時，L，B ,Wh,Ps,S2,經(jīng)濟性改經(jīng)濟性改善。善。6-2 四四.選取選取D時應(yīng)考慮的因素時應(yīng)考慮的因素D增大增大總布置總布置 有利于布置有利于布置快速性快速性 無影響無影響經(jīng)濟性經(jīng)濟性 對于中小型船舶，對于中小型船舶，WhPs，E耐波性耐波性 甲板上浪改善甲板上浪改善操縱性操縱性 無影響無影響抗沉性抗沉性 穩(wěn)性穩(wěn)性6-2 五五.選取選取Cb時應(yīng)考慮的因素時應(yīng)考慮的因素Cb是協(xié)調(diào)因子，當重力和浮力不平衡時，用它

5、來調(diào)整。是協(xié)調(diào)因子，當重力和浮力不平衡時，用它來調(diào)整。Cb增大增大浮力浮力增大增大總布置總布置有利于機艙布置有利于機艙布置快速性快速性Rf減小減小Rr增大增大Cbopt，Cbor，CbE經(jīng)濟性經(jīng)濟性耐波性耐波性不利不利操縱性操縱性回轉(zhuǎn)性稍微增加，直航性沒影響回轉(zhuǎn)性稍微增加，直航性沒影響6-2 六、實船設(shè)計時綜合考慮六、實船設(shè)計時綜合考慮 L: 浮力，總布置，經(jīng)濟性，快速性，耐波性浮力，總布置，經(jīng)濟性，快速性，耐波性nB：浮力，總布置，穩(wěn)性：浮力，總布置，穩(wěn)性nT：選較大吃水（：選較大吃水（T限）限）nD：中小型船舶，控制：中小型船舶，控制D，大型船舶。適當增加，大型船舶。適當增加DnCb：貨船

6、選經(jīng)濟方形系數(shù)，客船，中小型船和海：貨船選經(jīng)濟方形系數(shù)，客船，中小型船和海船適當減少方形系數(shù)船適當減少方形系數(shù)6-2 1.載重型船載重型船載重量與排水量的比值載重量與排水量的比值(DW)較大、較穩(wěn)定的船舶。較大、較穩(wěn)定的船舶。（油船、散貨船及雜貨船）（油船、散貨船及雜貨船） 設(shè)計主要矛盾是設(shè)計主要矛盾是DW 主尺度確定往往從主尺度確定往往從重力與浮力平衡重力與浮力平衡入手。入手。 2.布置地位型船布置地位型船為了布置各種用途的艙室需要較大艙容或甲板面積的船為了布置各種用途的艙室需要較大艙容或甲板面積的船（客船、科學(xué)考察船、車客渡船、集裝箱船和載駁船）（客船、科學(xué)考察船、車客渡船、集裝箱船和載駁

7、船） 主要矛盾是容量，主要矛盾是容量， 主尺度確定通常從主尺度確定通常從總布置總布置入手。入手。6-3 (一一)載重量系數(shù)法載重量系數(shù)法nDW設(shè)計船的載重量；設(shè)計船的載重量；ndw載重量系數(shù)；載重量系數(shù)；ndw=DW0/0，可取自母型船或統(tǒng)計資料?？扇∽阅感痛蚪y(tǒng)計資料。 (二二)諾曼系數(shù)法諾曼系數(shù)法dw=DW/6-3 一、排水量估算一、排水量估算三三.主尺度初選主尺度初選(一一)母型船改造法母型船改造法(二二)經(jīng)驗公式法經(jīng)驗公式法1L的選取的選取, 巴斯裘林公式巴斯裘林公式L=K*(Vk/(Vk+2)2 1/3（在商船中計算（在商船中計算經(jīng)濟船長）經(jīng)濟船長）2. Cb的選取的選取, Cb=1

8、.08-1.68Fn 經(jīng)濟方形系數(shù)經(jīng)濟方形系數(shù)3. B T的選取的選取, BT=/kaLCb.1）T=T限限，2）?。┤/T=C6-3 (三三)系列尺度法系列尺度法n1）L，B，Cb， n2）L/B、B/T、Cbn3）L，B/T、Cb6-3 四四.性能校核與主尺度調(diào)整性能校核與主尺度調(diào)整(一一)重量校核重量校核(二二)艙容及最小干舷校核艙容及最小干舷校核1）全船容量方程式）全船容量方程式2）貨艙容量方程式）貨艙容量方程式(三三)穩(wěn)性和橫搖周期校核穩(wěn)性和橫搖周期校核 GM=ZB+r-ZG （設(shè)計狀態(tài)，滿載出港）（設(shè)計狀態(tài)，滿載出港）GM=a1T+a2B2/T-D（取母型船）（取母型船）GMZB

9、TG22458. 06-3 (四四)航速校核航速校核1初估：海軍系數(shù)法初估：海軍系數(shù)法2。較精確估算。較精確估算 由由 PE-Vs Pt-Vs 得得Vsn流程圖流程圖6-3 布置地位型船的主尺度主要取決于所需的布置地位型船的主尺度主要取決于所需的船主體容積及上層建筑甲板面積。因此，船主體容積及上層建筑甲板面積。因此，設(shè)計客船、集裝箱船、推拖船等布置地位設(shè)計客船、集裝箱船、推拖船等布置地位型船舶時，一般都需從布置上所需的地位型船舶時，一般都需從布置上所需的地位入手，計算所需伊入手，計算所需伊L、B、D值，然后再根值，然后再根據(jù)重力與浮力平衡、快速性、穩(wěn)性、耐波據(jù)重力與浮力平衡、快速性、穩(wěn)性、耐波

10、性、抗沉性等條件，綜合確定合理的主尺性、抗沉性等條件，綜合確定合理的主尺度。現(xiàn)以集裝箱船為例加以說明。度?，F(xiàn)以集裝箱船為例加以說明。6-4 一一.按布置要求初選主尺度按布置要求初選主尺度(1)確定新船裝箱的行、列、層數(shù)確定新船裝箱的行、列、層數(shù)(2)選船寬選船寬B(3)初選船長初選船長L(4)選型深選型深D6-4 二二.排水量排水量估算估算(1)估算空船重量估算空船重量W ， LW=Wh+Wf+Wm如采用固定壓載也應(yīng)計入如采用固定壓載也應(yīng)計入LW中，同時，一般還中，同時，一般還應(yīng)計入應(yīng)計入儲備。儲備。 (2) 估算估算DW 載貨量按總裝箱數(shù)乘平均箱重計算載貨量按總裝箱數(shù)乘平均箱重計算平均箱重可

11、為表平均箱重可為表63中最大重量的中最大重量的6070；其他項目的重量見第二章。其他項目的重量見第二章。(3)估算新船排水量估算新船排水量 新船新船LW+DW。6-4 三三.方形系數(shù)方形系數(shù)CB的確定的確定n方形系數(shù)方形系數(shù)CB按重力與浮力平衡要求按重力與浮力平衡要求n由浮性方程式由浮性方程式, T CB /kLB，根據(jù)，根據(jù)Fr與與CB 、T與螺旋槳推進性能的配合合理性與螺旋槳推進性能的配合合理性協(xié)調(diào)確定協(xié)調(diào)確定CB值。（高速船見表）值。（高速船見表）四四.性能校核性能校核校核校核GM，Vs6-4 一.概念1船舶主尺度的約束條件。設(shè)計船的主尺度不船舶主尺度的約束條件。設(shè)計船的主尺度不僅要滿足

12、任務(wù)書的要求，而且要受到各種因素僅要滿足任務(wù)書的要求，而且要受到各種因素(其中包括各種規(guī)范的要求其中包括各種規(guī)范的要求)的制約。的制約。 2可行方案。每一組主尺度的組合都可構(gòu)成一可行方案。每一組主尺度的組合都可構(gòu)成一個船型方案，但并非每一個船型方案都能滿足約個船型方案，但并非每一個船型方案都能滿足約束條件，滿足約束條件的方案為可行方案。束條件，滿足約束條件的方案為可行方案。3最優(yōu)方案。在可行域內(nèi)眾多的方案中，選取最優(yōu)方案。在可行域內(nèi)眾多的方案中，選取一個技術(shù)、經(jīng)濟綜合性能最佳的主尺度組合。一個技術(shù)、經(jīng)濟綜合性能最佳的主尺度組合。6-5 二二.選優(yōu)衡準選優(yōu)衡準 衡準設(shè)計方案優(yōu)劣的標準有兩類：衡準

13、設(shè)計方案優(yōu)劣的標準有兩類：（一）能夠用數(shù)字表達的技術(shù)與經(jīng)濟指標。（一）能夠用數(shù)字表達的技術(shù)與經(jīng)濟指標。n海軍系數(shù)、航速、初穩(wěn)性高度、橫搖周期、載重量等海軍系數(shù)、航速、初穩(wěn)性高度、橫搖周期、載重量等技術(shù)指標；技術(shù)指標；n年運輸能力、年總成本、必要運費率及凈現(xiàn)值等經(jīng)濟年運輸能力、年總成本、必要運費率及凈現(xiàn)值等經(jīng)濟指標。指標。（二）另一類是不能用數(shù)字表達的指標（二）另一類是不能用數(shù)字表達的指標n有關(guān)法規(guī)、乘員的工作生活條件、防止環(huán)境污染等。有關(guān)法規(guī)、乘員的工作生活條件、防止環(huán)境污染等。6-5 6-5 主尺度選優(yōu)主尺度選優(yōu)三三.選優(yōu)原理選優(yōu)原理實際設(shè)計中，可根據(jù)新船的特性，采用不實際設(shè)計中，可根據(jù)新船

14、的特性，采用不同的具體步驟獲得最佳的主尺度組合。同的具體步驟獲得最佳的主尺度組合。但從基本原理上講，尋找最佳方案的途徑但從基本原理上講，尋找最佳方案的途徑可大致分為兩類：從個別作擴展尋優(yōu)和從可大致分為兩類：從個別作擴展尋優(yōu)和從一般作收縮尋優(yōu)。一般作收縮尋優(yōu)。6-5 主尺度選優(yōu)主尺度選優(yōu)四四.優(yōu)化方法優(yōu)化方法(一一)變值法變值法(亦稱網(wǎng)格法或參數(shù)分析法亦稱網(wǎng)格法或參數(shù)分析法)一般較常用的方法是變值法，即系統(tǒng)地改變一般較常用的方法是變值法，即系統(tǒng)地改變對設(shè)計船的主要性能有顯著影響的船舶要素，組對設(shè)計船的主要性能有顯著影響的船舶要素，組合成苦干組尺度方案，對每組方案都進行各項性合成苦干組尺度方案，對每組方案都進行各項性能計算，然后在各級方案中比較選優(yōu)。能計算，然后在各級方案中比較選優(yōu)。(二二)最優(yōu)化方法最優(yōu)化方法最優(yōu)化方法是利用近代數(shù)學(xué)力求有約束多元最優(yōu)化方法是利用近代數(shù)學(xué)力求有約束多元函數(shù)極值來求解最優(yōu)方案的一種方法。函數(shù)極值來求解最優(yōu)方案的一種方法。(三三)正交設(shè)計法正交設(shè)計法正交設(shè)計法是一種科學(xué)地安排多因素試驗的正交設(shè)計法是一種科學(xué)地安排多因素試驗的方法又稱正交試