船舶设计原理(第六章)型线设计
船体型线图
母线在运动过程中，如果形 状和大小不改变，则形成的曲线 面称为定线曲面；
甲板型表面可以认为 属于定线曲面的范畴。
如果母线在运动过程中， 其形状和大小是变化的，则 形成的曲线面称为变线曲面。
船体外板型表面可以认 为属于变线曲面的范畴。
4.定线曲面和变线曲面表达方法
为了避免首尾部分外板型表面的ww面投影互相重叠影响视图的清晰一般将最大轮廓线至船首部分的外板型表面的投影画在中线面投影的右方将最大轮廓线至船尾部分的外板型表面的投影画在中线面投影的左方即画成b2的形式而不画成b1的形式
第六章 型线图
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
概述 型线图的三视图 型线图的尺寸标注 识读型线图 绘制型线图的步骤和方法
梁拱线在W面的投影显示真
形；在V面和H面上的投影为直线。
由于梁拱线的形状在全船 是相同的，因此，只需在W 面上画出船舶宽度最大处 的梁拱线的投影。
3．甲板中线
甲板中线是中线面与甲板型表面的交线，可以认为是形 成甲板型表面的导线。
甲板中线通常是平 面曲线或直线，一般是 首、尾部分高，中部低。 甲板中线在船长方向的 曲度称为甲板脊弧。甲 板中线在V面的投影常为 曲线或直线，并显示真 形；在H面和W面上的投 影为直线。
一、三个相互垂直的基本剖面
1．中纵剖面 （平行V面） 2．设计水线面（平行H面） 3．中横剖面 （平行W面）
1．中纵剖面（平行V面）
中线面——将船体分为左、右对
称两部分的纵向（船 长方向）垂直平面
中纵剖面——中线面剖切船体后所
得剖面。
中纵剖线——中线面与船体型表面
的交线，它是由龙骨线及 首、尾轮廓线所组成。
船舶设计原理(第六章)型线设计
船舶原理与设计
6.1 概 述
第六章、型线设计
型线设计的精度： 应符合要求的排水体积，其误差要求与设计中对排水量考虑的余量 有关。如果重量裕度在1％~2％时，排水体积允许的误差约为±0.5％。 应符合要求的浮心纵向位置。文献［1］建议，在纵倾允许误差为 ±0.2％L时，型线设计结果的浮心纵向位置允许误差约为0.3％L。
6.3 型线几何形状特征和参数的选择 一、设计水线及横剖线形状特征和参数的选择
（2）首部横剖线形状 阻力方面： V形的横剖线形状湿表面积较 小，可减小摩擦阻力，同时它 的舭部较瘦，有利于减少丰满 船（CB＞0.75）的舭部漩涡。 但V形剖面兴波阻力较大，因 为它所对应的设计水线首端丰 满，半进流角也大。 U形剖面船的排水量相对集中 在下部，设计水线削瘦，半进 流角小，有利于减小兴波阻力， 但湿面积大，摩擦阻力大。
船舶原理与设计
6.1 概 述
第六章、型线设计
型线设计中应注意的几个方面： 保证良好的航海性能。除了某些有特殊要求的情况以外，通常把快速 性（阻力与推进）放在主要地位来考虑，同时兼顾耐波性、操纵性和 稳性。 考虑总布置的要求。总布置所需的甲板面积，货舱大开口的尺寸，纵 倾的调整等对型线设计都有一定的要求，型线设计中应加以考虑和满 足。必要时，当布置与性能对型线的要求发生矛盾时，通常是适当降 低对性能方面的要求，来满足布置和使用的需要。 考虑船体结构的合理性和工艺性。例如，不必要的复杂曲面的船体形 状，不仅增加建造工时，多耗材料，而且不易保证施工质量，影响结 构强度。 外观造型。水线以上的首尾轮廓线、甲板边线以及外露的折角线应考 虑美观和造型方面的要求。
船舶原理与设计
6.2 横剖面面积曲线
第六章、型线设计
船舶设计原理_06_船舶总布置设计_0605_上甲板上平面空间的规划
116.5上甲板上平面空间的规划第六章船舶总布置设计6.5 上甲板上平面空间的规划民用运输船舶上甲板上的平面空间主要被分配给货舱口和货舱口盖，上层建筑以及各类维持船舶正常运营所需要的舱面设备等。
上层建筑货舱口及货舱口盖6.5 上甲板上平面空间的规划一、货舱口的布置上甲板上的货舱口是货物垂向装卸的通道，位于货舱的上方。
货舱口的布置主要考虑货舱口的尺度和货舱口盖的布置。
货舱口尺度需要综合考虑货物品种、起货设备、舱口盖形式、船体总强度和抗扭强度等因素。
货舱口面积与舱底面积之比值，常称为货舱敞开系数。
货舱敞开系数可以用来表征货舱口的大小。
一般来讲，增大敞开系数对提高装卸效率有利，但对强度不利。
6.5 上甲板上平面空间的规划一、货舱口的布置●例如，杂货船的舱口宽度一般为0.4到0.6倍的船宽，也可根据定型舱口盖宽度来确定。
●例如，散货船应结合顶边水舱压载水量的需要确定舱口宽度。
●例如，集装箱船的舱口宽度可达到0.8倍的船宽。
●例如，有时可采用双列或三列货舱口来解决货舱盖过大过重的矛盾。
货舱口宽度增大，将削弱甲板的纵向强度，同时舱口盖的重量和成本均有提高。
货舱口宽度一般有如下规律。
集装箱船散货船1. 舱口宽度2. 舱口长度3. 货舱口盖的布置6.5 上甲板上平面空间的规划舱口长度从装卸上考虑应尽量长，但要需要留出起货机平台、桅屋以及堆放舱口盖所需的地位。
货舱口长度一般有如下规律。
一、货舱口的布置●例如，各舱口的长度，最好结合舱盖的片数来确定。
●例如，两端有起货设备的舱口，为避免起货作业的相互干扰，长度一般不小于12m 。
●例如，装载特大件的货舱，其舱口长度应根据承运的货种来确定。
1. 舱口宽度2. 舱口长度3. 货舱口盖的布置6.5 上甲板上平面空间的规划一、货舱口的布置货舱舱口盖是货舱区域甲板开口的关闭装置。
现代钢质海船上，传统的盖帆布的木质舱口盖近乎绝迹，绝大多数采用钢质舱口盖。
滚移式货舱口盖背载式货舱口盖折叠式货舱口盖1. 舱口宽度2. 舱口长度3. 货舱口盖的布置6.5 上甲板上平面空间的规划一、货舱口的布置舱口盖基本组成部分有盖板结构、密封装置、压紧装置、支承装置、限位装置。
船舶设计原理六章
2关于材料级别的选择
• 船舶结构用钢划分为不同的钢级，其区 别在于：为防止脆性断裂对材料脆性转 变温度及抗脆性断裂能力的要求不同。
• 原则：不同部分根据受力，重要性及钢 板的薄厚来选用不同钢级的材料。
6.1.2船体结构形式的选择
• 纵骨架式：板格长边沿船长分布，板格稳定性 通常可以达到材料屈服极限，纵向强度好，结 构重量轻，施工不便。 • 应用：对总纵强度要求较高的大型船舶上甲板 和船底结构。 • 横骨架式：板格长边沿船宽分布，横向强度好， 纵向强度较差，但施工方便。 • 应用：下甲板，舷侧，及船端部结构
Z X Y
MN MX
.230E-06
12.91
25.819
38.729
51.638
64.548
77.457
90.367
103.276
116.186
• 假设纵桁，龙骨及横向构件尺寸已被确定， 待计算决定的只有：船体各列板厚度t,纵骨 尺寸，用面积表示f,纵骨间距b.
6.2.2设计要求与目标
• 1总强度要求 • 强力甲板总纵弯曲应力不超过需用应力，或强 力甲板的船体剖面模数，不小于其最小要求值
6.2.1基本任务
• 任务：依据作用在结构上的载荷，按结 构的强度，稳定性及有关建造于使用要 求，选择纵向强力构件的合理剖面尺寸 及配置。 • 注意这里中剖面设计不包括横向构件。
1
NODAL SOLUTION STEP=1 SUB =1 TIME=1 SEQV (AVG) DMX =5.909 SMN =.230E-06 SMX =116.186 JUL 5 2008 09:31:37
1,b 纵向构件尺寸未改变时 ，船底总纵弯曲应力的 代数值
船舶设计原理_06_船舶总布置设计_0612_锚泊和系泊设备的布置
116.12锚泊和系泊设备的布置第六章船舶总布置设计6.12 锚泊和系泊设备的布置本节课的主要内容有五个一是，锚泊设备概述二是，系泊设备概述三是，舾装数四是，锚泊设备的布置五是，系泊设备的布置6.12 锚泊和系泊设备的布置一、锚泊设备概述锚泊又称抛锚系留，是船舶的一种停泊方式。
根据船舶使用要求，锚泊设备主要可以分为三种。
●航行锚泊设备，大多数船舶均配备，需按船级社规范进行配置。
●定位锚泊设备，常用于起重船、打捞船、潜水作业船、各种非自航挖泥船、钻探船等需要定位作业的船舶●深海系留锚泊设备，常用于海洋调查船、海洋测量船等需要在深水进行系留作业的船舶。
6.12 锚泊和系泊设备的布置一、锚泊设备概述航行锚泊设备又称为临时锚泊设备，供船舶在锚地、港口或遮敝水域内等待泊位或潮水时临时停泊之用。
因此，航行锚泊设备并非设计成供船舶在恶劣天气中处于完全开敞的远离海岸的水域中，或在行进或漂移中系住船舶之用。
在上述条件下，船舶特别是大型船舶上锚泊设备所承受的巨大负荷，会使得设备的某些部件损坏甚至丢失。
6.12 锚泊和系泊设备的布置一、锚泊设备概述定位锚泊设备和深海系留锚泊设备是在作业时需要控制船位，需要根据作业水域水深和环境条件配备的专用锚泊设备。
定位锚泊设备和深海系留锚泊设备需要根据计算得到的风、海流及波浪等环境力的大小来进行设计，本节课程不再展开介绍，详情可参考相关的文献和设计手册。
对于民用运输船舶，主要考虑的是航行锚泊设备。
在设计中，航行锚泊设备的选择与布置需要满足规范的最低要求。
一、锚泊设备概述6.12 锚泊和系泊设备的布置按在船上所处的位置，锚泊设备又可分为首部锚泊设备和尾部锚泊设备。
民用运输船舶一般不设尾部锚泊设备。
锚泊设备一般是由锚、锚链、锚链筒、掣链器、起锚机、锚链管、锚链舱和弃锚器等几部分组成。
1—锚2—锚链3—锚链筒4—导链滚轮5—掣链器6—锚机7—锚链管8—锚链舱9—弃锚器一、锚泊设备概述6.12 锚泊和系泊设备的布置其中，锚的种类繁多，分类方法也并非十分严格。
船舶型线设计
水线剖面情况 可以反映出不同高度处船体型表面的变化情况。
船舶形状示意图
为了更有效的表达船体表面，可以将船 体表面划分成若干个区域，每个区域以 不同的方法表达。
尾部 后部区域
中部平行舯体部分
前部区域
是柱体的一部分，横剖面形状相同，舷侧是直 壁式的，舭部为一段圆弧，而船底则为一个水 平面—无底边升高，或为两个相交的平面—有 底边升高，
内表面
外表 面
船体的外板表面有外表面和内表面之分，甲板也有上表面和下
表面之分。对于金属船体而言，型线图所表达的形状是外
板内表面和甲板下表面的形状。
我们所绘制的型线图是船体型表面的形状。
②、型线图的作用
型线图是船舶设计阶段重要的图文文件，它有很重要的作用。
1）可以表征船体的形状和大小。
2）是计算船舶航海性能的重要依据。 3）是绘制后续船体其它图样的依据。 4）是进行船体放样的依据。 总之，型线图是船舶设计建造的第一个重要图样文件，其决 定了船舶的形状大小和性能，是船舶建造的基础。
武汉理工
长江大中型客船CAD (二维线框造型)
上海船舶运输研究所 CAES/CAD (三维线框造型)
SDICAD
（实体造型）
四、型线图的作用
①、型线图表达的形状
我们知道，我们的型线图表达的是船体的表面形状，反映了船 体曲面的变化情况。但是，钢板有一定的厚度，且厚度也是随 位置不同而不同，型线图是表达的钢板的外表面还是内表面的 呢？
对于船体曲面而言，我们不难发现， 其表面的形状沿高度、长度及宽度方 向都有变化，所有船体曲面属于变线 曲面的范围。
甲板表面可以近似的认为是定线曲面。
船体外形表面是变线曲面。
④、船体型表面的绘制原理
课件第六章-船舶型线设计
二、特种尾型
球尾：雪茄形球尾和同心球尾
涡尾及不对称尾
双尾
第八节 型线图的设计与绘制
一、型线绘制的基本要求
① 绘制格子线
手工时的精度，上墨等
② 光顺性
凹凸度，曲率，均匀性，切点的位置
③ 投影一致性
高度，宽度的对应，各交点和交接线的投影
投影。 ➢决定因素
总布置图；甲板使用要求；与横剖面形状 的协调
三、梁拱
梁拱一般取型宽的1/50~1/100；对于海船 常取1/50,对于内河船常取1/100
第七节
一、球鼻首
1、常见球鼻首
特种型线
球鼻首的减阻机理
✓减小高速船舶的兴波阻力
• 鼻首产生波系与船体波系之间产生有利干扰
✓减小低速肥大型船舶的破波阻力
② 中剖面系数较小的中剖面
绘制其余各站横剖线
1 、 根 据 从 半 宽 水 线 图 上 量 取 第 i站 设 计 水 线 半 宽 值 y i， 得 图 中 A 点 2、 从 横 剖 面 面 积 曲 线 图 上 量 取 第 i站 横 剖 面 面 积 A i，
作 出 该 站 的 等 面 积 矩 形 如 下 图 ， 分 别 适 用 于 横 剖 面 形 状 为 U 、 V 和 中 间 型
二、端部横剖线形状
图6-7所示为四种常规船型的横剖型线，其 形状特征可分为：V形、中V形、中U形、 U形
U形-大型运输 船及中、高速 船舶 V形---小型船 舶 中V形或中U形 -中型船舶
第五节 首尾部轮廓线及船底线
一、首轮廓线
二、尾轮廓线
三、船底线
第六节 甲板线
船舶设计原理_06_船舶总布置设计_0604_主船体内主要船舱的布置
116.4主船体内主要船舱的布置第六章船舶总布置设计6.4 主船体内主要船舱的布置在将主船体内的体积空间从几何上划分为多个围蔽空间之后，我们需要进一步在划分好的体积空间中，布置不同功能用途的船舱。
对于民用运输船舶而言，主要船舱包括货舱、机舱、压载水舱、油水舱等。
在船舶总布置设计中，保证货舱舱容是设计的出发点。
货舱压载水舱机舱6.4 主船体内主要船舱的布置一、货舱的布置民用运输船舶的货舱和机舱主要被布置在船舶的中部舱，即双层底内底板之上，上甲板之下，尾尖舱舱壁之前，防撞舱壁之后。
货舱布置工作主要包括货舱形式，货舱数和货舱舱长的确定。
设计时应保证尽可能大的货舱舱容和尽可能均匀的横舱壁间距。
具体货舱布置设计时，还需要考虑规范和法规以及货物装卸的要求等。
货舱形式货舱数机舱6.4 主船体内主要船舱的布置一、货舱的布置1.考虑规范和法规的要求各类运输船舶货舱的具体分舱要求各不相同，但必须满足规范和法规的相关要求。
●例如，民用运输船舶的横舱壁数量需要满足规范所规定的最少舱壁数。
●例如，当散货船大于150m，装载密度大于1吨每立方米的干货时，破舱稳性应满足任一货舱破损进水的要求。
●例如，为防止油船海损造成海洋环境污染，油船的货油区横剖面结构、货油舱舱长及单舱容积需要满足MARPOL和我国法规的具体规定。
6.4 主船体内主要船舱的布置一、货舱的布置2.考虑货物装卸的要求（1/3）货舱的形式、尺度以及货舱口的大小，必须考虑货物的性质以适宜于货物的装载和卸载。
●例如，对散货船货舱进行分舱时，需要考虑货物的合理配载，防止船体产生过大的弯矩和剪力。
●例如，主要用于装运谷物和煤炭的散货船，一般以均匀舱长来布置。
●例如，谷物和矿砂兼运的散货船，为了不使装矿砂时重心过低，初稳性过大，可采用长短舱组合的布置方式。
长舱装谷物，短舱装矿砂，这样不致在载运矿砂时因重心过低而引起剧烈的横摇。
6.4 主船体内主要船舱的布置一、货舱的布置●例如，集装箱船货舱数目和长度与集装箱布置有关，其货舱舱长是根据集装箱及导轨布置而定的。
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低速船（如Fn＜0.2），兴波阻力所占比例不大，CP 对总阻力影响较小， 但选取较小的CP 总还是有利的。低速船一般CB 都比较大，所以这种情况下 CM 都取得很大，以利减小CP 。一般运输货船CM 为0.98~0.99，大型船甚至 达到0.995。
6.2 横剖面面积曲线 一、 棱形系数CP 和中剖面系数CM 的选择
船舶原理与设计
第六章、型线设计
中等航速的船（如0.2<Fn<0.3），兴波阻力已占总阻力相当的比例， 且兴波主要发生在首部，船首应尖瘦些，所以取较小的CP 可减少剩余阻 力，对总阻力有利。但过小的CP 意味着CM 很大，会引起横剖面面积曲线 和水线明显的突肩，这是不利的，应避免。所以随着Fn增加，在CP 减小 的同时，CM 也应相应地取小一些。
从阻力方面看，当浮心位置改变时，前体兴波阻力和后体形状阻力的相 对比例发生变化。浮心位置向后移动，前体丰满度就减小，后体丰满度增 大，因而形状阻力由小变大，而兴波阻力由大变小。因此，对应于给定速 度的船，存在着一个阻力最小的最佳浮心位置。
6.2 横剖面面积曲线
船舶原理与设计
第六章、型线设计
二、 浮心纵向位置XB 的选择
Байду номын сангаас
航速较高的船（如Fn>0.3），随着Fn的增加，船首兴波的区域逐渐 扩展到船长的很大部分，此时，在一定的CB 下，过小的CP 会导致船体中 部过分凸起，从而造成更大的兴波阻力，因此CP 不宜过小。
6.2 横剖面面积曲线
船舶原理与设计
第六章、型线设计
二、 浮心纵向位置XB 的选择
浮心纵向位置XB 决定了船前后半体的相对丰满度。 XB 的选择主要从快速性上有利的最佳浮心位置和与总布置所确定的 重心纵向位置相配合这二个方面来考虑。
由此可见，型线设计需要考虑许多方面的要求，有些要求还会相互抵触， 设计者必须加以权衡。
6.1 概 述
船舶原理与设计
第六章、型线设计
型线设计中应注意的几个方面：
保证良好的航海性能。除了某些有特殊要求的情况以外，通常把快速 性（阻力与推进）放在主要地位来考虑，同时兼顾耐波性、操纵性和 稳性。
考虑总布置的要求。总布置所需的甲板面积，货舱大开口的尺寸，纵 倾的调整等对型线设计都有一定的要求，型线设计中应加以考虑和满 足。必要时，当布置与性能对型线的要求发生矛盾时，通常是适当降 低对性能方面的要求，来满足布置和使用的需要。
浮心位置的选取，还必须与重心纵向位置相配合，使船有适宜的浮态。 当阻力上最佳的浮心位置与重心配合不当而引起不允许的纵倾时，如果在 总布置方面调整有困难，或者会造成牺牲过多时，通常是适当地损失快速 性去兼顾布置上的适宜性。XB 偏离最佳位置不大时对阻力影响较小。
6.2 横剖面面积曲线
船舶原理与设计
第六章、型线设计
应符合要求的浮心纵向位置。文献［1］建议，在纵倾允许误差为 ±0.2％L时，型线设计结果的浮心纵向位置允许误差约为0.3％L。
控制船体型线的要素： 横剖面面积曲线； 设计水线和甲板边线； 横剖线形状； 侧面轮廓线。
Ai或 Ai/AM
6.2 横剖面面积曲线
去流段长度LR
平行中体长度LP
平行中体前、后的两段长度分别称为进流段长 LE 和去流段长 LR； 方形系数小的船一般都没有平行中体，最大横剖面常位于船中（MS）之后。
6.2 横剖面面积曲线
船舶原理与设计
第六章、型线设计
一、 棱形系数CP 和中剖面系数CM 的选择
棱形系数CP 对船的剩余阻力RR 影响很大，而对摩擦阻力RF 影响极 小。CP 对剩余阻力的影响主要反映在兴波阻力上，它是随船的相对速度 （傅汝德数Fn）而变化的。
三、横剖面面积曲线形状的选择
（1）平行中体长度和位置
在一定的 Fn范围内，船体采用适量的平行中体，无论从阻力性能方面 还是在使用和建造方面都是有利的。
6.2 横剖面面积曲线
船舶原理与设计
第六章、型线设计
三、横剖面面积曲线形状的选择
（1）平行中体长度和位置
从阻力方面看，将排水体积适当地向中部集中，采用一段平行中体，对 于前体可使进流段尖瘦些，降低兴波阻力；对于后体，可削瘦去流段的 船体形状，有利于改善形状阻力。但是，设置太长的平行中体后，过短 的进流段和去流段，会使平行中体的两端形成过硬的“前肩”和“后 肩”，这对阻力是不利的。
船舶原理与设计
第六章、型线设计
进流段长度LE
LPP/2
LPP/2
X或X/L
横剖面面积曲线的特征：
横剖面面积曲线下的面积相当于船的型排水体积（▽），曲线下面积的丰满 度系数等于船的纵向棱形系数CP（CP=▽/（AM ·LPP））；
面积形心的纵向位置相当于船的浮心纵向位置XB； 丰满船的横剖面面积曲线的中部有一平行段，称为船的平行中体，长度为LP，
考虑船体结构的合理性和工艺性。例如，不必要的复杂曲面的船体形 状，不仅增加建造工时，多耗材料，而且不易保证施工质量，影响结 构强度。
外观造型。水线以上的首尾轮廓线、甲板边线以及外露的折角线应考 虑美观和造型方面的要求。
6.1 概 述
船舶原理与设计
第六章、型线设计
型线设计的精度：
应符合要求的排水体积，其误差要求与设计中对排水量考虑的余量 有关。如果重量裕度在1％~2％时，排水体积允许的误差约为±0.5％。
《船舶设计原理》
第 六章 型线设计
封面
课号：001-(2015-2016-1) 教学班：NA404
上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院
2015年
第六章、型线设计
6.1 概 述
船舶原理与设计
型线图是性能计算、结构设计，各种布置和建造放样的依据。型线 设计是船舶总体设计的一项重要内容。
首先，型线与阻力性能关系重大，尾部型线与螺旋桨的配合对推进效率 和振动有很大的影响。此外，型线与船舶的稳性、操纵性、横摇阻尼、船在 波浪上的运动特性、砰击等都有关系。在使用方面，型线影响布置和舱容， 例如机舱内的布置条件、货舱和压载舱的容积、甲板的布置地位等。在建造 方面，型线的平直部分、可展曲面部分可以简化施工的工艺，而复杂曲面增 加了施工难度和工作量。