《無人艇的總體設(shè)計(jì)案例》3700字

無人艇的總體設(shè)計(jì)案例綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u11731.1綜述 126661.2主要量度的確定 1162671.1.1型寬B 154951.1.2總長Loa 262011.1.3吃水T 253961.1.4重量及重心 259031.3總布置和艙室設(shè)備 2203941.3.1艇體結(jié)構(gòu) 3127111.3.2艙室布置 3209811.3.3總布置草圖 484931.3.4三維總布置圖 7231141.4重量與重心估算 9217841.4.1估算狀態(tài) 9253271.4.2估算內(nèi)容 9114121.4.3重量重心計(jì)算 10277411.5型線設(shè)計(jì) 12133841.5.1型線設(shè)計(jì)原則 12282591.5.2無人艇的型線設(shè)計(jì) 131.1綜述總體設(shè)計(jì)的內(nèi)容將包括對該無人艇的總長、型寬以及型深等主尺度進(jìn)行分析論證，合理確定無人艇的整體布置，對船舶進(jìn)行重量、重心進(jìn)行估算并繪制出無人艇的外部型線圖及總布置圖。此款多體復(fù)合無人艇依據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書之要求，能夠在5級海況下安全航行，3級海況下高速航行，并在開展作業(yè)時具有良好的穩(wěn)定性，對無人艇的安全性、快速性以及穩(wěn)性提出了較高的要求，在進(jìn)行總布置設(shè)計(jì)時要仔細(xì)考量其對各性能指標(biāo)的影響，同時型線設(shè)計(jì)在與總布置相配合時，對無人艇的航行性能也是舉足輕重的。1.2主要量度的確定1.1.1型寬B船舶主尺度的重要參數(shù)之一是型寬。型寬（B）是指船體兩側(cè)型表面之間垂直于中線面的水平距離。寬度對滑行艇的滑行性能有較大影響，適當(dāng)?shù)卦黾有蛯拰⒂兄诟纳品€(wěn)性，可以增加滑行面的展弦比，提高升力系數(shù)，優(yōu)化阻力性能，但是單獨(dú)地分析型寬變化對阻力的影響十分復(fù)雜，一般運(yùn)用型寬吃水比（B/T）分析船體的扁平程度對摩擦阻力和剩余阻力的影響，在具體的設(shè)計(jì)工作中還需要考慮到重量重心位置，機(jī)械設(shè)備的安放對艙容方面的要求等。此無人艇的主船體最大型寬定在1.746m，當(dāng)伸出兩側(cè)片體時，總寬度將達(dá)到1.897m。1.1.2總長Loa總長系指從船舶最前端至最尾端船體結(jié)構(gòu)的水平距離。該長度包括船舶的所有結(jié)構(gòu)和組成部件。對于多體船，應(yīng)分別測量每一船體的長度，取其中最長者為總長[2]。對于滑行艇來說，無論是折角線長度還是最大長度，其對性能的影響都不如一般排水型船那樣重要。艇長的選取主要是從總布置的要求來確定，一般長寬比為3～8[3]，考慮到對快速性以及總布置的要求，同時在確定合適的艇長時還需考慮操縱性和經(jīng)濟(jì)性等因素?；谝陨峡紤]和設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，此無人艇所選擇的總長為6.027m，可得長寬比為3.45，該值符合長寬比為3～8要求。1.1.3吃水T吃水T是構(gòu)成船的浮力的重要因素，是決定船舶載重量的尺度，同是也是影響濕面積的重要因素之一。結(jié)合對船長、型寬等方面的考慮，將此艇的吃水定在0.420m。1.1.4重量及重心船舶的重量與重心位置的計(jì)算在船舶的各個設(shè)計(jì)階段都是一項(xiàng)必不可少的重要工作。從目前的研究成功及理論計(jì)算來看，重心位置靠后形成一定的首傾可以減小濕長度，將有助于提高滑行艇的滑行效率。同時船舶的重心位置關(guān)系到浮態(tài)與穩(wěn)性。1.3總布置和艙室設(shè)備總布置設(shè)計(jì)是總覽全局的系統(tǒng)工程，涉及到各個方面并貫穿到新船設(shè)計(jì)的各個階段，需綜合考慮船、機(jī)、電各功能及布置協(xié)調(diào)，是一項(xiàng)解決各種矛盾、協(xié)調(diào)各部分設(shè)計(jì)的綜合性工作[4]。1.3.1艇體結(jié)構(gòu)此無人艇依設(shè)計(jì)任務(wù)書之要求，采用鋁合金材料，按中國船級社2021年出版的《小型海船入級規(guī)范》所述要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用縱橫骨架式結(jié)構(gòu)。此無人艇船殼、骨材以及上層建筑均采用鋁合金材料。1.3.2艙室布置此艇設(shè)計(jì)兩道艙壁，分別為防撞艙壁和水密艙壁，將無人艇內(nèi)部分隔成包括艏尖艙在內(nèi)的三個艙室。1、船外機(jī)綜合艙容、艇型及經(jīng)濟(jì)性等多方面考量，此無人艇決定采用船外機(jī)布置于船尾。船外機(jī)的重量估計(jì)為287kg，距艇中-2100mm，距基平面723mm.2、汽油箱燃油在無人艇航行過程中不斷地被消耗，重量重心變化較大，為穩(wěn)定設(shè)計(jì)艇地重心縱向位置，并盡可能地降低燃油地重心高度，將汽油箱盡可能地靠近艇體重心布置。此無人艇油箱為獨(dú)立油箱，其艇距船舯-795mm，距基線370mm。3、電池箱無人艇上不計(jì)劃安裝發(fā)電設(shè)備，船外機(jī)發(fā)電功率有限故大部分電氣設(shè)備及機(jī)械伸縮臂均由蓄電池提供電力供應(yīng)。計(jì)劃安裝三個電池箱放置三塊大功率船用電池。由于電池重量較重，為較好地平衡此艇重心縱向及垂向位置，電池箱也將布置在無人艇重心附近。距船舯774mm，距基線257mm。4、機(jī)械繩索臂布置在船舯靠后位置的兩具機(jī)械伸縮臂為此無人艇的特色。伸出狀態(tài)時，伸縮臂重心距船舯-250mm，距基線1485mm。收縮狀態(tài)時，伸縮臂重心距船舯-250mm，距基線1320mm。5、浮體無人艇兩側(cè)浮體與機(jī)械伸縮臂固定連接，布置于船體兩側(cè)。伸出狀態(tài)時，臂重心距船舯-1291mm，距基線547mm。收縮狀態(tài)時，重心距艇船舯-1291mm，距基線881m。6、船殼此無人艇為全鋁合金艇體，艇體重量包括外板、骨材和艙壁等。底板厚度為5mm,舷側(cè)板及上甲板厚度為4mm,艙壁厚度為5mm,尾緣板厚度為10mm,型材板厚為4mm,肋板厚度為4mm。進(jìn)行艇體重量估算，質(zhì)量約為756kg。重心距船舯-665mm，距基線719mm。1.3.3總布置草圖圖3.1單體船型態(tài)俯視圖圖3.2三體船型態(tài)俯視圖圖3.3俯視剖面圖圖3.4單體船型態(tài)側(cè)視圖圖3.5三體船型態(tài)側(cè)視圖圖3.6側(cè)式剖面圖圖3.7三體船型態(tài)艏艉視圖圖3.8單體船型態(tài)艏艉視圖1.3.4三維總布置圖運(yùn)用犀牛軟件對此無人艇的單體船型態(tài)及三體船型態(tài)進(jìn)行三維建模，如下圖所示。圖3.9三體及單體船型態(tài)艏部視角圖圖3.10三體及單體船型態(tài)艉部視角圖1.4重量與重心估算在選擇與確定船舶主要要素之后就是確定船舶的重量以及進(jìn)行重心位置的估算，任何設(shè)計(jì)的成功都取決于其重量和重心，這兩個參數(shù)是穩(wěn)性、快速性、有效載荷能力、適航性能等的基礎(chǔ)。對于此無人艇而言，確定好了艇體的船體結(jié)構(gòu)、艙室結(jié)構(gòu)、艇上機(jī)電設(shè)備及舷外機(jī)等主要設(shè)備后，便可以開始進(jìn)行無人艇的重量重心估算了。為調(diào)整至合適的重量與重心位置，這項(xiàng)步驟將是反復(fù)和精細(xì)的。1.4.1估算狀態(tài)此無人艇無裝載貨物的任務(wù)設(shè)計(jì)，依照有關(guān)規(guī)范并結(jié)合本身可變船體形式的特征，核算的裝載狀態(tài)包括：三體船形態(tài)下的出港重量、到港重量和單體船型下的出港重量、到港重量。1.4.2估算內(nèi)容船在某一裝載情況下的總重量就是此時的排水量，它由各部分重量組成。通常在設(shè)計(jì)中將排水量分成空船重量和載重量兩個部分，即?=LW+DW（3-1）式中:LW為空船重量。LW=W1+W2+W3（3-2）式中：W1為船體鋼料重量（t）；W2為木作舾裝重量（t）;W3為機(jī)電設(shè)備重量（t）;DW為載重量（t），包括船上設(shè)備、油料、主機(jī)冷卻水等重量[5]。該無人艇的重量估算采用將艇體各部分重量累加的方法，考慮到骨材重量，最后還需考慮增加10%船體結(jié)構(gòu)質(zhì)量的建造余量。1.4.3重量重心計(jì)算表1.1無人艇（單體船型）重量重心計(jì)算表分類質(zhì)量(kg)重心縱向坐標(biāo)（mm）重心垂向坐標(biāo)(mm)縱向力矩(kg*mm)垂向力矩(kg*mm)出港船體結(jié)構(gòu)756.362085719.01577010.60543821.84推進(jìn)動力系統(tǒng)287-500580.0-143500.00166460.00電氣系統(tǒng)307.33793.78476.621165830.00146465.00儀器儀表51.83517.991006.62185750.0053151.00輔助系統(tǒng)622141.13324.11132750.0020095.00其他設(shè)備245.71529.181151.15375720.00282838.00建造余量171.12燃油236.251955370461868.7587411.5總計(jì)2118.531958.44670.294148996.151420026.54到港船體結(jié)構(gòu)756.3620857191577010.60543821.84推進(jìn)動力系統(tǒng)287-500580-143500.00166460.00電氣系統(tǒng)307.33793.78476.621165830.00146465.00儀器儀表51.83517.991006.62185750.0053151.00輔助設(shè)備622141.13324.11132750.0020095.00其他設(shè)備245.701529.181151.15375720.00282838.00建造余量171.12燃油23.63195513846186.883260.25總計(jì)1905.901958.82700.913733314.281335874.29表1.2無人艇（三體船型）重量重心計(jì)算表分類質(zhì)量(kg)重心縱向坐標(biāo)(mm)重心垂向坐標(biāo)(mm)縱向力矩(kg*mm)垂向力矩(kg*mm)出港船體結(jié)構(gòu)756.362085688.001577010.60520375.68推進(jìn)動力系統(tǒng)287-500580.0-143500.00166460.00電氣系統(tǒng)307.33793.78476.621165830.00146465.00儀器儀表51.83517.991006.62185750.0053151.00輔助系統(tǒng)622141.13324.11132750.0020095.00其他設(shè)備245.701529.181124.29375720.002776238.00建造余量171.12燃油236.251955370344568.7565211.5總計(jì)2118.531958.44656.114148996.151389979.38到港船體結(jié)構(gòu)756.3620856881577010.60520375.68推進(jìn)動力系統(tǒng)287-500580-143500.00166460.00電氣系統(tǒng)307.33793.78476.621165830.00146465.00儀器儀表51.83517.991006.62185750.0053151.00輔助設(shè)備622141.13324.11132750.0020095.00其他設(shè)備245.701529.181124.29375720.002776238.00建造余量171.12燃油23.63195513846186.8753260.25總計(jì)1905.901958.83685.153733314.281305827.13通過重量重心計(jì)算表格得出無人艇兩種狀態(tài)下的重量重心最終結(jié)果如下：表1.3無人艇重量重心計(jì)算結(jié)構(gòu)計(jì)算狀態(tài)重量（kg）重心縱向坐標(biāo)（距0號站位，mm）重心垂向坐標(biāo)（距基線，mm）單體出港2118.531958.44670.29單體到港1905.901958.82700.91三體出港2118.531958.44656.11三體到港1905.901958.82685.151.5型線設(shè)計(jì)在船舶的初步設(shè)計(jì)階段中型線設(shè)計(jì)需要在主尺度確定后與總布置設(shè)計(jì)配合進(jìn)行的，型線設(shè)計(jì)必須格外細(xì)致，它決定著船體的形狀特征，進(jìn)而影響著船舶包括阻力、穩(wěn)性和操縱性等各種性能，同時其與結(jié)構(gòu)和建造工藝等密切相關(guān)，關(guān)系到船舶的經(jīng)濟(jì)性能。型線設(shè)計(jì)結(jié)果將是評判該艇設(shè)計(jì)質(zhì)量好壞的重要依據(jù)之一。1.5.1型線設(shè)計(jì)原則（1）滿足快速性、耐波性等設(shè)計(jì)任務(wù)書的基本要求（2）滿足總布置要求。（3）基于設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求滿足相關(guān)主尺度1.5.2無人艇的型線設(shè)計(jì)1、概述型線設(shè)計(jì)在船舶總體設(shè)計(jì)中的重要性不言而喻。初步設(shè)計(jì)工作中,此無人艇的型線設(shè)計(jì)是與主尺度確定和總布置設(shè)計(jì)相輔相成，在主尺度選擇和艙室及設(shè)備布置時就需要對型線進(jìn)行考慮，并反應(yīng)在此艇的型線特征上。優(yōu)秀的型線設(shè)計(jì)將是該無人艇發(fā)揮優(yōu)異航行性能的重要保障，同時為后續(xù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建造等提供依據(jù)。首先，型線與阻力性能關(guān)系重大，如斜升角、折角線長度和重心的縱向位置等都將對阻力性能產(chǎn)生影響，同時尾部型線與推進(jìn)效率和振動有很大的影響，此艇采用方尾設(shè)計(jì)，其能使得水流較平坦地脫離船體，有益于船體減阻。其次，型線與船舶的穩(wěn)性、操縱性和快速性等都有關(guān)系。再者，型線設(shè)計(jì)時需考量對布置和艙容的影響，如無人艇的艙容及艙室布置、兩側(cè)片體的安放位置，艉部船外機(jī)的安裝等。最后，帶有明顯折角的V型剖面作為滑行艇的典型特征之一，已有研究表明：滑行艇V