船舶設(shè)計(jì)原理(第六章)-2016-C

封面第六章、型線設(shè)計(jì)

6.1概述型線圖是性能計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，各種布置和建造放樣的依據(jù)。型線設(shè)計(jì)是船舶總體設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。首先，型線與阻力性能關(guān)系重大，尾部型線與螺旋槳的配合對(duì)推進(jìn)效率和振動(dòng)有很大的影響。此外，型線與船舶的穩(wěn)性、操縱性、橫搖阻尼、船在波浪上的運(yùn)動(dòng)特性、砰擊等都有關(guān)系。在使用方面，型線影響布置和艙容，例如機(jī)艙內(nèi)的布置條件、貨艙和壓載艙的容積、甲板的布置地位等。在建造方面，型線的平直部分、可展曲面部分可以簡(jiǎn)化施工的工藝，而復(fù)雜曲面增加了施工難度和工作量。由此可見，型線設(shè)計(jì)需要考慮許多方面的要求，有些要求還會(huì)相互抵觸，設(shè)計(jì)者必須加以權(quán)衡。6.1概述

某小型多用途船的型線圖：第六章、型線設(shè)計(jì)6.1概述75000t散貨船型線圖：第六章、型線設(shè)計(jì)6.1概述第六章、型線設(shè)計(jì)Tribon–Line/Surface6.1概述第六章、型線設(shè)計(jì)Napa6.1概述第六章、型線設(shè)計(jì)NURBS曲面6.1概述型線設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾個(gè)方面：保證良好的航海性能。除了某些有特殊要求的情況以外，通常把快速性（阻力與推進(jìn)）放在主要地位來(lái)考慮，同時(shí)兼顧耐波性、操縱性和穩(wěn)性?？紤]總布置的要求。總布置所需的甲板面積，貨艙大開口的尺寸，縱傾的調(diào)整等對(duì)型線設(shè)計(jì)都有一定的要求，型線設(shè)計(jì)中應(yīng)加以考慮和滿足。必要時(shí)，當(dāng)布置與性能對(duì)型線的要求發(fā)生矛盾時(shí)，通常是適當(dāng)降低對(duì)性能方面的要求，來(lái)滿足布置和使用的需要?？紤]船體結(jié)構(gòu)的合理性和工藝性。例如，不必要的復(fù)雜曲面的船體形狀，不僅增加建造工時(shí)，多耗材料，而且不易保證施工質(zhì)量，影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。外觀造型。水線以上的首尾輪廓線、甲板邊線以及外露的折角線應(yīng)考慮美觀和造型方面的要求。第六章、型線設(shè)計(jì)6.1概述型線設(shè)計(jì)的精度：應(yīng)符合要求的排水體積，其誤差要求與設(shè)計(jì)中對(duì)排水量考慮的余量有關(guān)。如果重量裕度在1％~2％時(shí)，排水體積允許的誤差約為±0.5％。應(yīng)符合要求的浮心縱向位置。文獻(xiàn)［1］建議，在縱傾允許誤差為±0.2％L時(shí)，型線設(shè)計(jì)結(jié)果的浮心縱向位置允許誤差約為0.3％L。第六章、型線設(shè)計(jì)橫剖面面積曲線；設(shè)計(jì)水線和甲板邊線；橫剖線形狀；側(cè)面輪廓線。控制船體型線的要素：6.2橫剖面面積曲線第六章、型線設(shè)計(jì)橫剖面面積曲線下的面積相當(dāng)于船的型排水體積（▽），曲線下面積的豐滿度系數(shù)等于船的縱向棱形系數(shù)CP（CP=▽/（AM·LPP））；面積形心的縱向位置相當(dāng)于船的浮心縱向位置XB；豐滿船的橫剖面面積曲線的中部有一平行段，稱為船的平行中體，長(zhǎng)度為L(zhǎng)P，平行中體前、后的兩段長(zhǎng)度分別稱為進(jìn)流段長(zhǎng)LE和去流段長(zhǎng)LR；方形系數(shù)小的船一般都沒有平行中體，最大橫剖面常位于船中（MS）之后。橫剖面面積曲線的特征：6.2橫剖面面積曲線第六章、型線設(shè)計(jì)棱形系數(shù)CP對(duì)船的剩余阻力RR影響很大，而對(duì)摩擦阻力RF影響極小。CP對(duì)剩余阻力的影響主要反映在興波阻力上，它是隨船的相對(duì)速度（傅汝德數(shù)Fn）而變化的。從阻力的影響來(lái)看，CM是不重要的，因此，CM的選擇很大程度上是考慮與CP的配合。一、棱形系數(shù)CP和中剖面系數(shù)CM的選擇低速船（如Fn＜0.2），興波阻力所占比例不大，CP對(duì)總阻力影響較小，但選取較小的CP總還是有利的。低速船一般CB都比較大，所以這種情況下CM都取得很大，以利減小CP

。一般運(yùn)輸貨船CM為0.98~0.99，大型船甚至達(dá)到0.995。6.2橫剖面面積曲線第六章、型線設(shè)計(jì)一、棱形系數(shù)CP和中剖面系數(shù)CM的選擇中等航速的船（如0.2<Fn<0.3），興波阻力已占總阻力相當(dāng)?shù)谋壤?，且興波主要發(fā)生在首部，船首應(yīng)尖瘦些，所以取較小的CP可減少剩余阻力，對(duì)總阻力有利。但過(guò)小的CP意味著CM很大，會(huì)引起橫剖面面積曲線和水線明顯的突肩，這是不利的，應(yīng)避免。所以隨著Fn增加，在CP減小的同時(shí)，CM也應(yīng)相應(yīng)地取小一些。航速較高的船（如Fn>0.3），隨著Fn的增加，船首興波的區(qū)域逐漸擴(kuò)展到船長(zhǎng)的很大部分，此時(shí)，在一定的CB下，過(guò)小的CP會(huì)導(dǎo)致船體中部過(guò)分凸起，從而造成更大的興波阻力，因此CP不宜過(guò)小。6.2橫剖面面積曲線第六章、型線設(shè)計(jì)二、浮心縱向位置XB的選擇浮心縱向位置XB決定了船前后半體的相對(duì)豐滿度。XB的選擇主要從快速性上有利的最佳浮心位置和與總布置所確定的重心縱向位置相配合這二個(gè)方面來(lái)考慮。從阻力方面看，當(dāng)浮心位置改變時(shí)，前體興波阻力和后體形狀阻力的相對(duì)比例發(fā)生變化。浮心位置向后移動(dòng)，前體豐滿度就減小，后體豐滿度增大，因而形狀阻力由小變大，而興波阻力由大變小。因此，對(duì)應(yīng)于給定速度的船，存在著一個(gè)阻力最小的最佳浮心位置。6.2橫剖面面積曲線第六章、型線設(shè)計(jì)二、浮心縱向位置XB的選擇浮心位置的選取，還必須與重心縱向位置相配合，使船有適宜的浮態(tài)。當(dāng)阻力上最佳的浮心位置與重心配合不當(dāng)而引起不允許的縱傾時(shí)，如果在總布置方面調(diào)整有困難，或者會(huì)造成犧牲過(guò)多時(shí)，通常是適當(dāng)?shù)負(fù)p失快速性去兼顧布置上的適宜性。XB偏離最佳位置不大時(shí)對(duì)阻力影響較小。6.2橫剖面面積曲線第六章、型線設(shè)計(jì)三、橫剖面面積曲線形狀的選擇（1）平行中體長(zhǎng)度和位置在一定的Fn范圍內(nèi)，船體采用適量的平行中體，無(wú)論從阻力性能方面還是在使用和建造方面都是有利的。6.2橫剖面面積曲線第六章、型線設(shè)計(jì)三、橫剖面面積曲線形狀的選擇（1）平行中體長(zhǎng)度和位置從阻力方面看，將排水體積適當(dāng)?shù)叵蛑胁考?，采用一段平行中體，對(duì)于前體可使進(jìn)流段尖瘦些，降低興波阻力；對(duì)于后體，可削瘦去流段的船體形狀，有利于改善形狀阻力。但是，設(shè)置太長(zhǎng)的平行中體后，過(guò)短的進(jìn)流段和去流段，會(huì)使平行中體的兩端形成過(guò)硬的“前肩”和“后肩”，這對(duì)阻力是不利的。在船舶的使用方面，因平行中體一段的橫剖面形狀完全相同，使中部的船艙方整，便于裝載貨物。設(shè)置平行中體還簡(jiǎn)化了工藝和降低建造成本。因此，從實(shí)用出發(fā)，平行中體長(zhǎng)度希望取長(zhǎng)些，但以不引起阻力性能惡化為限。6.2橫剖面面積曲線第六章、型線設(shè)計(jì)三、橫剖面面積曲線形狀的選擇（1）平行中體長(zhǎng)度和位置航速高的船不能設(shè)置平行中體。原因是這種船一般船體已很瘦削，設(shè)置平行中體后，平行中體和過(guò)分瘦削的首部連接處會(huì)形成凸肩，航行時(shí)產(chǎn)生的肩波和嚴(yán)重的肩部旋渦使阻力性能惡化。Fn>0.25（CB<0.62~0.64）的船，不宜設(shè)置平行中體。確定平行中體長(zhǎng)度和位置的原則是確定不引起阻力激增的最短進(jìn)流段長(zhǎng)度和去流段長(zhǎng)度。通常，設(shè)計(jì)中平行中體長(zhǎng)度和位置可以根據(jù)優(yōu)良的母型船資料并參照經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定。6.2橫剖面面積曲線第六章、型線設(shè)計(jì)三、橫剖面面積曲線形狀的選擇（1）平行中體長(zhǎng)度和位置6.2橫剖面面積曲線第六章、型線設(shè)計(jì)三、橫剖面面積曲線形狀的選擇（2）最大橫剖面位置無(wú)平行中體的船舶，最大橫剖面位置決定了進(jìn)流段和去流段的長(zhǎng)度。由于前體興波阻力隨航速的增大而增大，所以最大橫剖面位置也應(yīng)相應(yīng)后移。6.2橫剖面面積曲線第六章、型線設(shè)計(jì)三、橫剖面面積曲線形狀的選擇（3）橫剖面面積曲線的形狀CPFn橫剖面面積曲線兩端形狀說(shuō)明>0.785兩端均用直線形前肩曲度盡量小。0.75~0.78<0.182>0.182兩端均用直線形前端微凹，后端直線形據(jù)愛末生(Emerson)試驗(yàn),CP=0.7~0.78時(shí)前肩曲度盡量小，船首下部切去使船首傾斜，對(duì)阻力有利。0.70~0.75<0.238>0.238前端微凹，后端直線形前后端均應(yīng)微凹當(dāng)Fn<0.209時(shí)，后端形狀稍變對(duì)阻力影響不大。0.65~0.700.164~0.253>0.268前端以凹形為佳，不能用直線形；后端為直線或微凹前端為直線，后端直線或微凹均可<0.650.224~0.2530.283~0.313=0.358=0.537前后端均宜用微凹兩端均應(yīng)用直線形前端為直線，后端微凸前后端均微凸此時(shí)后端對(duì)阻力影響較微6.2橫剖面面積曲線第六章、型線設(shè)計(jì)四、生成橫剖面面積的母型改造法根據(jù)優(yōu)良母型船的橫剖面面積曲線，按設(shè)計(jì)要求改變棱形系數(shù)CP，浮心縱向位置XB

和平行中體長(zhǎng)度（LP）及位置時(shí)，可以用適當(dāng)?shù)男薷姆椒?，在保留曲線原有基本形狀的條件下修改得到新的橫剖面面積曲線。常用的一種修改方法稱為“1-CP”法。6.2橫剖面面積曲線第六章、型線設(shè)計(jì)四、生成橫剖面面積的母型改造法圖中各無(wú)因次量表示：CPF——修改前曲線下的面積，即前半體棱形系數(shù)；δCPF——CPF的修改量，即陰影部分的面積；lPF——前半體平行中體長(zhǎng)度；δlPF——lPF的修改量；hF——δCPF的形心距中；xBF——CPF的形心距中，6.2橫剖面面積曲線第六章、型線設(shè)計(jì)四、生成橫剖面面積的母型改造法（1）僅修改CP設(shè)修改函數(shù)為：δx=a（1－x）該函數(shù)的邊界條件為：x=1.0時(shí)，δx=0。由約束條件：得：a=δCPF/(1－CPF),代入式δx

的表達(dá)式，可得：

6.2橫剖面面積曲線第六章、型線設(shè)計(jì)四、生成橫剖面面積的母型改造法（2）同時(shí)修改CP和lP（3）同時(shí)修改CP，lP

和xB

（Lackenby法）（4）僅修改浮心縱向位置xB6.3型線幾何形狀特征和參數(shù)的選擇第六章、型線設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)水線及橫剖線形狀特征和參數(shù)的選擇設(shè)計(jì)水線的形狀特征和橫剖面形狀特征是相關(guān)的，設(shè)計(jì)水線豐滿意味著橫剖面在設(shè)計(jì)水線處較寬，在一定的橫剖面面積下，下部必然較窄，剖面形狀成V形。反之，設(shè)計(jì)水線削瘦，橫剖面形狀成U形設(shè)計(jì)水線的特征主要有水線面系數(shù)CW、平行中段長(zhǎng)度、端部形狀、半進(jìn)流角iE（近首垂線處設(shè)計(jì)水線相對(duì)中心線的夾角）。水線面系數(shù)CW設(shè)計(jì)水線的首端形狀和半進(jìn)流角（iE）設(shè)計(jì)水線尾段的形狀設(shè)計(jì)水線的平行中段長(zhǎng)度（1）設(shè)計(jì)水線

6.3型線幾何形狀特征和參數(shù)的選擇第六章、型線設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)水線及橫剖線形狀特征和參數(shù)的選擇阻力方面：V形的橫剖線形狀濕表面積較小，可減小摩擦阻力，同時(shí)它的舭部較瘦，有利于減少豐滿船（CB＞0.75）的舭部漩渦。但V形剖面興波阻力較大，因?yàn)樗鶎?duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)水線首端豐滿，半進(jìn)流角也大。U形剖面船的排水量相對(duì)集中在下部，設(shè)計(jì)水線削瘦，半進(jìn)流角小，有利于減小興波阻力，但濕面積大，摩擦阻力大。（2）首部橫剖線形狀

6.3型線幾何形狀特征和參數(shù)的選擇第六章、型線設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)水線及橫剖線形狀特征和參數(shù)的選擇（2）首部橫剖線形狀

耐波性方面：船在縱搖和升沉運(yùn)動(dòng)中，V形剖面下沉?xí)r，浮力和阻尼力矩大，能減小縱搖和升沉運(yùn)動(dòng)，且能緩和船底砰擊（尤其當(dāng)波長(zhǎng)與船長(zhǎng)之比λ/L＞1.0時(shí)），但V形剖面增加波浪中航行的阻力（尤其是λ/L＜1.2時(shí)）。由于耐波性的問題與船的大小關(guān)系密切，大船這方面的矛盾較小。6.3型線幾何形狀特征和參數(shù)的選擇第六章、型線設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)水線及橫剖線形狀特征和參數(shù)的選擇綜合靜水阻力和耐波性的因素，船的前體橫剖線形狀大致可這樣考慮：低速船采用V型比較有利；船長(zhǎng)較大的中速船（如Fn＝0.23左右），航行中較少遇到波長(zhǎng)超過(guò)船長(zhǎng)的波浪，可偏重靜水阻力來(lái)考慮，采用較U形的剖面形狀；小船更偏重耐波性因素的考慮，加上L/B通常較小，從幾何關(guān)系上處理也應(yīng)采用較V形的橫剖線形狀。（2）首部橫剖線形狀

水上部分的形狀船首水上部分的橫剖線形狀通常具有一定的外飄，這樣儲(chǔ)備浮力和甲板面積都大些。適量的外飄可減少甲板的上浪和淹濕6.3型線幾何形狀特征和參數(shù)的選擇第六章、型線設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)水線及橫剖線形狀特征和參數(shù)的選擇（3）尾部橫剖線和水線的形狀從阻力上看，后體的型線應(yīng)力求避免水流的分離。V形剖面能使進(jìn)入去流段的水流較順暢地向后沿斜剖線流動(dòng)，而且V形剖面濕面積也小。U形剖面船尾容易引起舭渦而且濕面積也大?？梢哉f(shuō)，U形的尾部橫剖線形狀在各種Fn下阻力性能都比V形差些。但是，U形和V形剖面對(duì)船尾伴流場(chǎng)的影響是不同的，對(duì)于肥大型船這種差別更為顯著。U形尾的軸向伴流分布比較均勻，可以提高推進(jìn)效率，并能減少螺旋槳葉梢部分的空泡和激振力6.3型線幾何形狀特征和參數(shù)的選擇第六章、型線設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)水線及橫剖線形狀特征和參數(shù)的選擇（3）尾部橫剖線和水線的形狀船尾水下型線除了考慮以上所述的阻力和伴流因素以外，以下二個(gè)因素也應(yīng)予以重視：盡量減少水流分離。水流分離形成旋渦，造成能量損失。保證螺旋槳良好的供水。螺旋槳前方的水線末端應(yīng)盡可能尖削，水線形狀成直線或微凹形，這樣有利于螺旋槳吸水，減小螺旋槳推力減額，推高推進(jìn)效率。尾部剖面形狀對(duì)推進(jìn)效率的影響大于對(duì)阻力的影響，況且還有對(duì)尾部振動(dòng)的考慮，因此，現(xiàn)代中低速船舶尾部大多采用U形剖面，甚至加球尾。有些情況下，為了兼顧阻力性能或布置要求等因素的考慮，后體型線也有將V形剖面形狀在接近螺旋槳處逐漸過(guò)度到U形。6.3型線幾何形狀特征和參數(shù)的選擇第六章、型線設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)水線及橫剖線形狀特征和參數(shù)的選擇（3）中剖面形狀中剖面舭部一般采用圓弧，小船和很瘦削的船采用拋物線形形狀。圓弧形舭部的半徑R：

當(dāng)h＝0時(shí)，則：6.3型線幾何形狀特征和參數(shù)的選擇第六章、型線設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)水線及橫剖線形狀特征和參數(shù)的選擇（4）橫剖面型線圖6.3型線幾何形狀特征和參數(shù)的選擇第六章、型線設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)水線及橫剖線形狀特征和參數(shù)的選擇（5）前半體水線和縱剖線圖6.3型線幾何形狀特征和參數(shù)的選擇第六章、型線設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)水線及橫剖線形狀特征和參數(shù)的選擇（5）后半體水線和縱剖線圖6.3型線幾何形狀特征和參數(shù)的選擇第六章、型線設(shè)計(jì)二、側(cè)面輪廓線和甲板線（1）首輪廓線型線的側(cè)面輪廓線包括首柱輪廓（有球首時(shí)包括球首）、尾端和尾框輪廓（雙尾或雙尾鰭船包括中縱剖線）、龍骨線、甲板中心線和甲板邊線。側(cè)面輪廓線是船體型線最基本的邊界線，也是船體形狀特征的重要控制要素之一?，F(xiàn)代船最常用的首輪廓線型狀是圖中所示的前傾型首。確定船首輪廓線時(shí)應(yīng)注意與水線和橫剖線形狀的配合，前傾大的首輪廓線一般與V形的橫剖線形狀相配合，前傾小或接近直立型的首輪廓線與U形的橫剖線相配合。6.3型線幾何形狀特征和參數(shù)的選擇第六章、型線設(shè)計(jì)二、側(cè)面輪廓線和甲板線（2）尾輪廓線船尾輪廓形狀的選擇主要是考慮舵和螺旋槳的布置以及與橫剖型線的配合。現(xiàn)代運(yùn)輸船一般都采用巡洋艦尾，為了簡(jiǎn)化工藝，大多在水線以上切除了巡洋艦尾的曲面尾端，改用一塊后傾10°~15°的平板作為尾封板。尾框設(shè)有底龍骨（也稱舵托）的稱為閉式尾框；不設(shè)底龍骨的稱為開式尾框。開式尾框的優(yōu)點(diǎn)是：可使螺旋槳軸線下移，增大尾懸體的浸深，對(duì)阻力有利；消除了螺旋槳對(duì)底龍骨的振動(dòng)脈沖；簡(jiǎn)化了建造工藝。閉式尾框的好處是在船擱淺或拖底時(shí)增加了對(duì)舵和螺旋槳的保護(hù)；減少了漁網(wǎng)等雜物對(duì)螺旋槳的纏繞。6.3型線幾何形狀特征和參數(shù)的選擇第六章、型線設(shè)計(jì)二、側(cè)面輪廓線和甲板線（2）尾輪廓線船舶類型間隙（與螺旋槳直徑的比例）abcｄE貨船、拖船及其他低速船0.10~0.120.15~0.220.12~0.200.03~0.050.16~0.20CCS（建議值）0.120.200.140.04快速船0.15~0.300.18~0.250.14~0.226.3型線幾何形狀特征和參數(shù)的選擇第六章、型線設(shè)計(jì)二、側(cè)面輪廓線和甲板線（3）龍骨線有水平龍骨和有原始縱傾龍骨，常規(guī)型線是水平龍骨。甲板線包括甲板邊線和甲板中心線。甲板邊線是一條空間曲線。甲板邊線的寬度根據(jù)總布置的要求結(jié)合水上部分橫剖線的形狀來(lái)決定。對(duì)于大開口的船或者甲板布置集裝箱時(shí)，甲板邊線寬度的確定更應(yīng)與總布置配合好。甲板邊線的高度根據(jù)首尾舷弧確定。（4）甲板線折線形狀甲板中心線與甲板邊線的關(guān)系梁拱（圓弧梁拱和折線梁拱）6.4型線圖設(shè)繪方法第六章、型線設(shè)計(jì)型線圖的設(shè)繪方法有以下幾種：母型改造法生成船體型線的方法自行設(shè)繪法母型改造法系列船型方法數(shù)學(xué)型線方法1.主尺度改造長(zhǎng)度:寬度：吃水：6.4型線圖設(shè)繪方法第六章、型線設(shè)計(jì)母型改造法生成船體型線的方法2.橫剖面面積曲線的改造采用母型改造法，一般情況下，中剖面系數(shù)不作改造。橫剖面面積曲線改造后，CB、CP、CM、XB和Δ均基本已滿足要求。3.插值產(chǎn)生水線，經(jīng)而生成橫剖線和縱剖線4.經(jīng)三向光順后，插值得到型值6.5特殊的首尾型線介紹第六章、型線設(shè)計(jì)為了改善船舶的性能，特別是為了提高快速性，船舶設(shè)計(jì)和研究人員進(jìn)行著不懈的努力，根據(jù)各種需要和可能，研究開發(fā)出了許多種特殊的船體型線。這些型線的特殊性大多是集中在船的首尾部分，所以我們稱之為特殊的首尾型線。特殊的首尾型線種類很多，本節(jié)介紹其中的球首、球尾、不對(duì)稱尾以及雙尾和雙尾鰭型線。6.5特殊的首尾型線介紹第六章、型線設(shè)計(jì)球首的作用主要是減小阻力，提高船舶的快速性。此外，對(duì)耐波性也有一定的影響。6.5.1球首1.球首的作用和影響6.5特殊的首尾型線介紹第六章、型線設(shè)計(jì)6.5.1球首1.球首的作用和影響進(jìn)一步的研究表明，對(duì)于低速肥大型船，船首舭部型線曲率半徑較小，船側(cè)水流向下流動(dòng)經(jīng)舭部后與船底水流相遇，產(chǎn)生大量渦流，這種形狀阻力占總阻力的比例不少，安裝具有整流作用的球首后，可以改善首部流場(chǎng)，降低形狀阻力和減少埋首現(xiàn)象。安裝形狀適當(dāng)?shù)那蚴?，還可使首端水線削瘦，減小破波阻力。此外，設(shè)置體積較大的球首后，在相同排水體積時(shí)，可使前肩處的排水體積前移，增加進(jìn)流段長(zhǎng)度，緩和了凸肩現(xiàn)象，從而改善前肩的渦流。球首的減阻機(jī)理，早期的研究認(rèn)為，球首改變了水的壓力場(chǎng)，安裝一個(gè)大小和形狀恰當(dāng)?shù)那蚴?，在一定的速度范圍?nèi)，球首產(chǎn)生的波系可以與船體波系產(chǎn)生有利干擾。此種球首的主要作用是減小興波阻力，所以當(dāng)時(shí)認(rèn)為球首僅適用于Fn>0.23的情況。6.5特殊的首尾型線介紹第六章、型線設(shè)計(jì)6.5.1球首1.球首的作用和影響從耐波性方面看，球首增加了縱搖阻尼，當(dāng)波長(zhǎng)大致等于船長(zhǎng)時(shí)共振區(qū)內(nèi)阻尼作用最大，甚至在波長(zhǎng)較短時(shí)，球首仍有一定的阻尼作用。但當(dāng)波長(zhǎng)大于1.3~1.5倍船長(zhǎng)時(shí)，相對(duì)無(wú)球首的同型船縱搖振幅會(huì)增大，但在這樣的波長(zhǎng)時(shí)，縱搖振幅與波高之比不會(huì)很大了。設(shè)置球首后對(duì)航向穩(wěn)定性和回轉(zhuǎn)性也有一定的不利影響，影響程度主要看球首側(cè)面積參數(shù)的大小。設(shè)置球首的不利因素主要是增加了建造成本和影響錨泊設(shè)備的布置。如果球首較寬、錨泊設(shè)備布置地位又較小，通常會(huì)產(chǎn)生收放錨時(shí)錨爪與球首相碰的問題，解決的辦法可以采用兩臺(tái)單側(cè)式錨機(jī)和加大錨唇或者將錨鏈筒伸出船體

6.5特殊的首尾型線介紹第六章、型線設(shè)計(jì)6.5.1球首2.球首的形狀和特征參數(shù)球首的形狀可以變化出無(wú)數(shù)種，教材圖6.5.2是幾種典型的形狀。由于船舶本體的型線和船型參數(shù)各不相同，為使球首與本體型線配合后獲得最佳的效果，從而演化出各種各樣的球首形狀。球首的形狀和大小，可以用以下六個(gè)特征值參數(shù)式中：AM為中橫剖面面積；▽PR為球首體積

6.5特殊的首尾型線介紹第六章、型線設(shè)計(jì)6.5.1球首3.球首的設(shè)計(jì)一般來(lái)說(shuō)，球首設(shè)計(jì)主要從減小阻力方面來(lái)考慮，形狀和參數(shù)的選取主要取決于本體型線的特征和船型參數(shù)與航速的配合情況。通常，安裝在一艘船上的優(yōu)良球首，若改裝到另一艘船上就不一定有好的效果。

球首設(shè)計(jì)目前歸納出一套普遍適用的具體方法是困難的。通常，設(shè)計(jì)球首是針對(duì)具體船型的特點(diǎn)，根據(jù)一些基本規(guī)律和經(jīng)驗(yàn)，確定一個(gè)或幾個(gè)球首方案，通過(guò)反復(fù)的模型試驗(yàn)來(lái)改進(jìn)球首形狀并最后選擇確定。6.5特殊的首尾型線介紹第六章、型線設(shè)計(jì)6.5.1球首3.球首的設(shè)計(jì)應(yīng)注意的是，以減小興波阻力為主的球首，在某一航速和載況下選定的效果優(yōu)良的球首，一旦航速或載況改變以后，船體的波系強(qiáng)度和相位都會(huì)發(fā)生變化，此時(shí)球首的效果也會(huì)發(fā)生顯著變化，甚至?xí)a(chǎn)生負(fù)作用，而且球首越大，負(fù)作用也越明顯。就一般情況而言，對(duì)于快速船，球首的主要作用是產(chǎn)生一個(gè)有利干擾的波系，球首的長(zhǎng)度參數(shù)主要影響球首波系的相位，而首垂線處的橫剖面積參數(shù)fBd和體積參數(shù)fVPR決定了球首波系的強(qiáng)度。航速越高，興波阻力越大，設(shè)置產(chǎn)生強(qiáng)波系的球首效果越明顯。6.5特殊的首尾型線介紹第六章、型線設(shè)計(jì)6.5.1球首3.球首的設(shè)計(jì)對(duì)于低速肥大船型，球首參數(shù)的選擇主要根據(jù)本體型線的特征，使設(shè)置的球首能最有效地改善船首流場(chǎng)。對(duì)于破波阻力大的船（肥大船隨Fn增大后破波阻力增加迅速），球首長(zhǎng)度參數(shù)適當(dāng)取大些更有利。選擇球首形狀考慮的因素，一是在幾何上與本體型線應(yīng)有合理的配合。例如V形和SV形球首與前體V形的橫剖型線比較容易相配合。而圓形，水滴形和梨形的球首與前體U形橫剖線較易相配合。但是，幾何形狀上配合適宜的球首是否能獲得良好的效果，還需進(jìn)一步證實(shí)。二是從減阻機(jī)理以及對(duì)性能的影響來(lái)考慮球首的形狀。6.5特殊的首尾型線介紹第六章、型線設(shè)計(jì)6.5.1球首3.球首的設(shè)計(jì)6.5特殊的首尾型線介紹第六章、型線設(shè)計(jì)6.5.2其他特殊船首X

bow6.5特殊的首尾型線介紹第六章、型線設(shè)計(jì)6.5.2其他特殊船首STX

OSV6.5特殊的首尾型線介紹第六章、型線設(shè)計(jì)6.5.2其他特殊船首AX

bow6.5特殊的首尾型線介紹第六章、型線設(shè)計(jì)6.5.2其他特殊船首Beak

bow6.5特殊的首尾型線介紹第六章、型線設(shè)計(jì)6.5.2其他特殊船首Leadge

bow6.5特殊的首尾型線介紹第六章、型線設(shè)計(jì)6.5.3特殊的船尾型線船尾型線考慮的因素比船首復(fù)雜的多，從改善螺旋槳伴流，提高推進(jìn)效率方面考慮和減小阻力常常是矛盾的，因此，就快速性而言，有些特殊船尾的效果并不顯著。但是，現(xiàn)代船舶的大型化和快速化，使單軸的功率增加很多，螺旋槳的效率，尤其是螺旋槳空泡和激振力的問題日益突出，特殊的船尾型線因而被人們重視?，F(xiàn)代船舶采用特殊船尾型線，其目的主要是改善螺旋槳來(lái)流的狀態(tài)，從而提高推進(jìn)效率和減小激振