船舶基礎知識

關于船舶基礎知識第一節(jié)船舶形狀第2頁,共59頁，2024年2月25日，星期天一、船舶尺度1.船舶主要尺度船舶作為一種外形龐大的工業(yè)產品，一個復雜的空間幾何體，它的大小也用尺寸標注來表示，如同某些產品標注其外形尺寸一樣，這些表征船舶大小的尺寸稱為船舶的主要尺度。鋼質船體的內表面稱為船體的型表面，凡是量到型表面的尺寸稱為型尺寸鋼質船舶的主要尺度通常都是指的型尺寸。第3頁,共59頁，2024年2月25日，星期天總長LOA―船體型表面首尾兩端點之間的水平距離；設計水線長LWL―設計水線面上船體型表面首尾端點之間的距離；也稱滿載水線長，是沿設計夏季載重水線自船首垂線至船尾端點的距離垂線間長Lpp―首垂線和尾垂線之間的水平距離，又稱兩柱間長；首垂線是通過設計水線首部端點所作的垂線。尾垂線在有舵柱時為舵柱后緣，無舵柱時為舵桿中心線；第4頁,共59頁，2024年2月25日，星期天型寬（B）―船體型表面之間垂直于中線面的最大水平距離；型深（D、H）―通常指在中站面處，沿舷側自龍骨線量至上甲板邊線的垂直高度；型吃水（T）—通常指在中站面處，自龍骨線量至設計吃水的垂直距離。在船長中點處從平板龍骨上緣至夏季載重水線的垂直距干舷(F)—在船長中點處，沿舷側自夏季載重水線量至上層連續(xù)甲板邊線的垂直距離，第5頁,共59頁，2024年2月25日，星期天2.主尺度比值從船舶主尺度的比值可以看出船舶長短肥瘦的形狀特征，它還反映出船舶某些航海性能的好壞和船體結構的強弱。主尺度比有以下幾種。（1）長度寬度比L/B該值對船舶快速性影響較大。L/B值大表示船體狹長，阻力較小而航速較高。(2）型寬吃水比B/T該值與船舶的穩(wěn)性、阻力關系比較大。B/T越大，穩(wěn)性越好，但阻力也較大。B/T過大時容易造成過快的搖擺，不利于船上人員的生活和工作。第6頁,共59頁，2024年2月25日，星期天（4）型深吃水比D/T該值影響船舶大角度橫傾時的穩(wěn)性和抗沉性。D/T大船的儲備浮力大，對提高大傾角穩(wěn)性和抗沉性有利。（5）長度型深比L/D該值影響船舶的結構強度，L/D越小，則縱總強度越好。不同用途不同類型的船舶都有其相應的主尺度比值。第7頁,共59頁，2024年2月25日，星期天二、船體型線圖基本知識1.標高投影與平行剖切第8頁,共59頁，2024年2月25日，星期天第9頁,共59頁，2024年2月25日，星期天2.三個基本投影面船體型線圖中的三個基本投影面如圖所示。第10頁,共59頁，2024年2月25日，星期天第11頁,共59頁，2024年2月25日，星期天中線面（中縱剖面）將船體分為左右對稱兩部分的縱向垂直平面。設計水線水平面通過設計吃水，將船體分為水上和水下兩部分的水平面。中站面（中橫剖面）通過船舶垂線間長中點，將船體分為前體和后體兩部分的橫向垂直平面。中線面、設計水線水平面和中站面是三個互相垂直的平面，它們在船體圖中的作用，相當于機械圖中的正投影面、水平投影面和側投影面。船體型線圖就是投影在這三個基本投影面上的三組平行剖切面圖。第12頁,共59頁，2024年2月25日，星期天船體型線圖就是用一系列平行于三個基本投影面的平面去剖切船體，將這些平面與船體型表面的交線投影到三個基本投影面上得到的。第13頁,共59頁，2024年2月25日，星期天3.型線的形成及其投影圖為船體型線的示意圖，僅取首部一般船體加以說明。第14頁,共59頁，2024年2月25日，星期天船體型線圖第15頁,共59頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)船舶航行性能第16頁,共59頁，2024年2月25日，星期天一、概述通常，船舶航行性能包括以下六個方面：（1）浮性；（2）穩(wěn)性；（3）抗沉性；（4）快速性；（5）耐波性；（6）操縱性。第17頁,共59頁，2024年2月25日，星期天二、浮性1、浮性―船舶在一定裝載情況下，在水中具有以正常浮態(tài)漂浮的能力2、浮心浮力垂直向上，作用于船舶排水體積的幾何中心B，我們稱該點為浮心。第18頁,共59頁，2024年2月25日，星期天3、平衡狀態(tài)：1）重力和浮力大小相等，方向相反；2）重心G和浮心B在同一垂線第19頁,共59頁，2024年2月25日，星期天4、儲備浮力在設計水線（滿載水線）以上的船體還保留有一定的水密體積。這部分水密體積所具有的浮力稱為儲備浮力。船舶的儲備浮力通常用干舷表示，干舷大儲備浮力就大。船舶必須具備最低限度的干舷值以確保航行安全。航行于不同水域的各類船舶必須具有的最小干舷值，國際和我國都在有關規(guī)范中作了明確規(guī)定。第20頁,共59頁，2024年2月25日，星期天5、區(qū)帶或區(qū)域為保證船舶的航行安全和最大的載重能力，根據(jù)海洋上風浪的大小和變化規(guī)律，將世界上具有相似風浪條件的海域分成若干區(qū)域，稱為區(qū)帶或區(qū)域；在同一區(qū)域或區(qū)帶內，按風浪變化的不同時期，劃分為季節(jié)區(qū)帶，此種季節(jié)區(qū)帶，稱為季節(jié)期。如分為熱帶、夏季、冬季、北大西洋冬季。船舶航行在不同的區(qū)帶、區(qū)域和季節(jié)區(qū)帶、季節(jié)區(qū)域、分別規(guī)定使用不同的最小干舷，即規(guī)定了最高的吃水線。在不同的季節(jié)和海域，海上風浪情況不同，允許具有不同的干舷。通常在夏季，在熱帶海域因風浪較小，干舷可相應地減?。欢诙?，特別是在北大西洋冬季，因風浪較大，要求有較大的干舷。海船航行到淡水區(qū)域，由于淡水的密度比海水小，在同樣載重情況下，其排水體積和吃水都相應地有所增加，所以允許干舷可相應地減少。第21頁,共59頁，2024年2月25日，星期天夏季吃水線冬季吃水線熱帶吃水線北大西洋吃水線夏季淡水吃水線熱季淡水吃水線載重線圈第22頁,共59頁，2024年2月25日，星期天第23頁,共59頁，2024年2月25日，星期天三、穩(wěn)性穩(wěn)性―船舶在外力作用下偏離正浮位置而傾斜，當外力消失后能自行恢復到正浮位置而不傾覆的能力；船舶因受外力作用發(fā)生橫傾時，船舶排水體積的形狀就會改變，這一體積的形心--浮心的位置也隨之發(fā)生變化重力和浮力方向相反，而它們的作用點不再在一條垂線上，這兩個大小相等方向相反而作用點不在一條垂直線上的力就構成一個力矩，我們稱這力矩為回復力矩。第24頁,共59頁，2024年2月25日，星期天穩(wěn)心初穩(wěn)性高度GM第25頁,共59頁，2024年2月25日，星期天穩(wěn)心：把傾斜前后浮力作用線的交點M稱為穩(wěn)心（在這里是指橫穩(wěn)心），初穩(wěn)性高度：把穩(wěn)心和重心之間的距離GM稱為初穩(wěn)性高度，該值是船舶穩(wěn)性的衡量標準。決定穩(wěn)心位置的主要因素：重心G的位置、浮心B的位置船舶重量的分布影響重心G的位置船舶排水體積的形狀影響浮心B的位置由此可能出現(xiàn)以下三種情況：

(1)穩(wěn)心M在重心G之上，回復力矩為正值，船舶傾斜后將被扶正；

(2)M點在G點之下，回復力矩為負值，船舶將繼續(xù)傾斜直至傾覆；

(3)M點和G點重合，回復力矩為零，船舶停留傾斜位置，但在外力作用下可能繼續(xù)傾斜直至傾覆。第26頁,共59頁，2024年2月25日，星期天保證船舶穩(wěn)性的措施(1)降低船舶重心G使船上設備和負載盡可能布置在較低的位置。上層建筑不過于龐大-壓載則是經(jīng)常采用的方法，尤其在船舶空載航行時。(2)提高橫穩(wěn)心M它與船舶橫傾后浮心水平移動的距離有密切關系。M點的高度決定于船體的形狀，尤其是水下部分的形狀。必須注意的是船舶是集各種性能的工程建筑物，在保證初穩(wěn)性的同時，也要兼顧其他性能，即穩(wěn)心不能太高，亦即GM值不能過分地大，否則船舶將像玩具不倒翁那樣，劇烈搖擺第27頁,共59頁，2024年2月25日，星期天四、抗沉性抗沉性―船舶在局部破損浸水后，仍能保持一定的浮態(tài)和穩(wěn)性而不致沉沒的能力在復雜的海洋環(huán)境中航行的船舶，局部損壞進水是難以完全避免的，船舶在這種情況下如何避免沉沒，這是抗沉性所要討論的問題。泰坦尼克號和冰山相撞后，船殼被撕開100多米長的破洞，造成首部5個艙淹水而終于沉沒。第28頁,共59頁，2024年2月25日，星期天抗沉性規(guī)范（1）設定安全限界線極限海損水線:76mm（2）對船艙長度的限制（3）對破艙后船舶穩(wěn)性的要求一艙不沉制兩艙不沉制依此類推，海上客船至少應滿足一艙不沉制要求。第29頁,共59頁，2024年2月25日，星期天第30頁,共59頁，2024年2月25日，星期天提高船舶抗沉性的措施除按照規(guī)范要合理分艙外，在船舶設計時還采取一些其他措施以提高抗沉性。(1）增加干舷(2）減小吃水(3）加大舷弧和使橫剖線上端外傾，或使水線下船體適當瘦削都可以起到相對增加儲備浮力的作用。上述措施有時會同船舶使用要求或其他性能相矛盾，需要加以綜合考慮。第31頁,共59頁，2024年2月25日，星期天五、快速性1、快速性―船舶以較小的主機功率消耗而獲得較高航速的能力使船舶在不加大主機功率的前提下盡可能地提高航速，這就是快速性所要討論的問題。經(jīng)濟性：功率、航速的經(jīng)濟性2、方法：減小航行阻力提高推進效率。第32頁,共59頁，2024年2月25日，星期天3、船舶航行阻力附體阻力：水下的船體表面常有突出的附屬結構，如舵、軸支架、舭龍骨、減搖鰭等，航行中也產生阻力，我們把這部分阻力從主船體阻力中分出來，稱為附體阻力，約占總阻力的3％一10％。裸體阻力：而剩下的主船體水阻力稱為裸體阻力。對于一般船舶都只計算裸體阻力，然后根據(jù)附體的設置情況增加一個百分數(shù)（10％一25%）作為附體阻力。2％一4％左右。以阻力的性質則分為粘性阻力和興波阻力兩種。粘性阻力第33頁,共59頁，2024年2月25日，星期天（1）粘性阻力：水是有一定粘性的，船在水中運動，將因粘性而產生阻力，粘性越大阻力越大粘性阻力包括兩部分水阻力摩擦阻力形狀阻力。船體周圍水流的變化第34頁,共59頁，2024年2月25日，星期天摩擦阻力：在船體表面和水流之間就因存在相對運動而產生摩擦阻力。摩擦力的方向就是該處船體表面的切線方向。這種切向摩擦力在船長方向的分力的總合力，就是船舶航行中的總摩擦阻力。由上述分析可知，摩擦力的大小與水的粘度、船體浸水面積以及船的航速相關，是可以比較準確地計算出來的。第35頁,共59頁，2024年2月25日，星期天不同形狀物體的漩渦阻力形狀阻力：在邊界層紊流區(qū)的后部，在船體形狀急劇變化的部位，會產生水流分離現(xiàn)象。在分離點以后，船體周圍產生渦漩，渦漩處的壓力比水流未分離時的壓力低，就好像對船體產生一種向后的“吸力”。實際上正是這種壓力差在船長方向分力的總合力，造成了航行中的形狀阻力或稱渦漩阻力。所以稱為形狀阻力，水流的分離情況或渦漩阻力的大小，主要同水中運動物體的形狀有關。第36頁,共59頁，2024年2月25日，星期天(2）興波阻力船在水中航行時，船體使周圍的水壓力發(fā)生變化。原來平靜的水面有的地方升高，有的地方下陷，不同的水面在重力和慣性力作用下形成波浪并向外擴散傳播。這種由航船引起的波浪稱為船行波，不同于海洋上由風興起的海浪，船行波的形成需要外界供給能量，這個能量就是由行駛中的船舶提供的，相當于船舶對周圍的海水做功使其產生波浪，這就是船舶航行中的興波阻力。航速是影響興波阻力的最主要因素，它要消耗主機相當大的功率。船舶的航行阻力是隨航速而增加的。但在不同航速時各阻力所占總阻力的比例變化是很大時。興波阻力成為高速航行時的主要阻力。第37頁,共59頁，2024年2月25日，星期天降低阻力的措施：對于低速船，主要設法降低摩擦阻力和形狀阻力對高速船則主要考慮降低興波阻力。降低摩擦阻力的主要途徑減少船體水下濕表面積：低速船的船長較短，長寬比L/B較小。減小船體表面的粗糙度。改善船用水下漆的性能，更有效地防止海生物生長附著，減輕鋼板的銹蝕，保持表面的光滑以減小水的摩擦力。減小興波阻力途徑一個途徑是通過系列船模試驗的方法，研究主尺度、尺度比、船型系數(shù)等對興波阻力的影響，從而得到一系列阻力圖譜，利用這些圖譜可以找到阻力勝能優(yōu)良的船型系數(shù)，設計出相對具有較小興波阻力的船型。另一個途徑是在主船體上加設附屬體，如裝于船首部兩側水面的消波翼。使附體所產生的波和船體產生的波互相疊加、千擾而使波浪得以削減，從而達到減小興波阻力的目的。目前應用最為普遍的是設球鼻首。這是位于船體首端水線以下的凸出體，常見的有水滴型、圓筒型等不同形狀，大多成球面狀向前凸出，它和船體連接處以平緩光順的曲線過渡。它的形狀和尺寸經(jīng)過精心的設計，使球鼻首和主船體產生的波浪互相疊加而削減，減小興波阻力。球鼻首可使航速提高約0.5kn。第38頁,共59頁，2024年2月25日，星期天球鼻首第39頁,共59頁，2024年2月25日，星期天船舶推進效率凡是能利用各種動力源并把它能換成推力推動船前進的，都稱為推進器。采用高效率的推進器能提供較大的推力，它是主機功率一定而獲得較高航速的主要途徑螺旋槳的效率與直徑、螺距、盤面比、葉片的切面形狀以及某些附屬設施有關第40頁,共59頁，2024年2月25日，星期天六、耐波性耐波性―船舶在波浪中抵抗搖擺，保持穩(wěn)性和航速的能力搖擺造成的不良后果1.乘員居住條件變壞，影響船員工作，引起暈船嘔吐2.劇烈的橫搖使船身橫傾過大，可能導致傾覆。3.航行阻力增加，螺旋槳工作條件惡化（負荷不均勻，槳葉局部出水），航速下降，燃料消耗增加。4.縱搖和垂蕩使首部甲板上浪，底部出水，船體與水面砰擊，船體結構振動，應力增加。5.搖擺產生的加速度，特別是砰擊加速度，嚴重影響各類設備、儀器的正常工作。6.波浪產生的彎矩和運動產生的附加應力可能導致船體折斷或局部損壞。7．甲板浸水、影響甲板機械設備的正常運轉和船員的工作。第41頁,共59頁，2024年2月25日，星期天耐波性好的船舶大體上應滿足以下幾方面的要求在波浪中的運動幅度和加速度不大；運動比較和緩，乘員可以適應；在風浪中失速小，螺旋槳不出水不產生飛車；沒有嚴重的船體砰擊和波浪激發(fā)的振動；波浪中附加的動力彎矩不致對船體結構造成損害；甲板上浪不嚴重。第42頁,共59頁，2024年2月25日，星期天船舶減搖裝置1．舭龍骨2．減搖鰭3．減搖水艙4．陀螺減搖裝置旋轉的陀螺有維持其轉軸位置不變的傾向。陀螺減搖裝置就是利用這一原理起到減搖作用的，抑制船舶橫搖減搖鰭減搖水艙第43頁,共59頁，2024年2月25日，星期天七、操縱性操縱性―船舶在航行中保持和改變航向，控制船舶運動的能力在水面或水下航行的船舶，是怎樣控制其運動方向的，這就是船舶操縱性所要討論的問題第44頁,共59頁，2024年2月25日，星期天對船舶而言，操縱性反映在以下兩個方面：

1航向穩(wěn)定性：這是船舶能夠保持既定航向作直線航行的能力。以為保持定向航行，單位時間內所需的操舵次數(shù)和平均轉舵角度來衡量船舶航向穩(wěn)定性的優(yōu)劣。由校正航向偏差而增加的功率消耗約占主機功率的2％-3％。航向穩(wěn)定性較差的船甚至高達20％。可見操縱性對船舶經(jīng)濟性的重要影響。2回轉性：這是船舶由直線航行進入曲線運動的能力，也是船舶能迅速靈活地改變其方向和位置的能力。在最大舵角和全速航行時船作回轉運動時的直徑Φ稱為穩(wěn)定回轉直徑或定?；剞D直徑，它是衡量船舶回轉性的指標。Φ小值越小，船舶回轉性越好。第45頁,共59頁，2024年2月25日，星期天八、船舶其他常用術語船舶噸位船舶航速續(xù)航力自持力第46頁,共59頁，2024年2月25日，星期天1、船舶噸位船舶噸位是用來表示船舶的大小和運輸能力的分為兩種重量噸位容積噸位第47頁,共59頁，2024年2月25日，星期天1）重量噸位它是以重量的大小來表示船舶的運輸能力的，以“噸”計算。常用的重量噸位有排水量載重量第48頁,共59頁，2024年2月25日，星期天A.排水量排水量是指船舶所排開同體積水的重量，即整個船的重量。它因載貨的多少而不同，故排水量又分為：空船排水量：是指船舶出廠時空船的排水量，它包括船體、機器、鍋爐、設備、船員及行李等的重量。滿載排水量：是指船舶滿載時，即吃水達到某一規(guī)定載重線時的排水量，它包括空船排水量、燃料、淡水、貨物及船舶常數(shù)的總重量。實際排水量：只裝一部分貨物時的排水量。排水量是一個可變的數(shù)，通常說明一條船的排水量是滿載排水量。第49頁,共59頁，2024年2月25日，星期天B．載重量（1）總載重量：船舶根據(jù)載重線標志規(guī)定，所能裝載最大限度的重量，即總載重量＝滿載排水量-空船排水量

=貨物重量＋燃料、淡水和供應品的重量＋船舶常數(shù)（2）凈載重量：表示船舶所能裝載最大限度的貨物重量，即：凈載重量=總載重量-燃料、淡水及其他供應品的重量-船舶常數(shù)第50頁,共59頁，2024年2月25日，星期天C.水尺圖表示吃水的標記叫做水尺它刻畫在首和尾左右兩側的船殼板上（大船還在船中的左右舷標明水尺）--公制和英制如以公制標記時，每個數(shù)字高10cm，字與字的間隔也是10cm英制的寫法是每字高6英尺，間隔也是6英尺第51頁,共59頁，2024年2月25日，星期天2）船舶的容量量度--噸位tonnage在航運中常以船舶容量代替重量來衡量船的大小。運輸船尤其是貨船的排水量在營運過程中變化很大。在許多情況下載重量也不能確切地表明船舶的大小。譬如，相同載重量的普通貨船的尺度就比滾裝船小得多。容量的單位是立方米。噸位或登記噸位：對于國際航行的船舶，國際上規(guī)定了一個統(tǒng)一的量度單位，稱為噸位或登記噸位。一個登記噸位相當于100立方英尺或2.83立方米。第52頁,共59頁，2024年2月25日，星期天船舶登記噸位分總噸位和凈噸位。a．總噸位（GT)指船上所有封閉的艙室根據(jù)一定的丈量規(guī)則丈量而得的容積總和。用公制量得除以2.83立方米，用英制量得除以100立方英尺，所得結果即為該船的總噸位?？倗嵨坏挠猛臼潜砻鞔暗拇笮。蛔鳛閲医y(tǒng)計船舶噸位的依據(jù)；作為計算凈噸位的基礎；作為汁算海事賠償費的基準。

b凈噸位（NT)從總噸中扣除不用于裝載旅客、貨物的噸位，即為凈噸位。凈噸位是實際營運使用的噸位。凈噸位