第五章船舶快速性精品PPT课件
船舶航行性能PPT课件
第五节 抗沉性
1912 年4 月10 日，英国大西洋邮船“泰坦尼克（Titanic ) ” 号新建落成并开始第一次航行。航行的第四天夜晚，在纽芬 兰岛附近与冰山相撞。只有10S 的接触，冰山就把船壳撕裂了 100m 长的破洞，船首部的5 个舱淹水，使船首部先下沉。与 冰山相撞2小时后，船桥开始没人水中，只有船尾部的船舱还 露在水面上，闪烁着眩目的灯光。此后全船被黑暗所笼罩， 接着爆发了震耳欲聋的响声，锅炉发生爆炸，不久全船沉没 在冰海之中。由于救生艇只能容纳乘员的半数，全船2500 多 乘员中有1320 人死于非命。这一严重的海难事件使全世界的 航运界大为震惊。
读取吃水时，看水面与字相切的位置。例如 水面刚在“0 . 4 ”字体的下边缘时，则吃水是 0 .4m ，当水面淹没“0 .4 ”字体的一半时，则吃水 是0.45m ，当水面刚淹没“0 .4 ”字体的上边缘时， 则吃水是0 .5m 。
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图3-1水尺图
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第三节 浮 性
船舶在一定装载情况下漂浮于 水面一定平衡位置的能力就是浮性。
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三、水尺图
表示吃水的标记叫做水尺。它刻画在首和尾 左右两侧的船壳板上（大船还在船中的左右舷标 明水尺）。我们一看水尺就知道船底离开水面的 距离。水尺标注目前通用的有公制和英制两种， 一般以阿拉伯字和罗马字表示。
如以公制标记时，每个数字高10cm ，字与字 的间隔也是10cm 。英制的写法是每字高6 英尺， 间隔也是6 英尺。
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当船内载重减少时，重力小于浮力，船舶必然上
浮，待浮力减小到与重力重新相等时，达到新的平 衡。当船内载重增加时，重力大于浮力，船舶必然 下沉，使船舶的排水体积增加，船的浮力也就随之 加大，直到浮力和重力相等达到新的平衡为止。
船舶原理第章课件
船体型线图上还绘有上甲板边线（上甲板和船体 型表面的交线）。
纵剖线、横剖线和水线虽然是分别画在三个投影 面上，但它们的位置却都是相互对应的，即在任 何投影面上的任何一点，都应能在另两个投影面 上找到它的相对应点。
完整的型线图还包括主尺度及主要参数和型值表。 船舶原理第章课件
3、型深 型深（D）:指在船长中点处，沿船舷由龙骨上
缘量至上层连续甲板横梁上缘的垂直距离。
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主尺度
4、型吃水（d）——是船舶浸沉深度的一个度量。
为基线至设计水线的垂直距离。 平均吃水dm;首吃水df;尾吃水da；吃水差t 。 平均吃水 dm=df+da∕2 吃水差 t = df- da
抗沉性
操纵性（航向稳定性、回转性 ）
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第一章 船舶形状及近似计算
§1-1 主尺度、船型系数、尺度比 §1-2 船舶型线图 §1-3船体计算的近似积分法
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三个基准面
中线面XOZ平面——它将船体分为 左右舷两个对称部分的纵向垂直 平面，是量度船体横向尺度的基 准面。
5、垂向棱形系数——表征排水体积沿船舶垂向的分布
情况。其数值大即水线面面积小，则表示其排水体积沿吃
水方向分布均匀。
对于同一船舶的船体系数：中横剖面系数数值最 大，棱形系数数值较小，方形系数数值最小。
水线面系数、中横剖面系数、方形系数为独立无 因次系数，而棱形系数和垂向棱形系数可以从前 三者导出。
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船型系数
面积系数 水线面系数
CW
AW LB
中横剖面系数
CM
AM Bd
式中：AW——水线面面积；AM——中横
剖面浸水面积；V——排水体积。
船舶设计原理-第五章-方案构思与主尺度选择课件
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第五章 方案构思与主尺度选择 5.1 总体设计方案构思
➢集装箱船由于重心很高，为解决稳性问题，满载情况也常需要用压载 水来降低重心高度，所以双层底舱几乎全部用作压载水舱。此外，首 尾尖舱、两舷双壳体内一般也用作压载水舱。为了平衡装卸集装箱时 的横倾，两舷边舱中的左右一对压载水舱通常各装50％压载水，用作 调整横倾。集装箱船在装卸舱内集装箱时横倾不能超过5°，以免集装 箱被导轨卡住。
➢集装箱船的货舱形状由于大开口的要求，绝大多数采用双壳体结构。 为了提高甲板大开口船的抗弯、抗扭强度，双壳体的上部都设有平台， 形成箱形抗扭结构。由于货舱盖上要堆装多层集装箱(一般在4层以上) ，所以舱盖要有足够的强度。吊装式舱口盖因每块盖板的重量要控制 在起货设备的起吊能力范围内，所以舱盖的大小、布置和支撑形式与 货舱的设计也有密切关系。
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第五章 方案构思与主尺度选择
船舶设计原理
5.1 总体设计方案构思 集装箱船布置特征:
➢集装箱船的上层建筑具有长度短，层数多的特点。长度短是为了节省 甲板面积；层数多是驾驶室高度的需要，目的是为了解决驾驶盲区的 问题。 IMO规定集装箱船驾驶盲区不应大于2倍船长，过巴拿马运河时 盲区另有规定。
➢大中型集装箱船通常不设起货设备。小型集装箱船为适应小型港口的 需要，常设置甲板起重机。为了减少设置起重机对集装箱布置的影响， 有些船将起重机布置在舷侧。
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第五章 方案构思与主尺度选择 5.1 总体设计方案构思
船舶设计原理4-1性能预报(11-12)
对于不同用途、不同大小和不同航 区的船舶，抗沉性的要求不同。它分 “一舱制”船、“二舱制”船、“三舱 制”船等。“一舱制”船是指该船上任 何一舱破损进水而不致造成沉没的船舶。 一般远洋货船属于“一舱制”船。“二 舱制”船是指该船任何相邻的两个舱破 损进水而不致造成沉没的船舶。“三舱 制”船以此类推。一般化学品船和液体 散装船属于“二舱制”船或“三舱制” 船。
倾覆力矩＝
∆ • GM • sin θ
提高船舶稳性的措施： 提高船舶稳性的措施： 稳性是与船舶安全密切相关的一项重 要性能。有关规范规定了各类船舶应具 备的稳性标准，所有船舶必须达到规定 的指标要求。为使船舶具有良好的稳性， 可采取措施降低船舶的重心，减小上层 建筑受风面积等措施。船舶初稳性为船 舶倾斜角小于10~15度，或上甲板边缘开 始入水前的稳性，又称小倾角稳性。船 舶大倾角稳性为船舶倾斜角大于10~15度， 或上甲板边缘开始入水后的稳性。
由复原力矩公式我们可以知道，复原力 矩的大小是与成正比的，通常认为 GM 值越大稳定性就越好。但是事实上并不 是值越大越好，如果值过大，则船舶的 复原能力很强，稍有倾侧，很快复原， 这样就使的船舶左右摇摆频繁，即横摇 的周期短，这在客船中更是要不得，剧 烈的摇摆会使乘客感觉很不舒服。
提高船舶稳性的几条措施
一、 快速性的初步估算 (一)海军系数法 一 海军系数法
式中， －主机功率(kW)； 式中，P－主机功率 ； V－设计航速(kn)； －设计航速 ； △－设计排水量(t)； 设计排水量 ； C一海军系数。 一海军系数。 一海军系数 海军系数C是一艘船的阻力与推进性能的综合反映， 海军系数 是一艘船的阻力与推进性能的综合反映，如果新 是一艘船的阻力与推进性能的综合反映 船与母型船在阻力或推进方面有较大差别时，应对C值进行修 船与母型船在阻力或推进方面有较大差别时，应对 值进行修 正。
船型和性能
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第三节. 船舶技术性能——船舶稳性
概念：受外力作用偏离其正浮平衡位置而倾斜的船 舶，当外力消失后能回复到原来位置的能力。 分类：
• 按倾斜角度分
• 按倾斜方向分
初稳性（小倾角稳性）：＜10o～15o 大倾角稳性：＞ 10o～15o 横稳性 纵稳性
正浮：船舶漂浮于水面某一水平位置时受两个作用力，即重 力和浮力，其大小相等方向相反，作用点重心G和浮心C在同 一条垂直线上，这时船舶处于一种平衡位置，称之为正浮
1、船舶如何处于平衡状态 2、分析随载重量变化，船舶重力和浮力的 相应变化 3、何谓储备浮力？通常用什么来表示？ 4、载重线标志的含义
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横向正浮状态
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纵向正浮状态
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横倾状态
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纵倾状态
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船舶如何处于平衡状态
船舶漂浮于水面一定位置既不下沉也不上浮就表示它处在了 平衡状态：
(1)重力W和浮力∆的大小相等，方向相反，即：G=∆=ρ▽ =ρ CBLBT (2) 重心G和浮心B在同一垂直线上 (3) 在设计水线以下，需要足够的排水体积▽→提供足够的 浮力 (4)在设计水线以上，必须有相当的水密体积，→保证船舶继 续下沉时提供更大的浮力，称为储备浮力
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第十节 船舶使用性能
1）排水量——从重量角度来表示船舶的大小的参数，
也是确定船舶尺度的重要参数 是指船舶排开同体积水的重量, ∆=ρV 即整个船的重量 单位：吨 民用船舶因载货的多少又分为：
• (1)空船排水量 • (2)满载排水量——通常说明一条船的排水量是满载排水量—设计排水量
2）载重量
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第八节. 船舶技术性能——耐波性
船舶快速性
船舶快速性- 正文船舶快速性是船舶航海性能中的一项重要内容,也是船舶的一个重要性能指标,是指船舶在主机输出功率一定的条件下，尽量提高船速的能力.通常是指船舶航行速度的快慢, 船舶航速高, 船舶快速性好; 航速慢, 快速性不好. 船舶快速性包含节能和速度两层意义，船舶快速性取决于两个因素：船舶前进时受到的阻力和船舶推进装置的效率。
所以提高船舶快速性也应从这两方面入手，即尽量提高推进器的推力和减小船舶航行的阻力。
为了提高船舶快速性就要千方百计地减小船舶航行的阻力,这就需要研究船舶航行时的阻力 .船舶航行时，船体的水线下部分浸入水中，其余部分则处在空气中。
因此，船舶运动时受的总阻力包括水阻力和空气阻力。
由于水的密度远大于空气的密度，因此水阻力是主要阻力。
水阻力按产生的原因，可分为粘性阻力和兴波阻力。
粘性阻力由于水的粘性作用引起的阻力，包括摩擦阻力和旋涡阻力。
摩擦阻力产生于水对于船体表面的粘附作用,在船舶总阻力中所占比重最大。
摩擦阻力对低速船可占总阻力的80％；对高速船也要占50％左右。
减小摩擦阻力的途径是缩短船长、减小浸水表面积和提高船体的表面光洁度。
旋涡阻力又称形状阻力或粘性压差阻力，它是水流经船体表面时因粘性引起首尾的压力差而形成的，其值同船体尤其是船体尾部的形状有关。
如尾部线型过于丰满，就容易产生旋涡，增加旋涡阻力。
减小旋涡阻力的途径是加大船舶长宽比和采用流线形船体。
兴波阻力是船舶航行时兴起的重力波引起的阻力，对高速船特别重要，其大小取决于船的航速及长度。
它们的关系可用弗劳德数Fr表示：式中v为航速(米/秒)；g为重力加速度(米/秒)；L为船长（米）。
如果Fr大于0.35，兴波阻力即超过摩擦阻力而居主要地位，但一般运输船舶的弗劳德数都在0.35以下。
减小兴波阻力的主要途径是改进船型及改变航行方式。
通过系列船模试验研究，现在可以得到兴波阻力较小的船型及合理的船舶主尺度比和船型系数。
船舶航行时兴起的波浪一般有首波和尾波二个波系。
5---运船舶的技术性能(二)解析
GM1
tg v(x xF' )
GM L1
由于纵倾引起的首、尾吃水变化
dF (L2xF ' )v (xGMxLF '1) dA(L 2xF ' )v (xGMxLF '1)
船舶最后的首、尾吃水
dF ' dFddF
dA ' dAddA
第十页，编辑于星期日：十一点 四十四分。
②第二类舱室-增加重量法
L1
d
W W1
xF
C
L
y z
L/2
x
C
L/2
平均吃水增量
新的横稳性高
d p
w AW
G 1 M 1 G M p p (d 2 d z G M ) w ix p
第五页，编辑于星期日：十一点 四十四分。
新的纵稳心高
G1ML1 pGMLw iyp
横纵倾角正切
tg py
G1ML1 pGML
横纵倾角正切
tg py
(p)G1M1
tg p(xxF)
(p)G1ML1
首尾吃水变化
dF(L 2xF)(p (xp )G x1F M )L1 dA(L 2xF)(p (x p )G x1F M )L1
最后首尾吃水
dF ' dFddF dF ' dFddF
第四页，编辑于星期日：十一点 四十四分。
W.Froude假定,船体的摩擦阻力等于同速度、同长度、同湿面积 的平板摩擦阻力：
Rf (Cf Cf )1 2Sv 2
第二十三页，编辑于星期日：十一点 四十四分。
Rf——摩擦阻力(kgf)。 Cf——摩擦阻力系数(光滑平板)，它是雷诺数Rn的函数。
快速性概述 船舶阻力 与推进
快速性概述一、船舶快速性概念船舶在航行过程中会受到流体（水与空气）阻止它前进的力，这种与船体运动方向相反的作用力称为船的阻力。
为了使船舶维持一定的速度航行，必须对船舶提供推力以克服阻力。
一般船舶航行过程中由主机供给能量，通过推进器(常用的是螺旋桨)转换为推动船舶前进的动力。
显然，船舶所具有的推力大小取决于主机功率的大小和推进器将主机功率转换成推力的效率，即推进效率的高低。
因此船舶能达到航速的高低分别取决于它所受阻力的大小、主机功率大小和推进效率高低这三个因素。
船舶快速性就是研究船舶尽可能消耗较小的机器功率以维持一定航行速度的能力，或者说，船舶快速性是在给定主机功率时，表征船舶航行速度快慢的一种性能。
因此，快速性的含义是：对一定的船舶在给定主机功率时，能达到的航速较高者，谓之快速性好，反之为差；或者，对一定的船舶要求达到一定航速时，所需主机功率小者，谓之快速性好，反之则否。
几乎每一艘船舶，在设计初始阶段就给定明确的快速性指标。
当船舶建成后，测定是否达到原快速性设计指标是交船试航的一个重要内容。
船舶克服阻力做功与主机提供能量的守恒关系是：RηηN υD s s ⋅⋅= 式中， υ —— 船速；R —— 船舶水阻力；N s —— 主机发出的功率；η s 和η D —— 分别为轴系传送效率和推进效率。
从快速性的含义中可知，在主机功率确定的情况下，快速性的优劣不仅与船舶的航行阻力有关，而且还与船的推进效率等有关。
显然，船舶快速性包括两部分内容，即“船舶阻力”和“船舶推进”两门课程：船舶阻力 —— 研究船体在运动过程中所受到的各种阻力问题；船舶推进 —— 研究克服船体阻力的推进器及其与船体间的相互干扰及船、机、桨的匹配问题。
二、本课程的研究内容和任务快速性是船舶诸性能中(如浮性，稳性、抗沉性、快速性、耐波性、操纵性等)的重要性能之一。
快速性的优劣，对民用船舶来说将在一定程度上影响船舶的使用性和经济性，对军用舰艇而言，快速性与提高舰艇的作战性能密切相关。
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五、理论计算
一条帆船的水下附体的线型优化
五、理论计算
喷水推进装置叶轮的线型优化
五、理论计算
六、减阻增效技术
船舶快速性研究的最终目的是——减阻增效，降低油耗
六、减阻增效技术
减少湿面积，降低摩擦阻力
气腔减阻
六、减阻增效技术
三体航母想象图
六、减阻增效技术
调整船舶航行到最佳姿态（1）
尾压浪板或称尾板
数值计算
阻力 推进
线形优化 新船型的探索 桨或其他推进装置
船后推进
开展试验成本大、时间长
理论计算耗时短，便于进行多个方案的定性比较
理论计算在定量预报上仍然有很多问题
理论计算基于现有船舶、已有理论与已有数学模型
五、理论计算
民船的线型优化
五、理论计算
民船的线型优化（续）
五、理论计算
一条散货船的计算实例
Rt Rf Rw
Cws Cwm
Rw
Cw
1 2
V
2Sw
三、船舶推进
主要针对螺旋桨
推进效率 推进功率 空泡问题
三、船舶推进
螺旋桨空泡问题
三、船舶推进
导管螺旋桨
三、船舶推进
螺旋桨模型（试验用）
KTm
Tm
N
2 m
DP4mK Qm源自QmmN2 m
DP5m
四、试验研究
船舶模型阻力试验
了解该船的阻力性能
5000
3000
12
航速13 、转速、14 推进功率15 曲线
Ns(r/min)
180.000
160.000
140.000
120.000
100.000
80.000
60.000
16
17
Vs(kn)
四、试验研究
关键设备： 电机 自航动力仪
四、试验研究
机械式阻力仪（上图） 机械式自航仪（右图）
五、理论计算
总阻力 = 摩擦力 + 兴波阻力 + 形状阻力 + 空气阻力
+ 汹涛阻力
静水 波浪
总阻力 = 摩擦力 + 剩余阻力 + 附体阻力 总阻力 = 静水阻力 + 波浪增阻
二、船舶阻力
Froude假定：
阻力理论
船舶阻力=相当平板摩擦+兴波阻力
几何相似的、同样Fr的船，兴波阻力系数相等
Fr V gLwl
Froude数
六、减阻增效技术
补充内容：关于帆船顶风航行
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
六、减阻增效技术
调整船舶航行到最佳姿态（2）
尾拦截器
六、减阻增效技术
有利兴波干扰减阻
消波减阻
已经应用较为成功的 球鼻首
六、减阻增效技术
三体船利用主船体、侧片体形成有利兴波干扰
六、减阻增效技术
民船上采用的一些装置
六、减阻增效技术
六、减阻增效技术
六、减阻增效技术
六、减阻增效技术
六、减阻增效技术
测量螺旋桨在不同船速不同转速下的推 力、扭矩；结合有效马力预报航速
船和桨的性能
四、试验研究
19000
PD(kW)
Design Draft Propeller(TM 0743)
17000
15000
13000 11000
Ns=124.1r/min
9000 7000
PD=8058kwW
Vs=14.25kn
船舶概论
第五章 船舶快速性
——如何跑的更快 如何更省油
2010年8月
目录
一、船舶快速性的本质含义 二、船舶阻力 三、船舶推进 四、试验研究 五、理论计算 六、减阻增效技术
一、船舶快速性的本质含义
船型
对应航速下的船舶外形
阻力
尾压浪板
减阻装置
拦截器
船舶快速性
气泡装置等 螺旋桨
推进装置
推进
节能装置
喷水推进 其他
主机
一、船舶快速性的本质含义
一定功率到达速度多少
如何降低阻力
船舶快速性的本质含义
快速性研究包含的问题
一定速度需要功率多少
如何提高推进效率
如何减阻、增效？
二、船舶阻力
船在水中
二、船舶阻力
阻力划分
总阻力 = 摩擦力 + 兴波阻力
Rt=Rf+Rw
总阻力 = 摩擦力 + 兴波阻力 + 形状阻力 Rt=（1+k）Rf+Rw 总阻力 = 摩擦力 + 兴波阻力 + 形状阻力 + 空气阻力
船舶快速性试验研究
螺旋桨模型敞水试验
了解该桨的力学性能
船舶模型自航试验
了解该桨装在该船上 的力学性能
航速预报
四、试验研究
阻力试验
单个船的阻力
四、试验研究
螺旋桨敞水试验
单个桨的性能
四、试验研究
阻力自航试验
得到各航 速下的有 效马力曲
线
同时拍摄照片与录像，通过波形观察分析 阻力成分，并且对船型改进提供建议
Thank You
在别人的演说中思考，在自己的故事里成长
Thinking In Other People‘S Speeches，Growing Up In Your Own Story
讲师：XXXXXX XX年XX月XX日