船舶設(shè)計原理4-4主尺度(15-16)

雜貨船-“TIMBUS”輪作業(yè)2：1．什么是容量圖？它是如何繪制出來的?有哪些用途?2．總噸位與凈噸位的主要差別是什么?主要作用有哪些?

1、什么是船舶的耐波性？答：是指船舶在風浪中遭受外力干擾產(chǎn)生各種搖擺運動以及砰擊、上浪、失速等情況下，仍能維持一定航速在水面上航行的性能。

2、什么叫最小干舷船、結(jié)構(gòu)吃水？答：最小干舷船：按“載重線”法規(guī)所要求的最小干舷來確定型深的船舶，稱為最小干舷船。對于富裕干舷船，在設(shè)計時保證最小干舷所求得最大裝載吃水Tmax，并使船體結(jié)構(gòu)設(shè)計符合Tmax的要求，則此Tmax稱為結(jié)構(gòu)吃水。課題五、船舶主尺度確定一、船舶尺度

船舶尺度，主要表示船體外形大小的尺度，即船的長、寬、深和吃水等。它是根據(jù)各種船舶規(guī)范和船舶在營運中使用上的要求定義的。按照不同的用途，主要可分為三種：船型尺度、登記尺度和船舶最大尺度。

1、在船舶入級與建造規(guī)范中定義的船舶尺度-------船型尺度

它主要是從船體型表面上量取尺度，在船舶的許多性能的理論計算中和一些主要的船舶圖紙上，均使用這種尺度。它也成為理論尺度和計算尺度。

1)船廠LBP

沿設(shè)計夏季載重水線，有船首柱前緣量至舵后緣的長度。

2)型寬B

在船體的最寬處，有一線的肋骨外緣量至另一舷的肋骨外緣之間的水平距離。

3)型深D在船中點處，有平板龍骨上緣量至干舷甲板橫梁上緣的垂直距離；對甲板轉(zhuǎn)角為圓弧形的船舶，則由平板龍骨上緣量至甲板型線與船舷型線與船舷型線的交點。

4)型吃水d

在船長中點處，由平板龍骨上緣量至夏季載重水線的垂直距離。

通常用垂線間長、型寬、型深表示船體外形的大小。這三個尺度稱為船舶主尺度，一般寫成下面的形式：

主尺度=垂線間長LBP×型寬B×型深D

2、海船噸位規(guī)范中定義的船舶尺度-------登記尺度

主要適用于登記船舶、丈量與計算船舶噸位的，故稱登記尺度。

1）登長LR

指量自龍骨板上緣的最小型深85%出水線長度的95%，或沿該水線從船首柱前緣量至上舵中心的長度，取兩者中較大者。

2）登深D

登深是指在船長LR中點船舷處從平板龍骨上表面量至上甲板下表面的垂直距離。

3）登寬B

是指船長LR中點處的最大寬度。

3、船體最大尺度

船舶在?？看a頭、進塢及過船閘、橋梁、架空電線和狹窄航道、船舶避碰操縱等要用到船體最大尺度。

1)總長LOA

包括兩端上層建筑在內(nèi)的船體型表面最前端與最后端的水平距離。

2)最大船長Lmax

船舶最前端與最后端之間包括外板和兩端永久性固定突出物（如頂推裝置等）在內(nèi)的水平距離。

3)最大船寬Bmax

包括外板和永久性固定突出物（如護舷材、水翼等）在內(nèi)的垂直于中線面的船舶最大水平距離。

4）最大高度

是從船舶的空載水線面垂直量至船舶固定建筑物，包括固定的桅、煙囪等在內(nèi)的任何構(gòu)件最高點的距離。凈空高度等于最大高度減去池水。

船舶設(shè)計中使用的船體主尺度1）總長Loa：2）設(shè)計水線長Lwl：3）垂線間長Lpp：4）型寬B：5）型深D：6）吃水T：7）干舷Ｆ：

二、船舶主尺度比

船舶主尺度比是表示船體幾何形狀特征的重要參數(shù)，其大小與船舶的航海性能有密切關(guān)系。常有的有：L/B、L/D、L/T、B/T、D/T、B/D、DW/△、t/kW、kg/kt.km、t.km/kW.h等

長寬比（L/B）。該值越大，船體越瘦長，其快速性和航向穩(wěn)定性越好，但回轉(zhuǎn)半徑也增大，受到航道和港口的限制，現(xiàn)有標準船型L/B值在5—6之間。

長度型深比（L/D）。該比值越大，船體縱向強度弱，穩(wěn)性差，規(guī)范限制自航船A級航區(qū)，L/D≤25?，F(xiàn)有標準船型L/D值在15—20之間。

長度吃水比（L/T）。該比值大，船舶回轉(zhuǎn)性能差，京杭運河標準船型L/T值在15—20，長江及三峽庫區(qū)標準船型L/T值在20—30之間。

型寬吃水比（B/T）。該比值大，反映船體較寬，船舶穩(wěn)性較好，但船舶阻力增加，橫搖周期小，耐波性變差。現(xiàn)有標準船型B/T值在3.5—4.5之間。

型深吃水比（D/T）。該比值大，干舷高，抗沉性好，但船艙容積增大，重心提高，穩(wěn)性受到影響?，F(xiàn)有標準船型D/T值在1.1—1.5之間。

型寬型深比（B/D）。該比值對穩(wěn)性、橫搖和強度都有較大影響，規(guī)范限制自航船A級航區(qū)，B/D值≤4?，F(xiàn)有標準船型B/D值在2.5—3.5之間。

載貨量系數(shù)（DW/△）。即船舶載貨量與船舶排水量之比。在同一排水量下，載貨量系數(shù)越高，船舶裝載能力就越大，船舶經(jīng)濟效益將越好。京杭運河標準船型DW/△值在0.75—0.8之間。川江及三峽庫區(qū)標準船型DW/△值在0.6—0.7之間。

單位功率載量（t/kW）。在相同航道條件下，單位功率載量越大，反映船舶阻力越小，船舶性能優(yōu)良。京杭運河標準船型t/kW值在2—3之間。

船舶耗能（kg/kt.km）。船舶耗能與主機油耗、功率、船舶航速及載量等因素有關(guān)，直接反映船舶性能和成本的高低。

船舶效率指標（t.km/kW.h）。它反映船舶運輸效率的高低。京杭運河標準船型的該值在25—40之間。

內(nèi)河船舶：一般內(nèi)河客船L/B＝4.5～6內(nèi)河油船L/B＝5～7內(nèi)河駁船L/B＝4.0～4.8長江拖輪L/B＝4.0～4.5內(nèi)河小拖船L/B＝3.5～4.5內(nèi)河淺水拖輪L/B＝4.0～5.3三、確定船舶主要要素應滿足的基本要求浮力要求容量要求各項技術(shù)性能要求船東對新船的使用要求；客觀條件的限制；新船的經(jīng)濟性。四、確定主要要素的一般步驟任務書分析調(diào)查研究估取第一近似值(根據(jù)母型船)性能校驗繪圖核算主尺度選優(yōu)五選取主要要素的綜合分析(一）共性:1、選取LBT時考慮主尺度限制和快速性2、選取LBD時考慮總布置的影響

(二）綜合分析:1、選取L時應考慮的因素(1)浮力(2)經(jīng)濟性(3)耐波性等性能首先考慮碼頭、船閘及航道的限制，船長一般不超過航道彎曲半徑的1/4。其次是滿足總布置對船長的需求，根據(jù)貨艙、機艙、艙室和甲板等布置，確定最小的船長。同時還要考慮選擇總阻力最小的船長。還應考慮船長對操縱性和適航性的影響。船長增加，縱搖可減輕，但船體鋼材重量相應也增加，船舶造價隨之上升。因此選擇船長要做到利大于弊。

2、選取B時應考慮的因素(1)穩(wěn)性與橫搖(2)浮力和經(jīng)濟性船寬關(guān)系到船舶的穩(wěn)性、阻力、總布置等因素。當船寬增加時，初穩(wěn)性也增大，對船舶穩(wěn)性有利。但船寬增加，橫搖的角速度、角加速度也增大，橫搖加劇。船寬的增加還受到船閘、橋孔和航道的限制。船寬增加，濕表面積相應也增加，摩擦阻力增大；由于長寬比減小，興波阻力明顯加大；船寬增加對布置有利。3、選取T時應考慮的因素(1)浮力(2)經(jīng)濟性船舶吃水受到航道和港口水深的限制。同時影響螺旋槳工作效率，對船舶阻力和穩(wěn)性也將產(chǎn)生影響。在排水量不變的條件下，吃水增加，浮心也隨之提高，初穩(wěn)性高度將減小，淺水阻力相應也加大。吃水應根據(jù)航道和港口的水深條件來確定，最大限度利用水深資源。目前最流行的做法是采用變吃水：根據(jù)洪、枯水季節(jié)和干支航道水深的變化情況，確定變吃水的范圍，使船舶在洪水期和干線航道上，充分利用水深資源；在枯水和支流航道上，實行減載航行，從而提高船舶的效益。

4、選取D時應考慮的因素

(1)艙容(2)甲板上浪與抗沉性(3)穩(wěn)性(4)強度與經(jīng)濟性型深對船舶穩(wěn)性、抗沉性、總縱強度、干舷、容積等因素都有影響。在吃水一定的條件下，型深的大小決定了干舷的高低，型深增加干舷加大，船舶儲備浮力增加，抗沉性增大，與此同時，船舶進水角也加大，復原力矩增大，對船舶穩(wěn)性有利；型深增加，橫剖面模數(shù)迅速加大，對船舶縱向強度有利；型深增加艙容也增大，對機艙布置有利；但型深增加，船舶鋼材也增加，船舶重量同時也增加。船舶吃水加上最小干舷是確定型深的下限，在此基礎(chǔ)上，綜合穩(wěn)性、抗沉性、總縱強度和容積等因素選擇型深參數(shù)。實船設(shè)計中型深D的選取對于載運重貨的最小干舷船，按最小干舷來確定D；對于載運輕貨的富裕干舷船，則按艙容要求確定D；布置地位型船、小型船舶一般按總布置要求選取D；小型海船，從船舶安全性考慮，一般取適當大的D，5、選取Cb時應考慮的因素

(1)浮力(2)快速性與耐波性

(3)經(jīng)濟性(4)總布置

六載重型船主尺度的確定

(一)、船舶類型劃分

1、載重型船

(DW／△)較大、較穩(wěn)定的船舶

2．布置地位型船

容積型船(二)排水量估算

1、載重量系數(shù)法載重型船第一次估算△時通常利用載重量系數(shù)dw，即

△＝DW／dw

DW——設(shè)計船的載重量；dw——載重量系數(shù)

下面對dw作些簡要分析：(1)．

dw的物理意義

dw表示船的載重量DW占排水量厶的百分數(shù)。

dw大者，LW小，表示其載重多。

dw的大小就成了船舶設(shè)計質(zhì)量的一個衡準指標。(2)．

dw的變化規(guī)律

因為△＝LW+DW＝Wh+Wf+Wm+DW＝Ch△+Cf△+Cm△+DW所以有

據(jù)統(tǒng)計資料，dw的變化規(guī)律是，對于載重量大的船，dw要大些，這是因為△大的船，Ch、Cf及Cm的值相對較小，也就是LW在排水量中所占的比例要小些，因而DW所占的比例大些。2諾曼系數(shù)法

當具有很相近的母型船且新船載重量與母型船相差不太大時，可采用諾曼系數(shù)法來估算新船△。如果按則經(jīng)整理歸并后有式中，N——諾曼系數(shù)，現(xiàn)對諾曼系數(shù)作簡要分析。(1).諾曼系數(shù)N的物理意義N越大表示載重量增加時其LW的增加越多。(2)．諾曼系數(shù)N的數(shù)值特點如果載重量增加1t，則排水量必須增加1t以上。載重型船的N較小，而布置地位型船的N較大。對應某一δDW，改變L時N最大，改變B次之，改變D、T或Cb時，N漸次變小。(三)、主尺度初選

在排水量△估算出來后，選取主尺度的方法相當靈活，下面介紹幾種可行的途徑1按母型船比例換算

當設(shè)計船與母型船航速、載重量差別不大時，可先暫時假定二者的Cb相同，則D也可按貨艙容量方程式求得：式中，Wc－載貨量；

c

－貨物積載因數(shù)；

kc－型容積利用系數(shù)；hd－雙層底高度；

lm、la、

lf分別為機艙長度、尾尖艙長度及首尖艙長度，K－考慮首、尾削瘦艙容減少的艙容系數(shù)，

lm、la、lf及hd可分析同型船資料取一個值。2利用有關(guān)統(tǒng)計式計算通常，可按巴士裘寧公式求上，按亞歷山大公式求Cb即則滿足浮力要求的B及T的乘積為

BT＝△／ρκLCb然后按航道和港口水深條件選取T，即可求出B，然后估取D.

3以L／B、B/T、Cb(或直接以L，B、Cb)為自變量，進行計算。若初步選定L／B、B／T、D／B及Cb，則可設(shè)：這樣4、性能校核與主尺度調(diào)整重量校核，艙容及最小干舷校核、穩(wěn)性和橫搖周期校核、航速校核等。

(一)重量校核(二)艙容及最小干舷校核(三)穩(wěn)性和橫搖周期校核

(四)航速校核

如航速不滿足要求，則應調(diào)整主尺度改善快速性，一般可首先從增加T、減小Cb上考慮(如干舷富裕)，次為增大B、減少Cb，通常增大L并減小Cb最有效，但對造價最不利。設(shè)計中可把幾種措施結(jié)合起來考慮。七布置地位型船主尺度的確定

布置地位型船的主尺度主要取決于所需的船主體容積及上層建筑甲板面積．

現(xiàn)以集裝箱船為例加以說明。集裝箱船的主尺度與船的裝箱數(shù)及集裝箱裝載的行、列、層(集裝箱在船長、船寬和型深方向的排列，依次稱為行、列、層)數(shù)密切相關(guān)。因此，集裝箱船選取主尺度之初首先要確定集裝箱的布置，然后可采用如下步驟確定主尺度。集裝箱船，是一種專門運載集裝箱的特種船舶。貨艙多為單層甲板，雙船殼，可堆放3-9層集裝箱。經(jīng)濟航速為19-24kn，集裝箱規(guī)格：40ft（40×8×8ft)和20ft(20×8×8ft)兩種。

（一）、按布置要求初選主尺度

(1)確定新船裝箱的行、列、層數(shù)

總裝箱數(shù)Nt

、裝箱行數(shù)X、列數(shù)y、層數(shù)Z與船的主尺度的關(guān)系，確定新船裝箱的行、列，層數(shù)。(2)選船寬B

根據(jù)新船裝箱的列數(shù)(包括艙內(nèi)箱列數(shù)和甲板箱列數(shù))選取船寬B。

(3)初選船長L根據(jù)總布置要求，L=lf+la+lc+lm式中，lf為首尖艙長；

la為尾尖艙長；

lc為貨艙段總長；

lm為機艙長；

lm可參考同類型同功率主機的機艙布置長度選定；lf、la按建造規(guī)范與布置要求選定，

l