《船舶设计原理》部分答案

1基本概念：

绿色设计思想：减少物质和能源的消耗，减少有害物质的排放，又要使产品及零部件能够方便的分类回收并再生循环或重新利用。

船舶绿色设计：利用绿色设计基本思想，设计出资源省，能耗低，无污染，效益高的绿色船型。

能效设计指数

试航速度：是指满载时主机在最大持续功率前提下，新船于静，深水中测得的速度。

服务速度：是指船在一定的功率储备下新船满载所能达到的速度。

续航力：一般是指在规定的航速和主机功率情况下，船一次所带的燃油可供连续航行的距离。

自持力：是指船上所带的淡水和食品所能维持的天数。

全新设计法：在没有合适母型船的情况下，往往采用边研究、边试验、边设计的方法

母型设计法：在现有船舶中选取与设计船技术性能相近的优秀船舶作为母型船，并在其基础上，根据设计船的特点，运用基本设计原理有所改进和创新的设计方法。

四新：新技术、新设备、新材料、新工艺

最小干舷船：对载运积载因数小的重货船，其干舷可为最小干舷，并据此来确定型深D ，这类船称为最小干舷船。

富裕干舷船：对载运积载因数大的轻货船，按最小干舷所确定的D ，其舱容往往不能满足货舱容积的要求，因而D 需根据舱容来定，从而实际干舷大于最小干舷，这类船称为富裕干舷船。

结构吃水：如结构按最大装载吃水设计，则此时的吃水称为结构吃水。 出港：到港：

载重型船：运输船舶中，载重量占排水量较大的船舶，如散货船、油船等。这类船对载重量和舱容的要求是确定船舶主尺度是考虑的主要因素。

DWT

V E E EEDI ref ?-=节能装置设备消耗

布置型船：船舶主尺度由所需的布置地位决定，而载重量不作为主要因素考虑

的一类船舶。如客船等。

舱容要素曲线：是指液体舱的容积、容积形心垂向和纵向坐标、自由液面对通过其中心纵轴的惯性矩等随液面不同而变化的曲线。

容量方程：

吨位：船舶登记吨位（RT）：是指国际船舶吨位丈量公约或船籍国政府制定的

吨位丈量规则核定的吨位，包括总吨位和净吨位。

⒈总吨位（GT）：是以全船围蔽处所的总容积（除去免除处所）来量计，它表征船的大小。

⒉净吨位（NT）：是按船舶能用于营利部分的有效容积来量计，它表征船舶的营利能力。

船舶登记吨RT为与船的载重吨位DW是完全不同的概念。对于同样载重量的船舶，其登记吨位小者经济性要好些。

最佳船长：对应于阻力最小的船长。

经济船长：从造价和营运经济角度出发，对应于阻力稍有增加的较短船长。临界船长：对应于阻力开始显著增加的最短船长。

耐波性：是指船舶在风浪中遭受外力干扰产生各种摇摆运动以及砰击、上浪、失速等情况下，仍能维持一定航速在水面上航行的性能。

抗沉性：

操纵性：：是指船舶利用其控制装置来改变或保持其运动速率、姿态和方向的能力。它关系到船的安全性和经济性

快速性：就是航行速度与所需主机功率之间的问题，一是达到规定的航速指标，所需的主机功率小：二是当主机功率给定时，船的航速比较高。

资金时间价值：是指资金随时间变化而产生的资金增值和效益，其计算方法分单利法和复利法。

总现值：船舶（设备）使用期内个年总费用与残值的折现，其值越小越好。平均年度费用（AAC）：是指将船舶或设备的初投资在营运期内每年的等额资金会收费用与年营运费用之和，其值越小越好。

必要费率：是指为达到预订的投资收益率单位运量（周转量）所需的收入。

净现值（NPV）：在船舶建造和营运期内，把各年度的收入和支出按投资收益

率折现后相减之差值。

内部收益率：船舶使用期（或还本付息期）内使NPV=0的投资收益率。

诺曼系数1）恒大于1

2）值的大小取决于空船重量所占排水量比例

3）其值随α、β、γ的大小而变，如α=β=γ=1，其值就是载重系

数的倒数

4）为调整排水量而修改不同的主尺度时，其值也应不同

横剖面面积曲线：

自行设绘法：是根据不同类型船舶不同的使用特点，运用所掌握的船体主要形

状特征和参数对船的性能、布置的影响规律，分清主次，统筹兼顾，合理地加以处理

母型改造法；参照优秀的母型船型线或系列型线，根据新船的具体要求，用适当的方法加以修改而成。

2解答题：

1)为什么要留排水量和重心高度裕度

留排水量裕度的原因：

1）设计中重量估算误差

2）未预计重量可增加

3）建造中难免会采用一些代用品（包括材料和设备等）导致空船重量增加。

留重心高度裕度的原因：

1）重心估算的误差

2）船舶在建造过程中重量的变化及位置的改变

3）提高船舶安全性。

2)进行完工设计的必要性

对变动的图纸作相应修改、根据试验和检验项目重新或增编报告和使用手册。这是因为：

①初步设计时重量重心的估算；

②建造时型线的修改、布置的局部变动；

③设备的变换和材料的代用。

④为船舶营运维修改装提供依据、为船舶设计和研究积累

现代船舶设计一般分为：初步设计、详细设计、生产设计、完工设计四个阶段3)影响钢料重量因素有哪些

1）主尺度

2）布置特征

3）使用要求

4）其他因素

见作业

5)设置压载水舱的必要性及其考虑

为了保证船在非满载航行时的浮态、稳性和适航性，常在船上设置专用压载水舱，其理由：

1）空载返航过程中，由于油水和备品的消耗，船舶重心提高，致使初稳性高度降低；

2）空载返航时，吃水太小，桨叶不能充分浸在水中，螺旋桨的推进效率和推力就会减小，且由于桨叶交替变化而引起桨叶的严重振动；

3）空载时，首吃水太小，船舶在海浪中易引起拍击和砰击，以致损坏首部结构；

4）同时极度的尾倾会缩小驾驶的视野，在横向风浪中会给操舵增加困难。

4)影响货舱容量的因素有哪些，为什么说增加型深D 是增大货舱容积最有效的措施

根据货舱容量方程 ， 可以分析出影响容量的因素：

①增加船长，可以增大舱容，但也相应增加船体钢料，提高造价。

②增加船宽，虽能增加舱容，但对稳性有较大影响，应慎重。如果Δ、L 、δ都不变，此时增大B ，势必要减小T ，这将对快速性有影响。

③缩小首尾舱及双层底高度似乎能增加舱容，但“规范”对其都有一定的规定，更何况首尾尖瘦，对容量影响不大。因此都不能作为解决容量的有效措施。

④最大限度地缩短机舱长度无疑是提高船舶经济性的措施之一。尽管选择好了主机后，其变化范围不大，但机舱应尽量采用立体布置，以利于机舱长度的缩短。 ⑤增加D 和D/T 是增大货舱容积最有效的措施。因为对大船来说，加大D 对强度有利，对钢料影响不大。当然，D 增大，船的重心升高，受风面积也加大，对稳性有影响，但一般情况比较好解决。 7)试根据海军系数公式来推断排水量增加?δ时，主机功率需要增加P P /δ及??/δ 的关系

相等

8)初稳性高度满足上下限的必要性

船舶适宜的初稳性高度必须从上限和下限两方面来考虑。

上限：是从横摇缓和性方面来考虑的。

下限：是从保证安全和使用要求来考虑的，其最低限度必须满足法规对各种载况的要求

初稳性上限是从横摇缓和角度上考虑的。

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()d m a f C C h D B l l l L K V -++-=

根据CCS规范横摇周期公式，横摇周期随初稳性高度的增大而减小。为使横摇周期不太低和摇幅不过大，希望船与航区较常见的波浪不发生谐摇，即横摇周期大于波浪周期的1.3倍。

?从横摇缓和性考虑

初稳性高度越大，船的横摇周期就越短，横摇加速度越大，这对船的安全性也不利，并使船上作业困难、设备易产生故障、货物受损，更是人员易晕船或感到不适，因此初稳性高度的控制要求保证下限的条件下力求是横摇周期长一些。

初稳性下限是保证船舶安全和使用所需的最低初稳性高度值，为此规范针对各种船的最低初稳性高度都有明确的规定，如CCS对海船规定如下：客船、货船、油船等：≥0.15米

集装箱船、挖泥船 : ≥0.30米

起重船 : ≥0.16B米

?从安全角度考虑

初稳性高太低常导致大倾角回复力矩偏小；船在不大的横倾力矩作用下就会产生较大的倾斜且回复缓慢，使人有惊慌不安全感；当船随浪航行船中处于波峰时，因水线面惯性矩减小，引起横稳心半径变小，从而降低初稳性高度，特别是波长接近船长、且首尾型线呈V时，其下降量更大。

?从使用角度考虑

当排水量和横倾力矩一定时，初稳性高度大，横倾角小；反之横倾角大。横倾角过大，将影响船舶的使用。如集装箱船在装卸货时、旅客集中一舷时、渔船舷侧起网时等。

9)如船宽B与吃水T之积为常数，试根据初稳性计算公式推导hδ和Bδ

的关系，并说明船宽B如何对稳性的影响 P128

对初稳性，船宽B增加，初稳性高h随之增大，有利于船舶的初稳性。

增加船宽除可有效地增大初稳性高度外，还对增加大倾角时的复原力臂有较大作用。因为B增加时出水及入水楔体积静矩也增大。但B增加，甲板边缘的入水角减小，因此静稳性曲线的最大静稳性力臂所对应的横倾角减小。

10)试分析说明:对载重型船舶,从浮力的要求考虑,适当增加吃水而减小其它尺度,对快速性和减轻空船重量可能有利

从浮性方程可知，T增大，L，B和方形系数可适当减小。

1）从快速性分析

a）载重型船大多数为中低速船，总阻力随L减小而降低：

b）B/T的减小，可适当减小排水量在水面的分布，降低兴波阻力和摩擦阻力： c）T增加有利于提高推进效率：

d）方形系数的减小，对降低剩余阻力有利。

2）对空船重量的分析

a）载重型船舶钢料占空船重量的大部分，减小L，B对降低钢材重量有利： b）T仅对船体局部强度有影响，增加T对钢料的影响很小：

c）在排水量不变的情况下,其舾装重量随L，B,T的变化有增有减，总的影响不大。

所以，对载重型船舶，从满足浮力的要求来考虑，适当增加吃水而减小其他尺度，对快速性和减轻空船重量很可能有利。

11)总体设计方案构思的任务

⒈分析设计任务书，明确设计要求；

⒉分析同类型船的资料，确定各个设计参数可能的选择范围，设立一个初步的新船总体设计方案；

⒊估算并分析新船的主要技术和经济指标，考虑并解决可能存在的主要矛盾

12)确定主要要素应满足哪些约束条件

①满足重力与浮力相平衡条件，即空船重量加载重量应等于船在设计吃水时的排水量；

②满足设计船所需的容量和建筑地位；

③满足设计船各项技术性能要求；

④满足航线环境和建造修理对主要要素的限制；

⑤满足用船部门对设计船的使用要求；

⑥优良的经济性能。

13)试阐述确定新船主要要素的一般步骤

①在分析设计任务书的基础上，确立设计思想，并就其认真调查研究，寻找与设计船要求相近的母型船或分析同类船的规律。

②根据已知的母型船或已得的近似规律，粗略估算出主要要素的第一次近似值。

③根据第一次近似值粗略地核算相应的技术性能，然后根据核算结果对第一次近似的主要要素进行调整，得出第二次近似的主要要素。如调整的幅度较大，还需对第二次近似的主要要素作性能核算和调整。

④根据前一步的主要要素绘制总布置草图、型线草图、中横剖面结构图等，并选定主机型号（如任务书中未规定时），然后根据这些资料及有关参考资料，对船舶的技术性能作进一步的较详细的核算，并再次根据核算结果调整主要要素。

⑤根据设计船的特点，选取合适的优选衡准，利用优化方法，进行多方案的比较分析，选取最佳方案。

14)在进行排水量校核时，浮力和重力不平衡时如何通过主要要素来调整

当浮力小于重力时，

如干舷有余或吃水允许增加，则以增大T最有利；

如T已限定，则可根据具体情况调整L、B、δ：

稳性嫌差时增大B；

快速性嫌差但稳性充分时增大L；

快速性有保证且稳性充分时增大δ；

快速性和稳性都嫌差时同时增大L和B，或增大L和B的同时适当减小δ。

15) 在进行容量校核时舱容不足或偏大过多时应分别如何通过主要要素来调整

在舱容不足时：

如稳性充分，首先应考虑加大D或同时增大D和B；

如快速性也嫌差，可考虑同时增大D、L和B。

在舱容偏大过多时：

如干舷充分，首先可考虑降低D。

16)自行设计船体型线的大致步骤

17)横剖面面积曲线和设计水线各包含的形状特征和参数

①横剖面面积曲线下的面积相当于船的型排水体积；

②曲线面积的丰满系数等于棱形系数；

③面积形心的纵向坐标表示船的浮心纵向位置；

④曲线的最大纵坐标值代表最大横剖面面积（船丰满时通常是中剖面面积）；

⑤丰满船的横剖面面积曲线中部水平段长度即船舶的平行中体长度；

⑥平行中体前后两段分别称为进流段和去流段；

⑦无平行中体船的最大横剖面位置；

⑧曲线两端端部形状。

18)棱形系数选择应考虑的因素

①对阻力（主要是剩余阻力）的影响

②对总布置和建造工艺的要求

③与其它参数和船体型线的协调配合

选择浮心纵向位置时应考虑以下几点因素：

①对阻力的影响

②有利于纵倾调整

③船体型线的协调配合

20)船舶主体划分应考虑的因素

21)货船纵倾调整时有哪些方法

22）确定双层底高度应考虑的因素

23）船舶设计的先进性体现

24）总布置设计时通道的类型

25）尾机型船的优点和不足

书P188

3计算题：

◆某最小干舷船同母型船相比，船长增加5%，船宽减少10%，型深增加2.5%。如65.0945.035.1D B L C W h h =，试估算新船的Wh 比母型船增加或减少的百分数。

◆某船方形系数80.0=b C ，b C 每增减0.01时, h W 将增减0.3%。如

τb

h h C D B L C W 65.0945.045.1=，求b C 的指数τ是多少？ =0.24 ◆某直壁式多用途船排水量为10000吨，吃水为5米，设计航速为15节。现有一批货装船后，发现吃水增加了0.05米，如此时方形系数和水线长认为不变，试求该船超载吨数及可能达到的航速？

◆某货轮造价2000万元，营运期25年，年收入850万元，年燃料费140万元，船员年工资150万元，年保险及维修费率为船价的4% ，年港口及装卸费120万元，其他费用150万元，残值取船价的10%。试计算内部收益率IRR 。

4选择题和填空题：

1）船舶设计特点、船舶设计基本要求、总体设计内容、设计工作方法、设计阶段的划分；

2）船舶平衡条件、船舶设计工况、空船重量的分类；

排水量裕度、重心高度裕度、备品及供应品

集装箱的规格、人员重量及重心

3）船舶容量的体现、船舶吨位

良好航海性能对船舶首尾吃水的要求

4）海军系数法及其使用条件

绿色船型、节能减排

影响初稳性高度和横摇周期的因素

操纵性考虑的几个方面

静态经济指标和动态经济指标的差别

5）选择L 、B 、D 、T 应考虑的基本因素

L/B 对快速性的影响、L/D 对强度和空船重量的影响

6）船舶快速性与横剖面面积曲线端部形状的关系

船舶快速性与设计水线端部形状的关系

型线设计方法、母型改造的条件

首尾横剖线形状及其考虑

浮心纵向位置的考虑方面

7）肋距、肋位、双层底高度的规定要求

尾机型船舶的优缺点、平台设置的作用

影响舱壁数量的因素、压载舱布置时的考虑

人行通道的类型及布置原则