船舶設(shè)計(jì)原理7-3實(shí)船分析(35-36)

17500噸多用途貨船設(shè)計(jì)

一、設(shè)計(jì)技術(shù)任務(wù)書（1）航區(qū)、航線無(wú)限航區(qū)，不定線航行（2）用途集裝箱、包裝雜貨、散裝谷物、工業(yè)成品、原材料、成形木材等

DW≮17500t（3）貨艙容積包裝容積不低于25000m3（4）船級(jí)中國(guó)船級(jí)社國(guó)際公約及規(guī)范（5）主機(jī)B＆W6L67GF1×7497kw×115r/min（6）航速15.9Kn（7）續(xù)航力12000nmile（8）起貨設(shè)備采用25t電動(dòng)液壓起重機(jī)（9）船員人數(shù)39人

二、對(duì)本船的簡(jiǎn)要分析性質(zhì)：多用途貨船1、特點(diǎn)：尾機(jī)型或中尾機(jī)型中間甲板（雜貨）貨艙開口大船寬較大，L/B<6.5

設(shè)置較多壓載水艙2、設(shè)計(jì)解決問(wèn)題：B、D及艙口尺寸應(yīng)考慮集裝箱的位置變吃水設(shè)置二層甲板設(shè)置長(zhǎng)、短貨艙提高裝卸效率考慮穩(wěn)性要求3、船型構(gòu)思如圖9-1

三、初始排水量及主尺度確定（一）排水量根據(jù)表9-1，取母型船ηDW=0.73第一近似排水量（二）吃水根據(jù)世界主要港口的情況，Tmax≯10m取圣勞倫斯水道可航型，T=9.20m（三）船寬6列集裝箱8ft×8ft×20ft（1ft=0.3048m）船寬應(yīng)大于22m；DW=13000~25000t時(shí)其船寬都取75ft=22.86m即圣勞倫斯水道的限制船寬本船取限制船寬B=22.86m

（四）船長(zhǎng)及方形系數(shù)由于任務(wù)書對(duì)航速的要求，選用L為145、150、155、160、165m，相應(yīng)求得5個(gè)Cb根據(jù)書中149頁(yè)的表9-2（船舶原理部分）得出L=154mCb=0.719（五）型深母型船L=145mCb=0.71D=13.2m包裝容積=22770m3設(shè)計(jì)船（由于船長(zhǎng)增加）

22770+9×22.86×（13.2-1.5）=25177m3

以1CC型標(biāo)準(zhǔn)箱為對(duì)象，單個(gè)箱高2.591m，則5層箱高為12.955m雙層底高1.50m圍板高1.50m間隙0.15mD=（1.5+12.955+1.15-1.5）m=13.105m

綜合以上的分析得出初步的主尺度：四、重量校核選用國(guó)產(chǎn)“大艙口”型貨船為母型船，計(jì)算空船重量

1、船體鋼料重量利用立方模數(shù)法計(jì)算Wh=4428t利用平方模數(shù)法計(jì)算Wf=1584t取Wm=1058tLW=Wh+Wf+Wm=(4428+1584+1058)=7070tDW1=Δ1-LW=24000-7070=16930t

DW1=Δ1-LW=24000-7070=16930t比任務(wù)書要求的DW減少了570t,要修正應(yīng)用諾曼系數(shù)求修正后的排水量應(yīng)用書中84頁(yè)的計(jì)算N=1.294δΔ=N?δ

DW=1.294X570=737.58由于B及T已限定，而船長(zhǎng)與同噸位型船舶相比已偏大，故保持L、B、T不變，只增加Cb

由于增加Cb時(shí)，WhWf的增量微小，故取δΔ=600tΔ=Δ1+δΔ=24000+600=24600tCb=(24600/24000)x0.719=0.737重新估算完航速后，再校核其他性能

實(shí)例二、確定載重量65000t油船主要要素一、設(shè)計(jì)要求及選優(yōu)衡準(zhǔn)：1、設(shè)計(jì)要求載重量DW=65000t續(xù)航力R=10000nmile試航速度v≮14.8Kn主機(jī)最大持續(xù)功率PB=15600HP轉(zhuǎn)速RPM=116船寬B≯36.6m吃水T≯12.3m耗油量0.143Kg/HP·h船員46人單程航距1491nmile

2、選優(yōu)衡準(zhǔn)分別以總造價(jià)最低；年利潤(rùn)最高；噸成本最低；航速最高；投資回報(bào)年限最短；凈現(xiàn)值最高；必要運(yùn)費(fèi)率最低等7個(gè)指標(biāo)為追求的目標(biāo)，進(jìn)行主要要素選優(yōu)。

二、主要數(shù)學(xué)模型1、空船重量估算模型①船體鋼料重量統(tǒng)計(jì)式

②木作舾裝重量統(tǒng)計(jì)式③機(jī)電設(shè)備重量統(tǒng)計(jì)式

2、容量計(jì)算數(shù)學(xué)模型機(jī)艙、貨油泵艙、首尾尖艙的容量可通過(guò)合理確定各自艙長(zhǎng)予以保證，燃料與淡水等一般都布置在機(jī)泵艙區(qū)與首尾尖艙內(nèi)的相應(yīng)艙柜里面，對(duì)油船主尺度有影響的是貨油區(qū)容量。K1長(zhǎng)度利用系數(shù)，即貨油區(qū)域長(zhǎng)度占垂線間長(zhǎng)的百分?jǐn)?shù)K2與方形系數(shù)有關(guān)的計(jì)算系數(shù)K3計(jì)入舷弧、梁拱、油區(qū)船型前后收縮對(duì)容積的影響。

4、船型系數(shù)油船中剖面系數(shù)較大，當(dāng)CB≥0.8時(shí)，

Cm=0.995CB＜0.8時(shí)，

Cm與Cm成線性關(guān)系

5、航速估算的數(shù)學(xué)模型①總阻力采用60系列阻力回歸公式

6、穩(wěn)性與橫搖周期7、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)三、確定主要要素的方法與步驟1、設(shè)計(jì)變量的選定在確定本船的主要要素時(shí)，取船長(zhǎng)L、船寬B作為設(shè)計(jì)變量，吃水取常值（取最大的限制值），方形系數(shù)為因變量，型深D由艙容和干舷控制。給出船長(zhǎng)、船寬的絕對(duì)長(zhǎng)度上下限范圍之后，就形成了變量的可行范圍。

2、約束條件給出L、B及Cb的上下限作為絕對(duì)尺度的約束；給定L/B、B/T、L/D、D/T的上下限作為相對(duì)尺度的約束；規(guī)定技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能的限值要求（如對(duì)航速的限制、橫搖周期的限制等）作為性能方面的約束。

3、確定主要要素的步驟（1）主尺度與船型系數(shù)計(jì)算①確定排水量的初始值②計(jì)算方形系數(shù)的初始值K為附體體積系數(shù)K=1.004（大船）K=1.01（小船）W為水的重量密度

③確定型深初始值D0D0=T+F(最小干舷）④計(jì)算空船重量LWLW=Wh+Wf+Wm⑤重新計(jì)算排水量空船重量LW計(jì)算出后，從重量角度可得到新的排水量Δ=DW+LW

⑥計(jì)算新的方形系數(shù)檢驗(yàn)新的Cb與Cbo的誤差是否超過(guò)0.0001。如果超過(guò)這個(gè)誤差，則認(rèn)為重力與浮力不相平衡，則返回到④，按新的方形系數(shù)重新計(jì)算空船重量，直到滿足要求為止。

⑦艙容檢驗(yàn)艙容檢驗(yàn)的目的是檢查初始型深能否滿足艙容要求。若不滿足，需調(diào)整型深，然后回到④重新計(jì)算，直到滿足精度要求。⑧船型系數(shù)計(jì)算（2）性能校核（3）經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算（4）最優(yōu)方案選擇實(shí)例三、確定2640HP港作拖船的主要要素一、本船的主要任務(wù)及要求1）主要任務(wù)是在港區(qū)協(xié)助5~10萬(wàn)噸海船靠離碼頭2）主機(jī)采用8NVD48-2U柴油機(jī)2臺(tái)，在額定轉(zhuǎn)速428r/min下，每臺(tái)主機(jī)額定功率為1320HP3）續(xù)航120h4)船員21人5）采用雙機(jī)、雙槳、雙轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)流管舵，以獲得最大的拖力。二、對(duì)本船的簡(jiǎn)要分析按設(shè)計(jì)要求，本船為港作拖船，主要任務(wù)是協(xié)助大型船舶在港區(qū)內(nèi)靠離碼頭，因此本船應(yīng)具備以下特點(diǎn)：1）操縱靈活，回轉(zhuǎn)半徑小2）穩(wěn)性好，特別應(yīng)滿足拖索急牽時(shí)的穩(wěn)性要求，因此應(yīng)有足夠的初穩(wěn)性高度。3）應(yīng)有較高的推進(jìn)效率，在拖曳時(shí)能產(chǎn)生較大的推力。

4）在保證穩(wěn)性的情況下，力求橫搖緩和，以利作業(yè)。因此，本船船長(zhǎng)應(yīng)力求減小以改善操縱性。在保證穩(wěn)性的情況下，應(yīng)盡量減小船寬，以使橫搖盡量緩和。在滿足布置要求及螺旋槳供水的情況下，型深也不應(yīng)過(guò)大，以免引起重心過(guò)高、拖鉤位置升高及受風(fēng)面積加大而降低穩(wěn)性。本船應(yīng)設(shè)計(jì)為尾縱傾式，以加大尾吃水增加螺旋槳直徑，從而提高推進(jìn)效率，增加推力。三、主要尺度及排水量估算1、主尺度估算（1）船長(zhǎng)港作拖船主要從操縱性及布置要求選取船長(zhǎng)。從總布置出發(fā)，當(dāng)肋骨間距取550mm時(shí)，從尾向首各艙所需的長(zhǎng)度：舵機(jī)艙3.3m，油艙及儲(chǔ)物艙7.15m，機(jī)艙13.75m，船員艙6.05m，首尖艙3.85m，總計(jì)約為34.10m

按照呂松齡估算港作拖船公式：實(shí)取垂線間長(zhǎng)為L(zhǎng)pp=34.0m(2)型寬還是呂松齡估算港作拖船公式：從機(jī)艙布置考慮，船寬不宜小于9.0m,實(shí)取B=9.0m

(3)吃水拖船吃水一般由螺旋槳所需的淹沒深度、港口航道條件及對(duì)穩(wěn)性影響的B/T值來(lái)選定。本船一般在深水港區(qū)作業(yè)，因此其吃水不受限制。吃水的選擇主要應(yīng)從提高推進(jìn)效率及要求一定的尾吃水和穩(wěn)性角度來(lái)考慮。

若取中部吃水T=3.3m，則B/T=2.73,符合我國(guó)港作拖船的B/T為2.6~3.0的正常范圍。若取尾吃水Ta=3.7m,首吃水近似為Tf=T-(Ta-T)=3.3-(3.7-3.3)=2.9m則縱傾值為0.8m或2.35%Lpp，我國(guó)港作拖船尾縱傾值為2.0~4.5%Lpp，所以本船取2.35%Lpp，是合適的。綜合以上分析實(shí)取本船吃水T=3.3m

(4)型深在一定吃水條件下，型深的大小對(duì)拖船穩(wěn)性、淹沒深度、儲(chǔ)備浮力均有影響。高的干舷淹沒深度、儲(chǔ)備浮力有利，但使重心、風(fēng)壓中心和急牽力中心提高，對(duì)穩(wěn)性和船員操作不利，故型深不宜取得過(guò)大。根據(jù)我國(guó)港作拖船D/T為1.3~1.4,按此比值核算，本船型深為4.29~4.62m,實(shí)取4.55m2、排水量的確定（1）空船重量參照母型船系列資料船體鋼料重量Wh=ChLppBD=0.12×34×9×4.55=167(t)木作舾裝重量Wf=Cf(LppBD)2/3=0.6(34×9×4.55)2/3=74.4(t)機(jī)電設(shè)備重量Wm=CmPB=0.05×2640=132(t)因此空船重量為

LW=Wh+Wf+Wm=167+74.4+132=373.4(t)

（2）載重量①燃油W0=0.001×1.2×0.17(2640+360)×120=73.5(t)其中單位耗油量為170g/HP.h,取儲(chǔ)備系數(shù)為1.2②滑油取燃油重量的5%，則Wt=5%W0=3.7(t)③淡水。1.2×10×70×21×0.001=17.65(t)按10晝夜，每人每天消耗70Kg算，取儲(chǔ)備系數(shù)為1.2

④糧食及蔬菜取淡水的10%為1.8（t）⑤船員及行李120×21×0.001=2.52（t）⑥備品及供應(yīng)品取2.35（t）則載重量合計(jì)為DW=73.5+3.7+17.63+1.8+2.52+2.35=101.5（t）

(3)排水量?jī)?chǔ)備及固定壓載按空船重量的5%，則為0.05×373.4=18.65（t），本船實(shí)取18.6t固定壓載約為排水量的3~5%，本船取20t排水量Δ=373.4+101.5+18.6+20=513.5（t）

3、初始航速利用海軍系數(shù)公式，參考母型船資料，取C=74，則初估航速為