課件第六章 船舶型線設計

1、第六章第六章 船舶型線設計船舶型線設計2本章學習目標本章學習目標 能正確敘述橫剖面面積曲線的特征參數及影能正確敘述橫剖面面積曲線的特征參數及影響因素響因素 能正確敘述設計水線的特征參數及影響因素能正確敘述設計水線的特征參數及影響因素 能正確敘述橫剖線的特征參數及影響因素能正確敘述橫剖線的特征參數及影響因素 能正確敘述首尾輪廓線和船底線的特征參數能正確敘述首尾輪廓線和船底線的特征參數及影響因素及影響因素 能正確敘述甲板線的特征參數及影響因素能正確敘述甲板線的特征參數及影響因素 簡單敘述特種型線的主要種類、特點和運用簡單敘述特種型線的主要種類、特點和運用1.能正確敘述型線圖的設計原理及繪制方法能正

2、確敘述型線圖的設計原理及繪制方法3第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 船體型線的影響因素船體型線的影響因素 （1 1）橫剖面面積曲線；）橫剖面面積曲線； （2 2）設計水線和甲板線；）設計水線和甲板線； （3 3）橫剖線形狀；）橫剖線形狀； （4 4）側面輪廓線）側面輪廓線4型線圖的作用型線圖的作用（1 1）型線與阻力關系重大）型線與阻力關系重大（2 2）型線與穩(wěn)性、操縱性、橫搖阻尼、船在）型線與穩(wěn)性、操縱性、橫搖阻尼、船在波浪中的運動有關波浪中的運動有關（3 3）型線影響布置和艙容）型線影響布置和艙容（4 4）型線影響建造的施工工藝）型線影響建造的施工工藝5設計型線中應注意的問題設計型線中應注意的問題u

3、保證設計船具有良好的航海性能保證設計船具有良好的航海性能u滿足總布置要求滿足總布置要求u考慮船體結構的合理、簡易以及施工、維考慮船體結構的合理、簡易以及施工、維修的方便修的方便u外觀造型外觀造型6型線設計方法型線設計方法母型改造法母型改造法船模系列資料法船模系列資料法 常見的系列船模：常見的系列船模： 美國的陶德美國的陶德6060系列；英國的系列；英國的BSPABSPA系列；瑞典的系列；瑞典的SSPASSPA系列；我國長江客貨船系列系列；我國長江客貨船系列7第二節(jié)第二節(jié) 橫剖面面積曲線橫剖面面積曲線 橫剖面面積曲線是以船長為橫坐標、設計水線以橫剖面面積曲線是以船長為橫坐標、設計水線以下橫剖面面

4、積為垂向坐標所繪制的曲線。下橫剖面面積為垂向坐標所繪制的曲線。8橫剖面面積曲線的特征橫剖面面積曲線的特征 橫剖面面積曲線下的面積相當于船的型排橫剖面面積曲線下的面積相當于船的型排水體積水體積 面積的豐滿度系數等于船的縱向棱形系數面積的豐滿度系數等于船的縱向棱形系數 面積形心的縱向位置等于船的浮心縱向坐面積形心的縱向位置等于船的浮心縱向坐標標 豐滿船的橫剖面面積曲線的中部平行段，豐滿船的橫剖面面積曲線的中部平行段，稱為船的平行中體，平行中體前后段稱為稱為船的平行中體，平行中體前后段稱為進流段和去流段。進流段和去流段。 無平行中體的最大橫剖面位置無平行中體的最大橫剖面位置 曲線兩端端部形狀曲線兩端

5、端部形狀9一、平行中體的長度和位置，最大橫剖一、平行中體的長度和位置，最大橫剖面位置面位置1 1、平行中體的長度和位置、平行中體的長度和位置阻力方面阻力方面 將排水體積適當地向中部集中，采用將排水體積適當地向中部集中，采用一段平行中體，對于前體可使進流段尖瘦一段平行中體，對于前體可使進流段尖瘦些，降低興波阻力；對于后體，可削瘦去些，降低興波阻力；對于后體，可削瘦去流段的船體形狀，有利于改善形狀阻力。流段的船體形狀，有利于改善形狀阻力。平行中體是不是越長越平行中體是不是越長越好，會造成哪些問題好，會造成哪些問題10船舶使用方面船舶使用方面 由于平行中體一段的橫剖面形狀完全相同，由于平行中體一段的

6、橫剖面形狀完全相同，使得中部的船艙方整，便于裝載貨物。設使得中部的船艙方整，便于裝載貨物。設置平行中體還簡化了工藝，降低了建造成置平行中體還簡化了工藝，降低了建造成本。因此，希望平行中體的長度取長些，本。因此，希望平行中體的長度取長些，但應不引起阻力性能惡化為限。但應不引起阻力性能惡化為限。11ebprBPLL,LL目前及相應的平行中體長度和位置主要是根據試驗資料得出的規(guī)律決定的。按貝克理論，最短的去流段長度122 2、最大橫剖面位置、最大橫剖面位置13二、橫剖面面積曲線的端部形狀二、橫剖面面積曲線的端部形狀典型的端面形狀如下圖典型的端面形狀如下圖a-a-直線型；直線型；b-b-凹形；凹形；c

7、-c-微凹形微凹形14 貝克通過對面積曲線兩端形狀對剩余阻力的貝克通過對面積曲線兩端形狀對剩余阻力的影響做詳盡的船模試驗，得出面積曲線兩端形狀，影響做詳盡的船模試驗，得出面積曲線兩端形狀，見下表見下表15三、棱形系數和中剖面系數的選擇三、棱形系數和中剖面系數的選擇 棱形系數的大小反映了浮力沿船長的分布情棱形系數的大小反映了浮力沿船長的分布情況，棱形系數大，表示浮力沿船長分布的比較均況，棱形系數大，表示浮力沿船長分布的比較均勻，反之，表示浮力相對集中在船中，而船的首勻，反之，表示浮力相對集中在船中，而船的首尾兩端尖瘦。尾兩端尖瘦。1 1、對阻力的影響、對阻力的影響 棱形系數對船舶的摩擦阻力影響極

8、小，而對棱形系數對船舶的摩擦阻力影響極小，而對剩余阻力影響很大，對剩余阻力的影響主要反映剩余阻力影響很大，對剩余阻力的影響主要反映在興波阻力上，棱形系數對剩余阻力的影響隨船在興波阻力上，棱形系數對剩余阻力的影響隨船的相對速度不同而發(fā)生變化。的相對速度不同而發(fā)生變化。16u低速時低速時 棱形系數小，剩余阻力小，但由于興波阻棱形系數小，剩余阻力小，但由于興波阻力所占比例小，所以棱形系數影響小力所占比例小，所以棱形系數影響小u中速時中速時 棱形系數小，興波阻力小，但棱形系數對剩棱形系數小，興波阻力小，但棱形系數對剩余阻力影響顯著。余阻力影響顯著。u高速時高速時取過小的棱形系數并不利，則取適當的棱形取

9、過小的棱形系數并不利，則取適當的棱形系數興波阻力反而小系數興波阻力反而小17182 2、對總布置及建造工藝的要求、對總布置及建造工藝的要求 棱形系數較小時，船舶兩端尖瘦不利棱形系數較小時，船舶兩端尖瘦不利于船舶的布置。特別是尾機型船舶，棱形于船舶的布置。特別是尾機型船舶，棱形系數過小，機艙與軸系布置困難；對于雙系數過小，機艙與軸系布置困難；對于雙槳船，尾端過于尖瘦，尾軸過早穿出船體，槳船，尾端過于尖瘦，尾軸過早穿出船體，對船體強度和振動極為不利。對船體強度和振動極為不利。19,bmpC CC 的關系曲線20四、浮心縱向位置的選擇四、浮心縱向位置的選擇 浮心縱向位置，表示船的排水體積在中前浮心縱

10、向位置，表示船的排水體積在中前和中后的相對大小，決定了船的前半體和后半和中后的相對大小，決定了船的前半體和后半體的相對豐滿度體的相對豐滿度。對阻力的影響對阻力的影響 當浮心位置改變時，前體興波阻力和后體當浮心位置改變時，前體興波阻力和后體形狀阻力的相對比例發(fā)生變化。對于低速肥大形狀阻力的相對比例發(fā)生變化。對于低速肥大的船，興波阻力比例較小，中前為宜；對于高的船，興波阻力比例較小，中前為宜；對于高速船，興波阻力比例逐漸增大，中后為好。因速船，興波阻力比例逐漸增大，中后為好。因此，對于給定速度的船，存在一個阻力最小的此，對于給定速度的船，存在一個阻力最小的最佳浮力縱向位置最佳浮力縱向位置21222

11、 2、從浮態(tài)和布置方面考慮、從浮態(tài)和布置方面考慮 浮心縱向位置的選取，應注意與滿載出港時浮心縱向位置的選取，應注意與滿載出港時的重心縱向位置相配合，使船不致產生首傾或尾的重心縱向位置相配合，使船不致產生首傾或尾傾。傾。3 3、與型線的配合、與型線的配合 不同船型的最佳浮心位置有一定的差別，是不同船型的最佳浮心位置有一定的差別，是因為興波阻力和形狀阻力實際上還與型線的其他因為興波阻力和形狀阻力實際上還與型線的其他特征相關。所以，在選取浮心縱向位置時，必須特征相關。所以，在選取浮心縱向位置時，必須考慮與船舶型線的配合與協(xié)調?？紤]與船舶型線的配合與協(xié)調。23第三節(jié)第三節(jié) 設計水線設計水線 設計水線的

12、特征參數主要包括：水線面設計水線的特征參數主要包括：水線面系數、前后半段的豐滿度系數、平行中體系數、前后半段的豐滿度系數、平行中體長度、漂心縱向位置、半進流角、半去流長度、漂心縱向位置、半進流角、半去流角、首尾端部形狀等。角、首尾端部形狀等。24一、水線面系數一、水線面系數u從快速性來講，傅汝德數大者，水線面系數應取從快速性來講，傅汝德數大者，水線面系數應取小一些小一些u從耐波性來講，水線面系數對耐波性的影響很大。從耐波性來講，水線面系數對耐波性的影響很大。很多研究表明，水線面系數取大的值對改善耐波很多研究表明，水線面系數取大的值對改善耐波性是有利的性是有利的u從穩(wěn)性來講，水線面系數大則初穩(wěn)性

13、高些，并且從穩(wěn)性來講，水線面系數大則初穩(wěn)性高些，并且水上體積也增加了，從而穩(wěn)性復原力矩增大水上體積也增加了，從而穩(wěn)性復原力矩增大總之，水線面系數的選取要綜合各方面因素。在設總之，水線面系數的選取要綜合各方面因素。在設計中一般有如下的取值范圍：計中一般有如下的取值范圍：25二、設計水線首端形狀二、設計水線首端形狀從阻力方面看：從阻力方面看：從耐波性看，設計水線首部適當豐滿從耐波性看，設計水線首部適當豐滿比較有利比較有利rrrrF=0.160.19F=0.200.22F=0.220.32F0.32,當時，由凸形到直線形當時，直線形或微凹形當時，微凹形當時直線形26設計水線的半進流角對船首形狀起決定

14、作用，對設計水線的半進流角對船首形狀起決定作用，對興波阻力有重要影響。根據船模試驗得下圖興波阻力有重要影響。根據船模試驗得下圖27三、設計水線尾端形狀三、設計水線尾端形狀 設計水線尾端的形狀與船的穩(wěn)性、布置設計水線尾端的形狀與船的穩(wěn)性、布置及尾部型線特征有關。從阻力來，尾端形及尾部型線特征有關。從阻力來，尾端形狀主要影響形狀阻力，它的作用僅次于首狀主要影響形狀阻力，它的作用僅次于首端形狀。為避免尾端水流發(fā)生分離形成漩端形狀。為避免尾端水流發(fā)生分離形成漩渦，一般以直線為佳，而不宜成凹形。渦，一般以直線為佳，而不宜成凹形。 設計水線在尾端的寬度應能蓋住螺旋槳設計水線在尾端的寬度應能蓋住螺旋槳和舵，

15、對槳和舵形成一定保護。和舵，對槳和舵形成一定保護。28第四節(jié)第四節(jié) 橫剖線的設計橫剖線的設計典型船中剖面形狀典型船中剖面形狀29中剖面系數的確定中剖面系數的確定brmpbmbmCFCCCL BCCC對于中低速船，若 與 配合偏大，則應盡量采用較大的以降低 ；隨著 和的減小， 也適當降低。對于高速船，由于 較小，型線較瘦，為了使中部不致過分凸起而造成明顯的突肩，宜采用較小的30二、端部橫剖線形狀二、端部橫剖線形狀 圖圖6-76-7所示為四種常規(guī)船型的橫剖型線，其所示為四種常規(guī)船型的橫剖型線，其形狀特征可分為：形狀特征可分為：V V形、中形、中V V形、中形、中U U形、形、 U U形形lU U形

16、形- -大型運輸大型運輸船及中、高速船及中、高速船舶船舶l(fā)V V形形-小型船小型船舶舶l(fā)中中V V形或中形或中U U形形- -中型船舶中型船舶31第五節(jié)第五節(jié) 首尾部輪廓線及船底線首尾部輪廓線及船底線一、首輪廓線一、首輪廓線32二、尾輪廓線二、尾輪廓線33三、船底線三、船底線34第六節(jié)第六節(jié) 甲板線甲板線 甲板線在型線圖的縱剖線圖上用舷弧線甲板線在型線圖的縱剖線圖上用舷弧線和脊弧線來反映，在半寬水線圖中用甲板和脊弧線來反映，在半寬水線圖中用甲板平面輪廓線來反映。平面輪廓線來反映。35一、舷弧線和脊弧線一、舷弧線和脊弧線定義定義 舷弧線：是甲板邊線在中線面上的投影線舷弧線：是甲板邊線在中線面上的

17、投影線 脊弧線：是甲板中心線在中線面上的投影線脊弧線：是甲板中心線在中線面上的投影線影響因素影響因素 首舷?。杭装迳侠撕透稍镄?；首舷弧：甲板上浪和干燥性； 尾舷弧：首舷弧的一半，考慮甲板上浪及小型船舶舵尾舷弧：首舷弧的一半，考慮甲板上浪及小型船舶舵機艙的高度機艙的高度確定步驟確定步驟 脊弧線脊弧線梁拱值梁拱值舷弧線舷弧線36二、甲板平面輪廓線二、甲板平面輪廓線定義定義甲板平面輪廓線是指甲板邊線在基平面上的甲板平面輪廓線是指甲板邊線在基平面上的投影。投影。決定因素決定因素 總布置圖；甲板使用要求；與橫剖面形狀總布置圖；甲板使用要求；與橫剖面形狀 的協(xié)調的協(xié)調三、梁拱三、梁拱 梁拱一般取型寬的梁拱

18、一般取型寬的1/501/501/1001/100；對于海船對于海船常取常取1/50,1/50,對于內河船常取對于內河船常取1/1001/10037第七節(jié)第七節(jié) 特種型線特種型線一、球鼻首一、球鼻首1、常見球鼻首、常見球鼻首38球鼻首的減阻機理球鼻首的減阻機理減小高速船舶的興波阻力減小高速船舶的興波阻力 鼻首產生波系與船體波系之間產生有利干擾鼻首產生波系與船體波系之間產生有利干擾減小低速肥大型船舶的破波阻力減小低速肥大型船舶的破波阻力 壓載航行時，船首延伸，改變首柱附近的水壓力壓載航行時，船首延伸，改變首柱附近的水壓力 滿載航行時，降低舭渦阻力和減少埋首現(xiàn)象。滿載航行時，降低舭渦阻力和減少埋首現(xiàn)

19、象。39二、特種尾型二、特種尾型球尾：雪茄形球尾和同心球尾球尾：雪茄形球尾和同心球尾40渦尾及不對稱尾渦尾及不對稱尾41雙尾雙尾42第八節(jié)第八節(jié) 型線圖的設計與繪制型線圖的設計與繪制一、型線繪制的基本要求一、型線繪制的基本要求繪制格子線繪制格子線手工時的精度，上墨等手工時的精度，上墨等光順性光順性凹凸度，曲率，均勻性，切點的位置凹凸度，曲率，均勻性，切點的位置投影一致性投影一致性高度，寬度的對應，各交點和交接線的投影高度，寬度的對應，各交點和交接線的投影43二、型線生成的方法二、型線生成的方法 自行設計法自行設計法 根據新船的具體要求，按型線設計的基本原根據新船的具體要求，按型線設計的基本原則

20、和規(guī)律，參考相近母型船的優(yōu)良型線資料，經則和規(guī)律，參考相近母型船的優(yōu)良型線資料，經設計者分析思考，并對新船型線特征有所把握后，設計者分析思考，并對新船型線特征有所把握后，自行設繪型線圖自行設繪型線圖 改造母型法改造母型法 利用與新船相近的母型船的型線資料，應用利用與新船相近的母型船的型線資料，應用適當的修改方法，將其改造成符合設計要求的新適當的修改方法，將其改造成符合設計要求的新船型線船型線44 系列型線系列型線 選擇與新船特征相近的系列船型，直接利用選擇與新船特征相近的系列船型，直接利用系列船型的型線資料，查得設計水線以上的船體系列船型的型線資料，查得設計水線以上的船體型值，需要時做局部的修

21、改。型值，需要時做局部的修改。 數學型線數學型線 應用數學函數來表達水線橫剖線或船體曲面，應用數學函數來表達水線橫剖線或船體曲面，控制形狀特征參數，由計算機程序完成型線生成控制形狀特征參數，由計算機程序完成型線生成工作。工作。45三、自行繪制法三、自行繪制法1 1、繪制格子線、繪制格子線2 2、繪制橫剖面面積曲線、繪制橫剖面面積曲線3 3、繪制側面輪廓線、設計水線和甲板平面輪廓線、繪制側面輪廓線、設計水線和甲板平面輪廓線4 4、繪制橫剖線圖、繪制橫剖線圖5 5、繪制半寬水線圖、繪制半寬水線圖6 6、繪制縱剖線圖、繪制縱剖線圖46橫剖線圖的繪制橫剖線圖的繪制（1 1）中橫剖面圖的繪制）中橫剖面圖的繪制 豐滿的中剖面豐滿的中剖面中剖面系數大的直壁式橫剖中剖面系數大的直壁式橫剖面線形狀面線形狀4748中剖面系數較小的中剖面中剖面系數較小的中剖面49繪制其余各站橫剖線繪制其余各站橫剖線Aiiy1、根據從半寬水線圖上量取第 站設計水線半寬值 ，得圖中 點i2AUV、從橫剖面面積曲線圖上量取第i站橫剖面面積， 作出該站的等面積矩形如下圖，分別適用于橫剖 面形狀為 、 和中間型503ABACBBP、仿照母型船對應站的橫剖面形狀，過 點及 點作 曲線，使圖中兩塊陰影部