12000DWT散貨船總體設(shè)計(jì)

II12000DWT散貨船總體設(shè)計(jì)摘要：船船舶設(shè)計(jì)是船舶與海洋工程領(lǐng)域中最重要的研究方向之一，而散貨船舶的總體設(shè)計(jì)則是船舶設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵方面。本文旨在研究12000DWT散貨船舶的總體設(shè)計(jì)，深入探討了散貨船設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題。本文研究了12000DWT散貨船舶的總體設(shè)計(jì)，通過對(duì)母型船的改造，同時(shí)考慮相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的要求，實(shí)現(xiàn)了船舶在靜穩(wěn)性和動(dòng)力學(xué)特性方面的優(yōu)化。在總體設(shè)計(jì)過程中，采用了優(yōu)化設(shè)計(jì)原則，達(dá)到船型良好、速度性能和運(yùn)載能力的平衡。本文的研究成果為散貨船的設(shè)計(jì)提供了實(shí)用的解決方案，并對(duì)船舶設(shè)計(jì)和建造領(lǐng)域的發(fā)展具有一定的貢獻(xiàn)。本文的研究為散貨船的總體設(shè)計(jì)提供了一種有效的解決方案，具有一定的實(shí)用價(jià)值。通過本文的研究成果，我們可以更好的理解散貨船的設(shè)計(jì)要求和技術(shù)方法，從而為船舶設(shè)計(jì)和船舶建造領(lǐng)域的發(fā)展做出一定的貢獻(xiàn).關(guān)鍵詞：散貨船；主要要素；型線設(shè)計(jì)；總布置圖

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文摘要OverallDesignof12000DWTBulkCarrierAbstract：Shipdesignisoneofthemostimportantresearchdirectionsinthefieldofshipandoceanengineering,andtheoveralldesignofbulkcarrierisakeyaspectinshipdesign.Thepurposeofthispaperistostudytheoveralldesignof12000DWTbulkcarrier,anddeeplydiscussthekeyproblemsinthedesignofbulkcarrier.Inthispaper,theoveralldesignofa10000DWTbulkcarrierisstudied.Byreformingthemothershipandconsideringtherequirementsofrelevantlawsandstandards,thestaticstabilityanddynamiccharacteristicsoftheshipareoptimized.Intheoveralldesignprocess,theprincipleofoptimaldesignisadoptedtoachieveagoodshipform,abalancebetweenspeedperformanceandcarryingcapacity.Theresearchresultsofthispaperprovideapracticalsolutionforthedesignofbulkcarriersandcontributetothedevelopmentofshipdesignandconstruction.Theresearchinthispaperprovidesaneffectivesolutionfortheoveralldesignofbulkcarriers,whichhascertainpracticalvalue.Throughtheresearchresultsofthispaper,wecanbetterunderstandthedesignrequirementsandtechnicalmethodsofbulkcarriers,thusmakingsomecontributionstothedevelopmentofshipdesignandshipconstruction.Keywords:Offshorebulkcarrier,Mainelements,Linedesign,Generallayout1緒論本次畢業(yè)設(shè)計(jì)為12000DWT散貨船總體設(shè)計(jì)，該船舶于近海航區(qū)，以運(yùn)輸谷物為主。此次設(shè)計(jì)在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，充分運(yùn)用自己大學(xué)所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，對(duì)船的主尺度、性能等方面進(jìn)行總體設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)。1.1研究的目的及意義最近幾年，由于全球能源轉(zhuǎn)型的影響，一些傳統(tǒng)的散貨船開始逐漸轉(zhuǎn)型為液化氣船或液化天然氣船。這種船舶以液態(tài)天然氣作為燃料，相比傳統(tǒng)散貨船，其在減排和能耗上具有較大優(yōu)勢(shì)。因此，未來散貨船的發(fā)展趨勢(shì)將會(huì)更加多樣化和環(huán)?；?.2國(guó)外散貨船發(fā)展歷史及現(xiàn)狀近年來，隨著人們綠色環(huán)保理念的不斷加強(qiáng)，世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)聯(lián)系不斷密切，全球航運(yùn)業(yè)不斷快速發(fā)展，以前的小型和高污染船型已無法滿足現(xiàn)代航運(yùn)要求，散貨船開始朝著綠色環(huán)保和大型化的方向發(fā)展。[1]1.3國(guó)內(nèi)散貨船發(fā)展現(xiàn)狀近年來，隨著各項(xiàng)政策的不斷落實(shí)，沿海城市經(jīng)濟(jì)聯(lián)系更加密切以及航道條件的不斷改善，散貨船也將會(huì)沿著綠色環(huán)保、節(jié)能實(shí)用以及標(biāo)準(zhǔn)化大型化的方向發(fā)展[2]。1.3本章小節(jié)本章主要對(duì)散貨船的概況和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了描述，對(duì)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀做出了分析，闡述了總體設(shè)計(jì)的目的和意義。2船舶主要要素分析與確定船舶主尺度是船舶設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)之一，其意義在于可以反映出船舶的體積、載重水平等基本特征，對(duì)于船舶性能的評(píng)估和船舶的運(yùn)行管理具有重要意義。船舶主尺度在船舶設(shè)計(jì)和船舶運(yùn)營(yíng)管理中具有重要意義。首先，船舶設(shè)計(jì)階段需要根據(jù)目標(biāo)運(yùn)輸任務(wù)和使用環(huán)境，合理確定船舶主尺度，以確保船舶具備合適的載重水平和外形尺寸。其次，在船舶運(yùn)營(yíng)管理中，船舶主尺度也會(huì)被用于計(jì)算船舶的通行能力、安全載重和安全出港等指標(biāo)，以保障船舶安全運(yùn)行和船員生命安全。船舶的主要要素通常是指船舶的排水量△、船舶主尺度和船舶船型參數(shù)。船舶主要要素的確定過程需要不斷地校核與分析，直到滿足航道、性能以及船東的要求。因此，在設(shè)計(jì)過程中，必須要對(duì)主要要素有影響的各個(gè)因素進(jìn)行研究并進(jìn)行綜合分析，恰當(dāng)?shù)卮_定設(shè)計(jì)船舶的主要要素。2.1母型船資料本次設(shè)計(jì)選取某20700噸散貨船母型船進(jìn)行設(shè)計(jì)船的主要要素設(shè)計(jì)，母型船主要要素，如表2.12.2主尺度的分析與確定2.2.1估算排水量△載重量系數(shù)為ηDW=0.7539，可根據(jù)下列載重量估算公式初步算出設(shè)計(jì)船排水量△1：ηDW=DW/△（2.1）其中，DW=12000t；ηDW=0.7539，則有：=DW1/ηDW=12000/0.7539=15917.23t2.2.2估算垂線間長(zhǎng)LPP運(yùn)用巴土裘寧公式計(jì)算垂線間長(zhǎng)：LPP=C（）2▽1/3（2.2）式中：V——設(shè)計(jì)船的設(shè)計(jì)航速，在本設(shè)計(jì)中取V=12kn；▽——設(shè)計(jì)船排水體積▽=15529m3；C——取C=7.09。則可算得垂線間長(zhǎng)LPP=129.95m。本船設(shè)計(jì)航速為12kn,估算其傅汝德數(shù)約為0.17屬于低速船型。從快速性方面看,在排水量和航速一定的情況下,總阻力會(huì)隨著船長(zhǎng)的增加而減小。但從經(jīng)濟(jì)方面來考慮,船長(zhǎng)的增加對(duì)鋼料重量有著很大的影響,進(jìn)而造成船的造價(jià)增加。從綜合因素考慮，本船設(shè)計(jì)中LPP暫取為130m。2.2.3估算型寬B對(duì)于載重型船舶，設(shè)計(jì)船的型寬B可用下列母型船公式來?yè)Q算：B=B0（△1/△0）1/3（2.3）式中：母型船型寬；設(shè)計(jì)船排水量；母型船排水量。則可算得設(shè)計(jì)船型寬B=20.85m。本設(shè)計(jì)船屬于低速散貨船，在滿足外界因素限制型寬尺度的情況下，在選擇型寬時(shí)應(yīng)從考慮船舶浮力、總布置及初穩(wěn)性高的各項(xiàng)要求。如果型寬選擇過大則會(huì)影響到船舶的快速性能。在滿足穩(wěn)性的前提下盡可能減小型寬，可以增大橫搖周期,使橫搖盡可能和緩。因此,本設(shè)計(jì)船型寬B暫取為20m。2.2.4估算吃水d對(duì)于載重型船舶，吃水可用母型船排水量或載重量來?yè)Q算：d=d0（△1/△0）1/3（2.4）式中：dO=9.62m；△1=15917.23t；△0=27456t。則可算得設(shè)計(jì)船的吃水d=8.021m。對(duì)于載重型船舶來講，選擇適當(dāng)大的設(shè)計(jì)吃水將會(huì)增加螺旋槳在水下的深度，較小螺旋槳因縱搖而出水的可能性，這也能增加船舶一定的耐波性?，F(xiàn)代散貨船的B/d的值大約在2.0—2.6之間，通過對(duì)設(shè)計(jì)船的其他因素整體考慮，此設(shè)計(jì)船吃水暫取d=8.5m。2.2.5估算型深D載重型船舶在貨艙容積方面考慮，當(dāng)設(shè)計(jì)船貨艙長(zhǎng)度占船長(zhǎng)的比例和貨艙部位及結(jié)構(gòu)形式與母型船差別不大時(shí)，可用下列公式換算：（2.5）式中：D0=13.3m；d=8.021d0=9.62則可估算得型深D=11.09m。從保證船體的強(qiáng)度出發(fā),CCS規(guī)范對(duì)現(xiàn)代散貨船的長(zhǎng)度型深比L/D大約在8—17之間,在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)保證長(zhǎng)度型寬比L/D在此范圍之中。在本次設(shè)計(jì)中型深D暫取為11m。2.2.6估算方形系數(shù)CB由經(jīng)驗(yàn)公式估算方形系數(shù)CB：（2.6）式中：△1=15917.23t；k=1.005；γ=1.025t/m3；L=130m；B=20m；d=8.5m。則可算得設(shè)計(jì)船的方形系數(shù)CB=0.699。方形系數(shù)CB調(diào)節(jié)重力與浮力平衡時(shí)有著很大的作用。利用亞歷山公式估算設(shè)計(jì)船方形系數(shù)得0.699。對(duì)于本設(shè)計(jì)船來說，方形系數(shù)對(duì)阻力的影響要比總布置大以及在母型船為參考的基礎(chǔ)上。本設(shè)計(jì)船方形系數(shù)CB暫取為0.699。由上述的計(jì)算可知，設(shè)計(jì)船的主尺度初步確定如表2.2所示。2.2.7估算主機(jī)功率首先計(jì)算母型船海軍系數(shù)C：C=（△02/3V03）/P0（2.7）式中：△0=27456t；VO=12.97kn；PO=4500kw。則可算得海軍系數(shù)C=441。由母型船海軍系數(shù)，計(jì)算設(shè)計(jì)船所需要的主機(jī)功率：P=（△12/3V3）/C（2.8）式中：△1=15917.23t；V=12kn；C=441。則可估算得主機(jī)功率P=2479kW?？紤]5%功率儲(chǔ)備：P1=P（1+5%）=2603kW因此選擇濰柴MAN8L27/38(HFO/MDO)做為船舶主機(jī)，其主要參數(shù)如表2.3所示。2.3本章小節(jié)本章主要對(duì)船舶排水量及主尺度進(jìn)行確定，并初步確定主機(jī)功率，需要運(yùn)用載重量系數(shù)法進(jìn)行主尺度估算，然后進(jìn)行航速計(jì)算和功率計(jì)算最終確定合適的主機(jī)型號(hào)。3重量重心估算3.1空船重量估算3.1.1估算鋼料重量WH運(yùn)用立方模數(shù)法，根據(jù)母型船資料粗略估算船體鋼料重量WH：WH=CHL0B0D0（3.1）式中：CH=0.115；L0=130m；B0=20m；D0=11m。則可估算得WH=3289t。3.1.2估算舾裝重量WO運(yùn)用立方模數(shù)法，根據(jù)母型船資料粗略估算船體舾裝重量WO：W0=C0L0B0D0（3.2）式中：CO=0.0105；L0=130m；B0=20m；D0=11m。則可估算得W0=286.65t。3.1.3估算機(jī)電設(shè)備重量WM濰柴MAN8L27/38(HFO/MDO)做為船舶主機(jī)，其主要參數(shù)如表3.1所示。運(yùn)用立方模數(shù)法，根據(jù)母型船資料粗略估算船體機(jī)電設(shè)備重量Wm：（3.3）式中：Cm=0.11；P=2720kw。則可估算得設(shè)計(jì)船體機(jī)電重量Wm=299.2t。3.2浮力校核3.2.1第一次浮力校核由以上求出來的空船重量后：LW=（WH+WO+WM）×（1+0.04）=3874.36t其中，WH=3289t；WO=1531.4t；WM=474.5t。則排水量為：△1=DW+LW=16044.04t其中，DW=12000t。排水量誤差為：（△1-△）/△1=0.79%其中，△=15917.23t。計(jì)算所得誤差不在允許范圍0.3%之內(nèi)，需要重新計(jì)算校核。3.2.2第二次浮力校核在重力與浮力的平衡過程中，本設(shè)計(jì)過程引用諾曼系數(shù)來進(jìn)行平衡校核。諾曼系數(shù)公式如下所示：觀察上式可知,諾曼系數(shù)N的數(shù)值隨船體鋼料重量WH、木作舾裝重量WO和機(jī)電設(shè)備重量WM與排水量△的關(guān)系而改變。其中包括了各項(xiàng)重量所占排水量的比例和排水量對(duì)各項(xiàng)重量的影響程度,即N隨α、β和γ的大小而改變。為調(diào)整排水量而修改不同的主尺度,N也會(huì)隨之發(fā)生變化[3]。前面分析船長(zhǎng)L、型寬B、吃水d和方形系數(shù)CB對(duì)空船重量LW的影響時(shí)已知不同主尺度對(duì)LW的影響程度會(huì)有所不同,其中船長(zhǎng)L的影響最大,型寬B次之,吃水d和方形系數(shù)CB的影響最小。所以本次的重力與浮力的平衡,首先從船長(zhǎng)方面考慮,這會(huì)減小船長(zhǎng)對(duì)經(jīng)濟(jì)性的影響[4]。在本次的平衡校核中，垂線間長(zhǎng)LPP1暫取為125m，型深D1暫取為10.5m，其他主尺度不改變，進(jìn)行二次計(jì)算和平衡校核。運(yùn)用諾曼系數(shù)法，利用excel表格進(jìn)行校核計(jì)算，最終得到設(shè)計(jì)船舶新的鋼料重量WH1=3009.56t；新的舾裝重量WO1=275.63t；新的排水量△2=15735.6t。在考慮4%的排水量裕度后：LW1=（WH1+WO1+WM）×（1+0.04）=3727.77t則排水量為：△3=DW+LW1=15727.77t排水量誤差為：（△3-△2）/△2=0.005%誤差在允許范圍內(nèi)。3.3性能校核3.3.1快速性校核本設(shè)計(jì)船為中小型船舶，可使用統(tǒng)計(jì)回歸公式校核：V=2.42LPP0.17273B-0.22589d-0.06644CB-0.41361（P/0.736）0.205N-0.01033（3.4）式中：LPP=125m；B=20m；d=8.5m；CB=0.7188；P=2720kw；N=134r/min?？晒浪愕肰=13.69kn，則有：V=13.69kn>12kn，航速滿足快速性要求。3.3.2初穩(wěn)性校核在計(jì)算完整穩(wěn)性的方法中，比較常用和簡(jiǎn)單的是初穩(wěn)性的估算方法[5]。根據(jù)船舶靜力學(xué)所學(xué)知識(shí)，初穩(wěn)性高可以用以下的公式進(jìn)行估算。（3.5）式中各參數(shù)與主尺度的關(guān)系為：浮心高度KB∝d，橫穩(wěn)心半徑BM∝B2/d，重心高度KG∝D。所以有：（3.6）上式中，系數(shù)a1，a2與船型系數(shù)CB,CW及型線有關(guān)，可按近似公式計(jì)算。a3根據(jù)母型船資料取值，空載時(shí)可取值為0.65，此時(shí)重心高度KG1=6.83m，滿載時(shí)可取值為0.63，此時(shí)重心高度KG2=6.62m。a1，a2按薛安國(guó)近似公式來估算。其中，水線面系數(shù)——；方形系數(shù)CB=0.71。由此可以估算出空載時(shí)的初穩(wěn)性高度GM1=1.08m；滿載時(shí)的初穩(wěn)性高度GM2=1.301m。根據(jù)《國(guó)內(nèi)航行船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則（2020）》第四篇7.2.2.2，得出初穩(wěn)性高應(yīng)不小于0.15m，則本船設(shè)計(jì)滿足初穩(wěn)性要求[6]。3.3.3橫搖周期校核根據(jù)《國(guó)內(nèi)航行船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則（2020）》第四篇7.2.1.8得到，橫搖自搖周期按下式估算：（3.7）式中：f——B/d<2.5時(shí)的修正系數(shù)，B=20m，d=8.5m，f取1。由上式可估算得，當(dāng)初穩(wěn)性高度GM1=1.08m時(shí)，可得到設(shè)計(jì)船空載橫搖自搖周期Tθ1=11.85s；當(dāng)初穩(wěn)性高度GM2=1.301m時(shí)，可得到設(shè)計(jì)船滿載橫搖自搖周期Tθ2=10.8s。根據(jù)橫搖自搖周期計(jì)算公式可看出，橫搖自搖周期Tθ隨初穩(wěn)性高GM的增大而減小。船舶在航行當(dāng)中的橫搖周期越短、搖幅越大，對(duì)安全航行和作業(yè)都會(huì)有影響，因此在設(shè)計(jì)過程中總是在保證初穩(wěn)性下限的條件下力求船舶的橫搖和緩。通常為了使Tθ不太低，搖幅不過大，希望不發(fā)生諧搖，即：Λ=Tθ/TW≧1.3其中，Λ——調(diào)諧因數(shù)；TW——航區(qū)常見的大波浪周期，TW≈0.8。本設(shè)計(jì)船通常在我國(guó)沿海波浪波長(zhǎng)60m—70m的航區(qū)航行工作。為避免諧搖，則這類航區(qū)航行船舶的Tθ應(yīng)大于8s—9s。本設(shè)計(jì)中選取波長(zhǎng)λ為65m。由此可估算得航區(qū)常見大波浪周期TW=6.45s。則可估算出船舶空載時(shí)調(diào)諧因數(shù)Λ1=1.837；滿載時(shí)的調(diào)諧因數(shù)Λ2=1.674。則本設(shè)計(jì)船舶穩(wěn)性滿足要求。3.4載重量估算載重量包括載貨量、人員及行李、淡水、食品、燃油、滑油及爐水、備品、供應(yīng)品等的重量。載貨量就等于載重量減去載貨量以外的重量，即：WC=DW-W1-W2-WF-WL-W3（3.8）3.4.1估算人員及行李的重量W1根據(jù)規(guī)范，本設(shè)計(jì)船按照21名船員配備，每人重65kg，行李重45kg，則人員及行李的重量為：W1=N×（體重+行李重）=2.31t其中，N=21；體重+行李重=110kg。3.4.2估算食品及淡水的重量W2總儲(chǔ)備量=自持力（d）×人員數(shù)×定量（kg/（d.人））（3.9）式中：自持力=R/（VS*24）（d）（3.10）式中：R——續(xù)航力（nmile），本設(shè)計(jì)船R=3500nmile；VS——服務(wù)航速（kn）VS=12kn。R=12.15。食品定量為每人每天3kg，淡水每人每天150kg。則食品及淡水重量為：W2=12.15×21×153=39t3.4.3估算燃油重量WF燃油儲(chǔ)備量可以根據(jù)主機(jī)功率、續(xù)航力、主機(jī)耗油率等按照下式進(jìn)行近似估算：WF=g0P1t*k*10-3（3.11）式中：g0——為主機(jī)耗油率的1.18倍；主機(jī)耗油率為181g/（kW·h），則g0取值為214g/（kW·h）；P1——主機(jī)常用額定功率（kW），P1=2720kW；t——航行時(shí)間（h），t=R/VS，本設(shè)計(jì)船中，R=3500nmile，VS=12kn，即有t=291.7h；k——考慮風(fēng)浪影響的系數(shù)，取為1.15。則可算得WF為195.26t。3.4.4估算潤(rùn)滑油的重量WL重量估算中潤(rùn)滑油的儲(chǔ)量WL可近似地取為燃油儲(chǔ)備的某一百分?jǐn)?shù)，即：WL=εWF（3.12）式中：ε取0.03。則估算得WL為5.86t。3.4.5估算備品、供應(yīng)品的重量W3備品是指船上備用的零部件、設(shè)備與裝置，包括錨、燈具、損管器材、油漆等。供應(yīng)品是指零星物品，如生活用品、炊具、辦公用品、醫(yī)療器材等，這類重量通常?。?.5%—1%）LW，本設(shè)計(jì)船取0.75%。即：W3=0.0075×LW=27.96t其中，空船重量LW=（WH1+WO1+WM）(1+0.04)=3727.77t。由以上計(jì)算，可算得載貨量WC為：WC=DW-W1-W2-WF-WL-W3=11729.61t3.5新船所需艙容估算由載貨量WC所需的貨艙容積VC貨艙所需的容積VC與要求的載貨量、貨物的種類和包裝方式以及裝載形式等有關(guān)，可按下面的公式計(jì)算：（3.13）式中：μC——貨物的積載因數(shù)，因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)船主要用于煤炭、糧食等散貨運(yùn)輸，積載因數(shù)在1.17—1.34之間，本次設(shè)計(jì)中取μC=1.3m3/t；kC——容積折扣系數(shù)，本次設(shè)計(jì)取kC=0.993。則算得VC=15355.98m3。3.6新船所能提供的艙容估算估算設(shè)計(jì)船能提供的貨艙容積VTC在船長(zhǎng)方向上由艏至艉依次為艏尖艙、貨艙、機(jī)艙和艉尖艙。在本次設(shè)計(jì)中，可以用下列公式估算貨艙容積VTC：VTC=LCACKC=(LPP-LA-LF-LM)ACKC（3.14）式中：LC——貨艙長(zhǎng)度；LM——機(jī)艙長(zhǎng)度，LM=lm+C，本設(shè)計(jì)船所采用主機(jī)長(zhǎng)度lm=5.96m，系數(shù)C取12m，即LM=17.96m；LF——艏尖艙長(zhǎng)度，LF=（0.05—0.08）LPP，本設(shè)計(jì)船LF=0.08LPP=0.08×125=10m；LA——艉尖艙長(zhǎng)度，LA=（0.04—0.05）LPP，本設(shè)計(jì)船LA=0.05LPP=0.05×125=6.25m；AC——船中處貨艙橫剖面積，貨艙區(qū)不設(shè)立邊艙，AC=B（D-hD），其中hD為雙層底高度，本設(shè)計(jì)中取1.2m，則可算得AC=20×（10.5-1.2）=186m2；KC——散貨船可用下式估算：，即本設(shè)計(jì)船KC=0.135+1.08×0.71=0.9113。結(jié)合上面計(jì)算所得數(shù)據(jù)，可估算得：VTC=（125-6.25-10-17.96）×186×0.9113=15389.07m3由上述計(jì)算結(jié)果可知，VTC略大于VC，因此設(shè)計(jì)船貨艙容積滿足要求。3.7主尺度確定經(jīng)過計(jì)算與校核，并調(diào)整后，得到最后確定的主尺度如表3.2所示。表3.2設(shè)計(jì)船主尺度垂線間長(zhǎng)LPP125m型寬B20m型深D10.5m吃水d8.5m方形系數(shù)CB0.71水線面系數(shù)CW0.8125排水量△15735.6t3.8本章小節(jié)確保船舶重心和重量分布的準(zhǔn)確計(jì)算是船舶總體設(shè)計(jì)過程中的關(guān)鍵步驟，這對(duì)于船舶的性能和安全都具有重要影響。為了獲得更精確的計(jì)算結(jié)果，在計(jì)算過程中需要盡可能考慮每個(gè)部分的重量，對(duì)于估算結(jié)果不確定的部分需要進(jìn)行后續(xù)校核和優(yōu)化。在進(jìn)行船舶性能校核時(shí)，可以結(jié)合計(jì)算結(jié)果和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行深入分析和改進(jìn)，以確保船舶的各項(xiàng)指標(biāo)符合要求。4型線設(shè)計(jì)4.1型線設(shè)計(jì)過程中需要把握的問題型線設(shè)計(jì)是船舶總體設(shè)計(jì)中重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，是關(guān)乎船體設(shè)計(jì)質(zhì)量好壞評(píng)定的一個(gè)重要指標(biāo)。型線設(shè)計(jì)過程要與總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)配合進(jìn)行，整體把握。型線是否合適，對(duì)船舶的航海性能、使用及建造等都有很大的影響。綜合起來，型線設(shè)計(jì)應(yīng)注意把握以下幾個(gè)問題：1.優(yōu)化水線及減阻設(shè)計(jì)：水線是船舶構(gòu)造的重要部分之一，其設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能減少阻力，同時(shí)達(dá)到穩(wěn)定的航行狀態(tài)。優(yōu)化的水線可以平衡船體在不同荷載和航速的時(shí)候的能量消耗和航行性能。2.保證船身穩(wěn)定性：實(shí)現(xiàn)船身在航行過程中的前后穩(wěn)定、縱向穩(wěn)定、側(cè)向穩(wěn)定和自航穩(wěn)定是較高航速、較大載貨量和安全性的保證。因此，在型線設(shè)計(jì)中，必須考慮船舶的重心、艏后俯仰、滾動(dòng)和搖擺等參數(shù)的控制。3.確定船型參數(shù)：在類型設(shè)計(jì)中確定的船型參數(shù)，包括長(zhǎng)度、寬度、吃水、排水量等，直接影響到船舶的航行能力和穩(wěn)定性，需要在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中得到合理的控制。4.定義船體的幾何形狀：在型線設(shè)計(jì)中，除了水線和船型參數(shù)的優(yōu)化，還需要設(shè)計(jì)船體各迎角部的幾何形狀，包括船頭、船尾及各船舶部位的剖面線等等。綜合來看，型線設(shè)計(jì)是船舶總體設(shè)計(jì)的重要部分，需要綜合考慮船舶的穩(wěn)定性、性能和經(jīng)濟(jì)性等方面的要求。優(yōu)化船體線型、確定合理的船型參數(shù)和良好的幾何形狀，可以顯著提升船舶的航海性能和經(jīng)濟(jì)效益。4.2母型船型線改造已知母型船型線圖讀出母型船的各站面積，如表4.1所示。將上表母型船的各站面積除以最大橫剖面面積，并將各站距船中的距離除以1/2水線間長(zhǎng)，得到母型船無因次化結(jié)果如表4.2所示。繪制母型船無因次化曲線圖，如圖4.1所示。圖4.1無因次化曲線圖4.3用“1-CP”法繪制設(shè)計(jì)船SAC（1）前體部分規(guī)定11-20站為前體，由母型船的橫剖面面積圖可計(jì)算得母型船前體棱形系數(shù)。設(shè)計(jì)船得前體棱形系數(shù)CPF可按下式估算：（4.1）式中：CP——??；xB——?。籐PP——取LPP=125m。則可算得CPF=0.83。設(shè)定無因次化后的各站距離船中為參數(shù)x，則有：x=（a-10）/10（4.2）式中：系數(shù)a為設(shè)計(jì)船的站號(hào)。根據(jù)母型船后體棱形系數(shù)CPF0及設(shè)計(jì)船后體棱形系數(shù)CPF計(jì)算出母型船各站橫剖面應(yīng)當(dāng)移動(dòng)的距離得dx為：dx=（4.3）式中：參數(shù)a無因次化后的各站距船中距離，將各站的參數(shù)代入上式，將得到dx。由于上式是把LPP/2當(dāng)成1，所以按該式所計(jì)算的dx實(shí)際移動(dòng)距離dx′應(yīng)當(dāng)是：dx′=10*（x+dx+1）（4.4）將各站的參數(shù)代入上式，將得到dx′，其數(shù)值如下表所示。（2）后體部分規(guī)定0-10站為后體，由母型船的橫剖面面積圖可計(jì)算得母型船后體棱形系數(shù)CPA0=0.792。設(shè)計(jì)船得前體棱形系數(shù)CPA可按下式估算：CPA=CP-2.25（4.5）式中：CP——??；xB——?。籐PP——取LPP=125m。則可算得CPA=0.799。設(shè)定無因次化后的各站距離船中為參數(shù)x，則有：x=（a-10）/10（4.6）式中：系數(shù)a為設(shè)計(jì)船的站號(hào)。根據(jù)母型船后體棱形系數(shù)CPA0及設(shè)計(jì)船后體棱形系數(shù)CPA計(jì)算出母型船各站橫剖面應(yīng)當(dāng)移動(dòng)的距離得dx為：dx=（4.7）式中：參數(shù)a無因次化后的各站距船中距離，將各站的參數(shù)代入上式，將得到dx。由于上式是把LPP/2當(dāng)成1，所以按該式所計(jì)算的dx實(shí)際移動(dòng)后的站號(hào)dx′應(yīng)當(dāng)是：dx′=10*（x+dx+1）（4，.8）將各站的參數(shù)代入上式，將得到dx′，其數(shù)值如表3.3所示。根據(jù)母型船資料和設(shè)計(jì)船的主尺度要素計(jì)算得到的主要參數(shù)如3.1所示。4.4繪制型線圖根據(jù)母型船型值表和總偏移量dxi，可以得到設(shè)計(jì)船的輔助站位置，然后進(jìn)行設(shè)計(jì)船輔助水線的繪制。在輔助半寬水線圖所得到的型值表，在型寬方向乘以B/B0的比例關(guān)系，在型深方向乘以T/T0的比例關(guān)系，根據(jù)所得的數(shù)據(jù)在CAD中進(jìn)行設(shè)計(jì)船的型線圖繪制，在繪制過程同時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)船三面投影的光順配合，最終繪制型線圖。詳見型線圖3.1，新船型值表如表3.5所示。圖4.2船體型線圖4.5本章小結(jié)型線設(shè)計(jì)是船舶設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，需要考慮多個(gè)方面的要求，包括工藝、結(jié)構(gòu)合理性、外觀造型等。在設(shè)計(jì)過程中，需要滿足型排水體積和浮心縱向位置等重要要求，以確保船舶的性能和穩(wěn)定性。因此，在設(shè)計(jì)中需要非常認(rèn)真細(xì)致，注重細(xì)節(jié)和精確性，避免出現(xiàn)重大錯(cuò)誤或瑕疵?？傊?，型線設(shè)計(jì)需要全方位考慮各項(xiàng)要求，以確保設(shè)計(jì)結(jié)果符合預(yù)期并滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。5靜水力計(jì)算5.1計(jì)算目的靜水力計(jì)算是依據(jù)船舶型線圖和型值表對(duì)船舶橫剖面和水線面的面積重心，靜矩，慣性矩等進(jìn)行計(jì)算來確定設(shè)計(jì)船的型線是否滿足要求。它是對(duì)船舶浮性、穩(wěn)性和強(qiáng)度計(jì)算的基礎(chǔ)。5.2靜水力要素計(jì)算最終計(jì)算所得靜水力計(jì)算結(jié)果如表所示。[7]5.3水線面面積Aw、浮心縱向坐標(biāo)xf、水線面系數(shù)Cw的計(jì)算5.4排水量、排水體積、TPC計(jì)算注：其中9號(hào)和10水線δd=0.5mδd/2=0.25，其它號(hào)水線δd=1mδd/2=0.5ω=1.025t/m35.5浮心縱向坐標(biāo)XB計(jì)算注：其中9號(hào)和10水線δd=0.5mδd/2=0.25，其它號(hào)水線δd=1mδd/2=0.5ω=1.025t/m3注：其中9號(hào)和10水線δd=0.5mδd/2=0.25，其它號(hào)水線δd=1mδd/2=0.5ω=1.025t/m35.7橫穩(wěn)心半徑及縱穩(wěn)心半徑計(jì)算5.8每厘米縱傾力矩的計(jì)算5.9中橫剖面系數(shù)CM和棱形系數(shù)CP的計(jì)算根據(jù)上述表格的數(shù)據(jù)計(jì)算完成靜水力曲線圖。詳情請(qǐng)見圖5.1。圖5.1靜水力曲線圖5.10本章小節(jié)本章的主要內(nèi)容是靜水力計(jì)算，是船舶設(shè)計(jì)過程中不可或缺的重要步驟。靜水力計(jì)算關(guān)系到船舶的運(yùn)行安全性，因此在計(jì)算過程中必須認(rèn)真細(xì)致地進(jìn)行。6總布置設(shè)計(jì)6.1概述總布置設(shè)計(jì)是船舶總體設(shè)計(jì)工作中一項(xiàng)非常重要的內(nèi)容，總布置設(shè)計(jì)是否合理關(guān)乎到其能否成為后續(xù)設(shè)計(jì)和計(jì)算的的重要依據(jù)，它的結(jié)果對(duì)船舶的各類性能以及工藝效果都有直接的影響?？偛贾迷O(shè)計(jì)的過程主要把握主尺度與艙容、布置地位以及船舶主要性能之間的矛盾，所以總布置設(shè)計(jì)過程就要把握全局，總體考慮，最終繪制總布置草圖。[8]6.1.1設(shè)計(jì)主要工作船舶總布置設(shè)計(jì)工作一般是在調(diào)整和滿足浮力平衡的前提下，進(jìn)行船體總體布局的劃分、艙室功能間和過道的布置，使之滿足日常工作和消防安全的要求。6.1.2總布置設(shè)計(jì)中應(yīng)注意遵循的原則滿足設(shè)計(jì)船的載重量和載貨要求，達(dá)到新船預(yù)期要求；保證船舶有良好的浮態(tài)與穩(wěn)性，具備良好的航行基礎(chǔ)；船體結(jié)構(gòu)合理的保證船舶強(qiáng)度要求；設(shè)備的設(shè)計(jì)布局合理，便于修造與維護(hù)。6.2水密艙壁與肋骨間距的劃分為了確保船舶的安全和滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的需求，船體上一定要有足夠的水密艙壁。為了確保水密艙壁達(dá)到水密效果，非必要情況下，水密艙壁一般不允許開設(shè)人孔或其他通道，所以水密艙壁的的設(shè)置一定要與區(qū)域劃分來綜合考量。根據(jù)《國(guó)內(nèi)航行海船建造規(guī)范》（2018）表1.8.2.1的要求，全船共設(shè)計(jì)8到水密艙壁，它們分別位于#3，#10，#36，#37，#79，#121，#163，#172，其中#172處艙壁為防撞艙壁,本設(shè)計(jì)船肋距為600mm。[9]6.3雙層底設(shè)計(jì)雙層底的高度按照《國(guó)內(nèi)航行海船建造規(guī)范》（2018）第二篇2.6.2.1要求不小于（6.1）式中：B——船寬，B=20m；d——吃水，d=8.5m。則h0=1157mm實(shí)取雙底高度為1.2m。6.4主船體艙內(nèi)布置情況主船體艙內(nèi)布置一般是確定水密艙壁，甲板以及各功能艙的設(shè)計(jì)與布置等。這些設(shè)計(jì)會(huì)影響船體的全體布局，要綜合結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及建造工藝等因素考慮。（1）艉尖艙根據(jù)主尺度及布置要求，使艙壁在肋位上，需要考慮舵機(jī)的安裝，從船尾部到#3設(shè)置為舵機(jī)艙及壓載水艙,#3—#10設(shè)置為淡水艙[10]。（2）機(jī)艙根據(jù)主機(jī)長(zhǎng)度、軸系以及齒輪箱的總體長(zhǎng)度需求，設(shè)置機(jī)艙在#10—#36，其中#10、#36設(shè)置水密艙壁。（3）艏尖艙根據(jù)《國(guó)內(nèi)航行海船建造規(guī)范》，船長(zhǎng)大于30米的船舶，應(yīng)在距離首垂線0.05L—0.1L范圍之間設(shè)置具有水密功能的防撞艙壁[11]。本設(shè)計(jì)船的防撞艙壁位于#172上，與艏垂線的距離是8.75m，艏尖艙位置在#172—船艏部外殼。6.5液艙布置燃油艙和滑油艙的布置本船燃油裝置是以輕柴油和重柴油兩種柴油作為燃料，因此需要設(shè)置兩種不同燃油艙，其中第一燃油艙（右）在#25—#36，第二燃油艙（右）在#27—#36，柴油艙（右）#21—#27，#14—#21之間布置有尾管滑油儲(chǔ)存艙、輔機(jī)滑油儲(chǔ)存艙、燃料油日用艙、燃料油澄清艙[12]。6.6上層建筑艙室和過道的布置上層建筑艙室的布置應(yīng)確保船員的基本生活需求，在保證適用、經(jīng)濟(jì)的前提下，盡量改善船員的工作和生活條件，盡量做到舒適與方便。過道要保證便于通行，滿足消防安全。（1）船員艙室布置，根據(jù)船舶設(shè)計(jì)要求，船員艙室布置在首部，每名船員一間臥室，其中船長(zhǎng)、輪機(jī)長(zhǎng)、船東、大管、大副、二副臥室?guī)И?dú)立衛(wèi)生間，設(shè)立在船長(zhǎng)甲板上；其余船員使用公共衛(wèi)生間，設(shè)計(jì)在艇甲板和艉樓甲板上[11]。（2）生活艙室布置，本船按照規(guī)范要求設(shè)置高級(jí)船員餐廳、餐廳兼會(huì)議室、廚房、醫(yī)務(wù)室、船員活動(dòng)室各一個(gè)以及更衣室、盥洗室、浴廁室等。[13]（3）工作艙室布置，根據(jù)船員工作的需求以及設(shè)計(jì)布局的實(shí)際考慮，新船的工作室有駕駛室、輪機(jī)辦公室、水手長(zhǎng)儲(chǔ)藏間以及各類功能間和辦公室設(shè)計(jì)與布置。[14]（4）駕駛室布置，駕駛室一般位于最上層的駕駛甲板上，駕駛室的窗設(shè)計(jì)一定要布局合理，保證駕駛員視野不受到阻擋[15]。（5）過道、梯道以及出入口的布置，過道、梯道以及出入口的布置應(yīng)便于船員的出入與行動(dòng)，符合緊急出動(dòng)和消防安全[16]。6.7錨泊、系泊及救生消防設(shè)備布置根據(jù)本船參數(shù)計(jì)算以及規(guī)范要求，本船布置系船索4根，艏錨2只。在艇甲板右舷配備一艘21人全封閉式救生艇，左舷配備兩只救生筏，救生圈14只放置于主甲板建筑兩側(cè)墻體上，救生衣21套[17]?？偛贾迷敿?xì)看圖6.1。圖6.1船體總布置圖6.8本章小節(jié)本章的主要內(nèi)容是總布置設(shè)計(jì)，其中需要對(duì)船舶的各個(gè)分段進(jìn)行詳細(xì)的布置劃分，并進(jìn)行精確的計(jì)算，以確保船舶的完整性、可行性和高性價(jià)比。在設(shè)計(jì)過程中，需要規(guī)避可能出現(xiàn)的問題，采取有效措施提高設(shè)計(jì)的精度和準(zhǔn)確度，從而將散貨船的性能發(fā)揮到最大。7螺旋槳設(shè)計(jì)計(jì)算7.1主要參數(shù)設(shè)計(jì)水線長(zhǎng)Lwl=128.125m垂線間長(zhǎng)Lpp=125m型寬B=20m設(shè)計(jì)吃水d=8.5m排水量△=15735.6t方型系數(shù)CB=0.71棱形系數(shù)Cp=0.72槳軸距基線高度ZP=2.93m7.2主機(jī)參數(shù)主機(jī)型號(hào)MAN8L27/38主機(jī)功率PB=2720KW主機(jī)轉(zhuǎn)速N=134rpm7.3用海軍系數(shù)法算有效功率首先計(jì)算母型船海軍系數(shù)C：C=（△02/3V03）/P0（7.1）式中：△O=27456t；VO=12.97kn；PO=4500kw。則可算得海軍系數(shù)C=441。由母型船海軍系數(shù)，計(jì)算設(shè)計(jì)船所需要的主機(jī)功率：P=（△12/3V3）/C（7.2）式中：△1=15917.23t；C=441。由海軍系數(shù)法算出的船舶有效功率如下表表7.1海軍系數(shù)法有效功率估算表航速V/kn9101112有效功率PE/kW1046.001434.851909.782479.427.4推進(jìn)因子的決定根據(jù)船資料選取伴流分?jǐn)?shù)ω=0.5CB按經(jīng)驗(yàn)公式?jīng)Q定推力減額分?jǐn)?shù)t=0.5取相對(duì)旋轉(zhuǎn)效率ηR=1.0船身效率η7.5可以達(dá)到最大的航速計(jì)算采用MAU4葉槳圖譜進(jìn)行計(jì)算。取功率儲(chǔ)備5%，軸系效率η螺旋槳敞水收到功率：PD=2720×0.95×ηS=2720×0.95×0.98×1.0=2532.32kW根據(jù)MAU4—40、MAU4—55、MAU4—70的BP表7.2BP項(xiàng)目單位數(shù)值假定航速Vkn9101112VKn6.30457.0057.70558.406B78.78357660.539947.7045938.37857B8.87607.7807416.9068516.195044MAU4—40δ97.8388.2179.9372.77P/D0.5780.5970.6230.657η0.4770.5130.5420.551PkW1310.591409.51489.181508.41MAU4—55δ97.2686.878.371.8P/D0.6160.6410.6710.703η0.4570.4920.5270.536PkW1255.641351.81447.971472.69MAU4—70δ96.1285.8277.3370.39P/D0.6230.6440.6770.708η0.4450.4770.5080.519PkW1222.671310.591395.761425.98據(jù)表6.6.1中的計(jì)算結(jié)果可繪制PTE、δ、P/D及η0對(duì)V的曲線，如圖6.6.1所示。從PTE—f（V）曲線與船體滿載有效功率曲線之交點(diǎn)，可獲得不同盤面比所對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)航速及螺旋槳最佳要素P/D、D及η0如表6.6.2所列。表7.3按圖7.1設(shè)計(jì)計(jì)算要素表MAUVP/DδD/mη04—409.920.59288.924.610.51024—559.7290.63489.54.550.48194—709.590.63789.854.510.4536計(jì)算公式：D=7.6空泡校核按柏利爾空泡限界線中商船上限線，計(jì)算不發(fā)生空泡之最小展開面積比。槳軸沉深?s=d?ZP=8.5?2.93=5.57計(jì)算溫度t=15℃，pvp0據(jù)表計(jì)算結(jié)果作圖，可求得不發(fā)生空泡的最小盤面比以及所對(duì)應(yīng)的最佳螺旋槳要素，如下：AE/AO=0.29，P/D=0.635，D=4.562m，η0=0.表7.4空泡校核計(jì)算結(jié)果序號(hào)項(xiàng)目單位數(shù)值MAU4—40MAU4—55MAU4—701VKn9.9209.7299.5902Vm/s3.5753.5063.4563(0.7πND/60)(m/s)2512.111498.868490.1354V(m/s)2524.889511.158502.0765σ=(0.5780.5940.6046τc(查圖0.2260.2370.2437T=N361441.709348095.339332402.2278Am25.9455.6075.3169Am26.3836.0825.77110A0.3830.3740.3617.7強(qiáng)度校核按2015年《規(guī)范》校核，t0.25R及t0.6R，應(yīng)不小于按下式計(jì)算之值：t=YK?X，Y=具體計(jì)算步驟見表6.8.1，其中：計(jì)算功率NeAd=AE/AO=0.29，P/D=0.635，ε=8°，G=7.6g/cm3，N=ne=134r/minb0.66R=0.226DAd/(0.1Z)=0.226×4.562×0.29/0.4=0.75m