船舶設計原理第6章

船舶設計原理(Ch6)§6-1概述§6-2選取主要要素的綜合分析§6-3載重量船主尺度的確定

§6-4布置地位型主尺度的確定

第六章

船舶主要要素的確定§6-5主尺度選優主要要素是描述船舶幾何形狀的一些最基本的特征數據，對船舶設計質量起著決定性的作用。船舶主要要素:船舶的排水量主要尺度

(船長、船寬、型深、吃水)船型系數

(方形系數、棱形系數、水線面系數、中剖面系數)尺度比(L/B,B/T,D/T,L/D)船舶技術經濟性能:

(快速性、穩性、耐波形、重量、容量、強度、總布置、經濟性等)§6-1概述滿足尺度限制的前提下盡力提高使用性能和經濟性要求。§6-1概述一.確定船舶主要要素應滿足的基本要求1.綜合性2.靈活性與多解性3.過程的逐步近似§6-1概述二.確定船舶主要要素的特點

(1)任務書分析

(2)調查研究

(3)確立設計指導思想

(4)估取第一近似值

(5)性能校驗

(6)繪圖核算

(7)主尺度選優§6-1概述三.確定主要要素的一般步驟一.選取L時應考慮的因素L↑浮力↑總布置Vc↑快速性Rf↑,Rr↓(▽不變)經濟性Lor<LE<Lropt(臨界船長，最佳船長)操縱性↑，縱搖升沉減緩，回轉性↓耐波性↑，穩定性L/B↓，↑，§6-2選取主要要素的綜合分析二.選取B時應考慮的因素B↑總布置↑，布置地位型船和中小型船舶，B多取決于布置初穩性GM↑快速性取決于B/T，當B↑同時Cb↓，阻力↓耐波性橫搖周期減小§6-2選取主要要素的綜合分析三.選取T時應考慮的因素T增加△增加快速性Δ不變時，Cb↓（對于中速船），R↓D螺↑，敞水效率↑Vs↑耐波性甲板上浪↓，抨擊，飛車↑經濟性不變時，L↓，B↓,Wh↓,Ps,S2↓,經濟性改善。§6-2選取主要要素的綜合分析四.選取D時應考慮的因素D增大總布置有利于布置快速性無影響經濟性對于中小型船舶，Wh↑Ps↑，E↓耐波性甲板上浪改善操縱性無影響抗沉性↑穩性↑§6-2選取主要要素的綜合分析五.選取Cb時應考慮的因素Cb是協調因子，當重力和浮力不平衡時，用它來調整。Cb增大浮力增大總布置有利于機艙布置快速性Rf減小Rr增大Cbopt，Cbor，CbE經濟性耐波性不利操縱性回轉性稍微增加，直航性沒影響§6-2選取主要要素的綜合分析六、實船設計時綜合考慮L:浮力，總布置，經濟性，快速性，耐波性B：浮力，總布置，穩性T：選較大吃水（T限）D：中小型船舶，控制D，大型船舶。適當增加DCb：貨船選經濟方形系數，客船，中小型船和海船適當減少方形系數§6-2選取主要要素的綜合分析1.載重型船載重量與排水量的比值(DW／Δ)較大、較穩定的船舶。（油船、散貨船及雜貨船）設計主要矛盾是DW主尺度確定往往從重力與浮力平衡入手。

2.布置地位型船為了布置各種用途的艙室需要較大艙容或甲板面積的船（客船、科學考察船、車客渡船、集裝箱船和載駁船）主要矛盾是容量，主尺度確定通常從總布置入手。§6-3載重型船主尺度的確定

(一)載重量系數法DW—設計船的載重量；ηdw—載重量系數；ηdw=DW0/Δ0，可取自母型船或統計資料。

(二)諾曼系數法§6-3載重量船主尺度的確定一、排水量估算三.主尺度初選(一)母型船改造法(二)經驗公式法

1．L的選取,

巴斯裘林公式L=K*(Vk/(Vk+2))2Δ1/3（在商船中計算經濟船長）

2.Cb的選取,

Cb=1.08-1.68Fn經濟方形系數

3.BT的選取, BT=Δ/ρkaLCb.

1）T=T限，

2）取B/T=C§6-3載重量船主尺度的確定(三)系列尺度法1）L，B，Cb，2）L/B、B/T、Cb3）L，B/T、Cb§6-3載重量船主尺度的確定四.性能校核與主尺度調整(一)重量校核(二)艙容及最小干舷校核

1）全船容量方程式

2）貨艙容量方程式(三)穩性和橫搖周期校核

GM=ZB+r-ZG

（設計狀態，滿載出港）

GM=a1T+a2B2/T-ξD（取母型船）§6-3載重量船主尺度的確定(四)航速校核

1．初估：海軍系數法

2。較精確估算 由PE----VsPt----Vs

得Vs流程圖§6-3載重量船主尺度的確定 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。因此，設計客船、集裝箱船、推拖船等布置地位型船舶時，一般都需從布置上所需的地位入手，計算所需伊L、B、D值，然后再根據重力與浮力平衡、快速性、穩性、耐波性、抗沉性等條件，綜合確定合理的主尺度。現以集裝箱船為例加以說明。§6-4布置地位型主尺度的確定一.按布置要求初選主尺度(1)確定新船裝箱的行、列、層數(2)選船寬B(3)初選船長L(4)選型深D§6-4布置地位型主尺度的確定二.排水量Δ估算(1)估算空船重量W，

LW=Wh+Wf+Wm

如采用固定壓載也應計入LW中，同時，一般還應計入Δ儲備。

(2)估算DW

載貨量按總裝箱數乘平均箱重計算． 平均箱重可為表6—3中最大重量的60％70％； 其他項目的重量見第二章。(3)估算新船排水量新船Δ＝LW+DW。§6-4布置地位型主尺度的確定三.方形系數CB的確定方形系數CB按重力與浮力平衡要求由浮性方程式,TCB

＝Δ/ρkLB，根據Fr與CB

、T與螺旋槳推進性能的配合合理性協調確定CB值。（高速船見表）四.性能校核 校核GM，Vs§6-4布置地位型主尺度的確定一.概念

1．船舶主尺度的約束條件。設計船的主尺度不僅要滿足任務書的要求，而且要受到各種因素(其中包括各種規范的要求)的制約。

2．可行方案。每一組主尺度的組合都可構成一個船型方案，但并非每一個船型方案都能滿足約束條件，滿足約束條件的方案為可行方案。

3．最優方案。在可行域內眾多的方案中，選取一個技術、經濟綜合性能最佳的主尺度組合。§6-5主尺度選優二.選優衡準

衡準設計方案優劣的標準有兩類：（一）能夠用數字表達的技術與經濟指標。海軍系數、航速、初穩性高度、橫搖周期、載重量等技術指標；年運輸能力、年總成本、必要運費率及凈現值等經濟指標。（二）另一類是不能用數字表達的指標有關法規、乘員的工作生活條件、防止環境污染等。§6-5主尺度選優§6-5主尺度選優三.選優原理 實際設計中，可根據新船的特性，采用不同的具體步驟．獲得最佳的主尺度組合。但從基本原理上講，尋找最佳方案的途徑可大致分為兩類：從個別作擴展尋優和從一般作收縮尋優。§6-5主尺度選優四.優化方法

(一)變值法(亦稱網格法或參數分析法)

一般較常用的方法是變值法，即系統地改變對設計船的主要性能有顯著影響的船舶要素，組合成苦干組尺度方案，對每組方案都進行各項性能計算，然后在各級方案中比較選優。

(二)最優化方法 最優化方法是利用近代數學力求有約束多元函數極值來求解最優方案的一種方法。(三)正交設計法