第五章-型線設(shè)計(jì)(F)

第五章型線設(shè)計(jì)5-1概述

型線設(shè)計(jì)：1）保證船具有良好的性能水下部分：浮性，穩(wěn)性，快速性，操縱性，耐波性；水上部分：耐波性，穩(wěn)性，破損穩(wěn)性；2）與總布置、結(jié)構(gòu)相互協(xié)調(diào)容積，甲板，艙壁位置，艙口尺寸，機(jī)艙布置，浮態(tài)調(diào)整；3）使結(jié)構(gòu)合理、施工、維修方便曲面、平面、折角線型；型線設(shè)計(jì)方法：1）改造母型法

1—Cp法

Lakenby法

二次式函數(shù)法（夏氏法）

系列船型資料法2）自行設(shè)計(jì)法3）數(shù)學(xué)船型法參數(shù)設(shè)計(jì)法：吃水函數(shù)法，縱向函數(shù)法，曲面法。5-2主要型線要素表征船體外形特征的參數(shù)

：1）主尺度及船形系數(shù)

2）橫剖面面積曲線3）設(shè)計(jì)水線形狀

4）橫剖線形狀5）首尾輪廓及甲板線曲線的形狀特征：①V，▽②Lcb

③Cp

④Am

⑤Lp，Le，Lr

⑥最大橫剖面位置⑦曲線端部形狀實(shí)船面積曲線例

：（一）Cp的選擇

1）對(duì)阻力的影響

對(duì)剩余阻力有利的Cp（泰勒理論值（曲線1））

：Fn<0.3時(shí)，Cp≈0.52Fn>0.45時(shí)，Cp≈0.65

實(shí)際上：

a)對(duì)中低速船運(yùn)輸船，由于，而此時(shí)Cb值較大

→Cp無法達(dá)到阻力最佳值→取經(jīng)濟(jì)Cp值

b)當(dāng)Fn較高時(shí)，阻力最佳與Cp經(jīng)濟(jì)值較接近

2)對(duì)總布置及建造工藝的影響

Cp?。捍瑑啥思鈴C、工藝性差

3）與其他參數(shù)及型線的協(xié)調(diào)（二）的選擇

1）阻力：存在阻力意義上的最佳

低速貨船：

Lcb

在中前；

Fn>0.24時(shí)：Lcb

在中后。2）調(diào)縱傾—使Lcb與船重心位置Xg相配合3）Lcb與型線相配合—隧道型船，Lcb應(yīng)適當(dāng)前移（三）平行中體長度和位置1）平行中體

低速船（興波集中于端部）—改善興波阻力；

中速船—興波有利干擾；

（Fn<0.24）

增加載貨能力；

2）最大橫剖面位置Fn>0.24時(shí)，不設(shè)平行中體；Fn<0.3時(shí)，應(yīng)設(shè)于船中處；Fn>0.5時(shí)，應(yīng)設(shè)于5%（中后）處；（四）面積曲線端部形狀首部:

Fn<0.22時(shí)，凹型、直線型（凹型易產(chǎn)生肩點(diǎn)，增加興波）

Fn∈[0.22,0.28]時(shí)，由于興波增強(qiáng)，取消平體，首端易呈凹或微凹Fn>0.28時(shí)，首端微凹或直線尾部：直線或微凹二、設(shè)計(jì)水線形狀（一）Cw

的影響穩(wěn)性；布置；耐波性；快速性；*確定Cw的著眼點(diǎn)是快速性、其次是其他

*Cw與Cp的協(xié)調(diào)：

（二）水線首端形狀與半進(jìn)流角首部：

Fn<0.16時(shí)，凸形Fn∈[0.16,0.19]時(shí)，微凸或直線型

Fn∈[0.19,0.22]時(shí)，直線或微凹

Fn∈[0.22,0.32]凹形——中速Fn>0.32時(shí)，直線或微凸形，——高速

半進(jìn)流角ie：對(duì)興波阻力有影響，（圖5-8）

（三）水線尾端形狀尾部：光順、避免漩渦；一般為直線。三、常規(guī)橫剖面形狀常規(guī)橫剖面:1、

橫剖線形狀與面積曲線和設(shè)計(jì)水線的關(guān)系

U型：對(duì)應(yīng)于ie較小的設(shè)計(jì)水線

V型：對(duì)應(yīng)于ie較大的設(shè)計(jì)水線

2、U型和V型橫剖線：

---阻力、推進(jìn)、耐波性、穩(wěn)性

實(shí)際：

大型運(yùn)輸船

用U型剖面

中速船舶小船、快艇

用V型剖面雙槳船

折角線船型

-工藝簡單

四、船首、船尾形狀（一）船首形狀（二）船尾形狀1、方尾：

--與巡洋艦尾特點(diǎn)恰相反五、船尾螺旋槳的布置間隙：①有適當(dāng)浸深（滿載、壓載）②減少激振→加大間隙

③

減少阻力→減少間隙

a：

小，有利于回收舵剖面處的旋轉(zhuǎn)能量

b：

大，雖w減少不利，但螺旋槳吸水顯著降低，有利于提高船身效率

c：

小，有利于提高直徑

d：5-4幾種典型的船舶型線1、球鼻首2、球尾3、雙尾鰭4、不對(duì)稱尾5、渦尾6、隧道船型7、縱流船型1、球鼻首（Since1920`s）1）減阻機(jī)理：

滿載節(jié)能：10%~20%

低速船、整流

（減少破波阻力）

壓載節(jié)能：20%~25%

中高速船：形成有利干擾2）球首形式

3）、球首幾何參數(shù)

球首適宜尺寸：2、球尾---廣泛用于現(xiàn)代商船（Since1930′s）1）減阻機(jī)理

阻力：摩擦阻力有所增加，但可顯著降低漩渦阻力；推進(jìn)：整流，使t小，w大，大

振動(dòng)：減少螺旋槳激振2）球尾參數(shù)3、雙尾鰭（Since1980`s）

---適用于：Cargo,Ferry,Passenger

1）節(jié)能機(jī)理

阻力：①尾部隧道為縱流線型，有利減阻；②兩個(gè)尾體細(xì)長，阻力??；③細(xì)長體L/B大，B/d小，有利于減少粘壓阻力；④Fn<0.2時(shí)，摩擦阻力為主要成分；Fn>0.2時(shí)，興波阻力為主要成份；⑤雙尾鰭船可縮短去流段，加長進(jìn)流段，使阻力減少。推進(jìn)：

①每只螺旋槳負(fù)荷低，有利于提高船身效率；

②降低激振力。2）尾鰭形式

直立、八字、倒八字。

內(nèi)旋：推進(jìn)效率高

外旋：操縱性好

4、

不對(duì)稱尾及渦尾（Since1960`s）

機(jī)理：“預(yù)旋流作用”，節(jié)能5~7%

渦尾：平頭縱流渦尾尖頭渦尾球首渦尾外旋渦尾5、隧道船型（內(nèi)河船）

機(jī)理：大直徑、低轉(zhuǎn)速螺旋槳

機(jī)理：大直徑低轉(zhuǎn)速，增大伴流，使流場分布均勻：轉(zhuǎn)速每降低10%，可使螺旋槳效率提高3%→螺旋槳直徑與轉(zhuǎn)速的關(guān)系：

螺旋槳轉(zhuǎn)速降低后：

略有下降顯著增加

不變

6、縱流船型

（內(nèi)河及限制航道水域）水流沿縱剖線流動(dòng)：

①有利于消波②減少阻力③甲板面積大*缺點(diǎn)：風(fēng)浪中易發(fā)生拍擊5-3型線設(shè)計(jì)及繪制方法

1)自行設(shè)計(jì)法2)改造母型法：1-Cp；Lakenby；二次式變換（夏安福）

；一、自行設(shè)計(jì)法1、設(shè)計(jì)、繪制橫剖面面積曲線

滿足：▽，Lpp，B，d，Cb，Cp，Cm，Lcb…的要求

1）梯形作圖法2）自行修改型船面積曲線

3）作圖法修改型船面積曲線

4）圖譜法（系列船型資料法）

1）梯形作圖法（1）作等腰梯形AEFD。圖中：（2）作斜梯形AE1F1D。當(dāng)設(shè)計(jì)船浮心Xb不在船中時(shí)，可利用遷移法對(duì)其進(jìn)行改造，其中梯形面積心G的高度：（3）按照面積相等原則繪制面積曲線。

2）自行修改型船面積曲線

應(yīng)校核：

3）作圖法修改型船面積曲線修改曲線的棱形系數(shù)（圖5-35）：（1）用無因次坐標(biāo)繪制型船面積曲線；（2）?。?）截取aa’=11’；bb’=22’；…（4）連接a’，b’，c’，…成光順曲線。用遷移法修改曲線的Xb（圖5-36）：（1）在基線上取K點(diǎn)，其距中值等于型船的Xb0；（2）取B點(diǎn)的水平距中值為設(shè)計(jì)船的Xb，其垂直距離為（3）過基線上各站2，4，6，…作KB的平行線；（4）過型船面積曲線上各站面積坐標(biāo)點(diǎn)作水平線交上述各平行線于2‘，4’，6‘，…；（5）連接2‘，4’，6‘，…得設(shè)計(jì)船面積曲線。2、繪首尾輪廓線，滿載水線，甲板輪廓線1）

首尾輪廓2）

滿載水線：Cw，Cp，首尾端形狀3）

甲板輪廓線：甲板總布置要求3、繪各站橫剖線

各站具體形狀參照優(yōu)秀型船對(duì)應(yīng)站的形狀；甲板以下，設(shè)計(jì)水線以上部分按曲線趨勢確定

。1）中橫剖線

2）其他站上的橫剖線：

（由中向首、尾繪制）繪制原則：（1）面積應(yīng)等于橫剖面面積曲線相應(yīng)位置上的數(shù)值；（2）設(shè)計(jì)吃水處半寬應(yīng)等于設(shè)計(jì)水線上相應(yīng)橫剖面處的半寬。U型、V型和中間型橫剖面作圖法：4、繪半寬水線圖和縱剖線圖*三面投影光順，協(xié)調(diào)*斜剖線：可檢驗(yàn)舭部光順性5、編制型值表、注尺寸、字、符號(hào)

二、改造母型法（一）比例變換法

（二）移動(dòng)橫剖面變換法

1、

改造面積曲線的方法2、由母型船型線轉(zhuǎn)繪為設(shè)計(jì)船型線的方法（一）比例變換法

（）——設(shè)計(jì)船上任一點(diǎn)；（）——與設(shè)計(jì)船對(duì)應(yīng)的母型船上的點(diǎn)；船舶尺度間的關(guān)系（變換前后）：

▽=λβγ▽0

不能改變Cb,Cp,Cm等；

當(dāng)λ=β=γ時(shí)，設(shè)計(jì)船與母型船幾何相似。

（二）移動(dòng)橫剖面變換法

---當(dāng)設(shè)計(jì)船與母型船Cp及Lcb不同時(shí)1、

改造面積曲線的方法1）“1-Cp”法2）“Lakenby

法”3）二次式變換函數(shù)法

4)遷移法1）“1-Cp”法（1）

形變函數(shù)表達(dá)式

設(shè)：形變函數(shù)δx=a(1-x)（2）

面積曲線變化部分形心距中

對(duì)船中之矩：

將上式展開，其中：

同理可得：（3）

面積曲線變化量、

根據(jù)浮力平衡條件：

和力矩平衡條件：

“1-Cp”法:

優(yōu)點(diǎn)：變換式簡單；滿足Cb和Lcb要求；易光順

缺點(diǎn)：1)平行中體長度不能控制：

2)不適用于無平體時(shí)Cp減少的情況

2）“Lakenby

法”

①

形變函數(shù)

δx=c(1-x)(x+d)(1)

邊界條件：x=1時(shí),δx=0

當(dāng)x=Lpf時(shí)，δx=δLpf

（2）

又

（3）

由條件（2）（3）可求得系數(shù)c,d,代入（1）中，得

(4)其中，式中

（4）式是通過δCpf和δLpf來對(duì)面積曲線進(jìn)行變換的。應(yīng)用討論：a)

當(dāng)母型無平體（Lpf=0）且=0時(shí)，b)

當(dāng)Lpf=0，且時(shí)，c)

當(dāng)保持進(jìn)流段棱形系數(shù)不變時(shí)，

有，這時(shí)d)當(dāng)=0時(shí)（即保持前體棱形系數(shù)不變），由此可得δx表達(dá)式（略）②∵對(duì)船中之矩為

②求

∵對(duì)船中之矩為

略去二次項(xiàng)，（即項(xiàng)），則

（5）其中，同理可得：（6）③求、：浮力平衡條件

（7）力矩平衡條件

（8）將（5）（6）（7）（8）聯(lián)立求解

，得：當(dāng)不改變平體長度時(shí)（即）：

（9）

（10）

3）二次式變換函數(shù)法

設(shè)：形變函數(shù)

（5-44）后半體：

（5-45）①求系數(shù)

邊界條件：

當(dāng)時(shí)，代入式（5-44）

當(dāng)時(shí)，代入式（5-45）

可得

（5-46）

（5-47）

②求系數(shù)先根據(jù)棱形系數(shù)改變量可得，經(jīng)整理可得

（5-48）式中其中：Cf,母型船前體棱形系數(shù)；Ca,母型船后體棱形系數(shù)；

Mf,母型船前體對(duì)y軸的靜矩；

Ma,母型船后體對(duì)y軸的靜矩。

再根據(jù)浮心的改變量，以新船對(duì)母型船前后體增加的面積，可以得到如下的力矩平衡方程：

（5-49）式中分別為前、后體增加的面積對(duì)y軸的靜矩。將式（5-44）中的表達(dá)式代入上式可得

式中：

上式中，

分別為母型船前體面積的曲線對(duì)y軸的慣性矩和三次矩

對(duì)于后體可類似得到式中其中，

為母型船后體面積曲線對(duì)y軸的慣性矩和三次矩，

且

令將及dM

代入（5-49）式，并與（5-48）式聯(lián)立可得方程組：解此方程組可得到標(biāo)準(zhǔn)二次方程：

（5-50）式中