第1章 绪论-高性能船舶原理
高性能船舶要点
高性能船舶知识概要1绪论1.1什么是高性能船舶？基于不同的流体动力原理，高性能船有不同的类型和船型，可以是排水量船型，还可以是流体动力船型，还可以是不同原理的混合船型。
不管是哪一种船型，它们的共同点是具有高水平的综合航海性能，以及具有完善的满足其主要使用要求的船舶功能。
这样的船舶统称为高性能船舶。
1.2高性能船的特点有哪些？航速高，优良的耐波性能，载运能力较大，经济性好，优美的造型和舒适的舱室空间环境。
1.3什么是傅氏数和容积傅氏数，引入傅氏数的目的是什么？船傅氏数就是傅汝德数，傅氏数（L为船的设计水线长），容积傅氏数（▽为排水体积）。
引入傅氏数的目的：表达船舶相对速度。
1.4航速对船舶首尾吃水的影响规律？（1）当Fr▽<1时，此时航速较低，流体动力所占的比重极小，船体基本上由静浮力支持，船体的航态与静浮时变化不大。
（2）1.0<Fr▽<3.0时，此时随着航速的提高，航态较静浮状态有明显的变化，船首上抬较大，船尾下沉明显，整个船体呈现明显的尾倾现象。
（3）Fr▽<3.0时，此时航速很高，船体吃水变化很大，而且整个船体被托起并在水面上滑行，仅有一小部分船体表面与水接触。
1.5根据流体动支持力的大小船舶运动可分为哪几种运动航态？根据流体动支持力的大小船舶运动可分为排水航行状态，过渡（或半滑行）状态和滑行状态1.6高性能船舶有哪几种类型？高性能船舶主要包括：小水线面双体船，穿浪双体船，滑行船，水翼艇，气垫船，地效翼船，高性能排水式单体船。
1.7高性能船舶航行性能有哪几种研究方法，这些方法的特点是什么？高性能船舶航行性能有三种研究方法：理论计算研究，模型试验研究，实船试验研究，特点如下：理论计算研究特点，高性能船舶是现代高科技应用和发展的产物。
在每种高性能新船型开发研制工作一开始，以船舶水动力学为基础的各种分析计算方法即被引用于性能研究工作，而且收到了比单体船性能研究中使用理论计算方法更好的效果。
第一篇 船舶原理
第一章船舶基本知识⏹第一节船舶浮性⏹第二节船舶的重量与容积性能⏹第三节船舶静水力资料及应用⏹第四节船舶吃水及水密度修正⏹第五节船舶干舷及载重线标志⏹第六节货物的亏舱率和积载因数⏹教学目标及基本要求：了解与货物运输有关的船舶和货物基础知识及基本概念，学会使用船舶静水力资料和载重线海图。
⏹重点：船舶的重量性能、容量性能和载重线标志概念，船舶静水力参数图表及其使用，船舶吃水计算，载重线海图使用，亏舱率、积载因数和自然损耗率概念。
⏹难点：⏹平均吃水概念。
第一节船舶浮性船舶浮性船舶在一定装载情况下的漂浮能力叫做船舶性（buoyancy）船舶是浮体，决定船舶沉浮的力主要是重力和浮力。
其漂浮条是：重力和浮力大小相等方向相反，而且两力应作用在同一铅垂线上。
船舶重力即船舶的总重量。
船舶浮力是指水对船体的上托力，根据阿基米德定理，船舶浮力大小等于船体所排开同体积水的重量。
⏹船舶重力，通常用W表示，它经过船舶重量的中心，也叫重心（G），其方向垂直向下，船舶重心G的位置是随货物移动而改变；船舶浮力，通常用B表示，它经过船舶水下体积的几何中心，也叫浮心（C），其方向垂直向上，船舶浮心C的位置是随水线下船体体积的变化而变化，如图所示。
⏹船舶重力（W）和浮力（B）大小相等、方向相反且重力与浮力又是作用在同一铅垂线上，这时船舶就平衡漂浮在水面上。
如果增加载货，重力增大船舶就会下沉，使吃水增加，浮力也就增大，直到浮力和重力又相等，船舶就达到新的平衡位置；同样，若重力减少，船舶上浮，也会到达另一新的平衡点。
⏹船舶的平衡漂浮状态，简称船舶浮态。
船舶浮态可分为四种。
1．正浮状态是指船舶首、尾、中的左右吃水都相等的情况。
⏹。
2．纵倾状态是指左右吃水相等而首尾吃水不等的情况。
船首吃水大于船尾水叫首倾；船尾吃水大于船首吃水叫尾倾。
为保持螺旋桨一定的水深，提高螺旋桨效率，一航未满载的船舶都应有一定的尾倾。
A 首倾B 尾倾C3、横倾状态是指船首尾吃水相等而左右吃水不等的情况，航行中不允许出现横倾状态。
船舶设计原理课程设计模板 1.
《船舶设计原理》课程设计本科课程设计说明书船舶设计原理课程设计学院专业班级学号学生姓名指导教师提交日期2014年12月30日课程设计任务书，内容如下：1.课程设计题目：一艘多用途工作船的船型方案主尺度的设计2.应完成的项目：（1）总体设计方案构思（2）船舶主尺度及排水量确定（3）典型横剖面面积的确定（4）编写课程设计说明书3.参考资料以及说明：（1）《船舶设计原理》顾敏童主编，上海交通大学出版社出版，2001 （2）《船舶设计实用手册》，中国船舶工业总公司编，中国交通科技出版社，20074.课程设计的基本要求：（1）在对设计技术任务书进行全面分析的基础上，对新船的设计方案必须有一个方案构思，提出设想和对各种可能存在的问题进行分析和思考。
（2）对选用的母型船资料和各种估算方法应分析其合理性和适用性。
（3）在选择新船主要要素过程中，除了考虑技术因素以外，必须考虑到新船的经济性，例如造价、营运成本等因素。
本课程设计中，不要求对新船的经济性指标进行详细的计算和论证，但是在新船的主尺度选择中必须考虑经济性因素，并对此进行必要的分析和讨论。
（4）应勾画总布置草图，区划主船体舱室等，以便能较为准确地校核布置地位和舱容。
（5）空船重量和主要性能的估算或计算要求可靠和准确；初稳性计算至少应包括两种装载情况。
（6）型线设计要求设计横剖面面积曲线、满载设计水线和典型（0、肿、20号站）横剖面型线。
（7）课程设计说明书应能反映设计思想和设计工作的全过程，每一部分都应有必要的说明和小结，应条理清楚，文字通顺，排版工整，要求用计算机打字成文。
5.本课程设计任务书于2014年12月9日发出，应于2014年12月23日前完成。
目录第一章绪论51.1 概述51.2 研究意义 51.3国内外多用途工作船的发展 61.4 课程设计技术任务书 61.5 课程设计的主要工作内容和基本要求 71.6方案构思 81.7 母型船资料 8第二章船舶主尺度及排水量的初步估算102.1确定主尺度应考虑的因素102.2主尺度选择的一般步骤 112.3 主尺度的确定方法 112.3.1根据统计资料和近似计算公式来确定船长范围 112.3.2船宽的初步估算 122.3.3型深D和吃水d的确定 122.3.4方形系数的估算 122.3.5 其它船型系数的确定 122.3.6 船舶重量估算及载重量的估算 132.3.7 船舶重量估算 132.4 小结 13第三章性能平衡及校核143.1 舱容及重力与浮力平衡校核 143.1.1舱容校核 143.1.2重力与浮力平衡校核 153.2 初稳性校核 163.2.1初稳性高度及横摇周期估算163.3自由航速校核 173.3.1计算有效马力曲线 173.3.2总推进系数计算 18 3.4 干舷校核 20 3.5 本章小结 21第四章主尺度方案的确定22第五章船体形状的确定结束语 22 参考文献22第一章绪论1.1 概述本课程设计是与船舶与海洋工程专业主干课程《船舶设计原理》课程配套的实践性课程。
船舶原理(1)
第一节 船舶主尺度、主尺度比和船型系数
4、吃水（Draft） 吃水（Draft）
吃水——船底至有关水线面之间的垂直距离。 吃水——船底至有关水线面之间的垂直距离。 船底至有关水线面之间的垂直距离
（1）型吃水dm——从龙骨板上缘量到有关水线面之间 型吃水d ——从龙骨板上缘量到有关水线面之间 的垂直距离。 的垂直距离。 实际吃水d——从龙骨板下缘量到有关水线面之 （ 2 ） 实际吃水 d—— 从龙骨板下缘量到有关水线面之 间的垂直距离。 间的垂直距离。 设计吃水（夏季满载吃水） ——船舶装载设计 （3）设计吃水（夏季满载吃水）ds——船舶装载设计 要求的载荷重量时，在正浮的情况下， 要求的载荷重量时，在正浮的情况下，中横剖面处从 船底基线量到设计（夏季满载）水线面的垂直距离。 船底基线量到设计（夏季满载）水线面的垂直距离。
第一节 船舶主尺度、主尺度比和船型系数
1、船长
（4）设计水线面长度LWL——设计水线面前后 设计水线面长度L ——设计水线面前后 两端之间的距离。 两端之间的距离。 登记长度L ——量自龙骨板上缘的最小 （5）登记长度LR——量自龙骨板上缘的最小 型深的85％处的水线长度的96％， ％，或沿该水线 型深的85％处的水线长度的96％，或沿该水线 面从首柱前缘量到上舵杆中心线的长度， 面从首柱前缘量到上舵杆中心线的长度，两者 取较大者。 取较大者。
第二节
三、基线和坐标系
纵向基线和X坐标 纵向基线和 坐标
船体型线图
纵向基线——基平面和中线面的交线 基平面和中线面的交线 纵向基线 X坐标轴 坐标轴——沿纵向基线设置，正方向指向船首，原点在中 沿纵向基线设置， 坐标轴 沿纵向基线设置 正方向指向船首， 站面上
横向基线和Y坐标 横向基线和 坐标
高性能船舶要点
高性能船舶知识概要1绪论1.1什么是高性能船舶？基于不同的流体动力原理，高性能船有不同的类型和船型，可以是排水量船型，还可以是流体动力船型，还可以是不同原理的混合船型。
不管是哪一种船型，它们的共同点是具有高水平的综合航海性能，以及具有完善的满足其主要使用要求的船舶功能。
这样的船舶统称为高性能船舶。
1.2高性能船的特点有哪些？航速高，优良的耐波性能，载运能力较大，经济性好，优美的造型和舒适的舱室空间环境。
1.3什么是傅氏数和容积傅氏数，引入傅氏数的目的是什么？船傅氏数就是傅汝德数，傅氏数（L为船的设计水线长），容积傅氏数（▽为排水体积）。
引入傅氏数的目的：表达船舶相对速度。
1.4航速对船舶首尾吃水的影响规律？（1）当Fr▽<1时，此时航速较低，流体动力所占的比重极小，船体基本上由静浮力支持，船体的航态与静浮时变化不大。
（2）1.0<Fr▽<3.0时，此时随着航速的提高，航态较静浮状态有明显的变化，船首上抬较大，船尾下沉明显，整个船体呈现明显的尾倾现象。
（3）Fr▽<3.0时，此时航速很高，船体吃水变化很大，而且整个船体被托起并在水面上滑行，仅有一小部分船体表面与水接触。
1.5根据流体动支持力的大小船舶运动可分为哪几种运动航态？根据流体动支持力的大小船舶运动可分为排水航行状态，过渡（或半滑行）状态和滑行状态1.6高性能船舶有哪几种类型？高性能船舶主要包括：小水线面双体船，穿浪双体船，滑行船，水翼艇，气垫船，地效翼船，高性能排水式单体船。
1.7高性能船舶航行性能有哪几种研究方法，这些方法的特点是什么？高性能船舶航行性能有三种研究方法：理论计算研究，模型试验研究，实船试验研究，特点如下：理论计算研究特点，高性能船舶是现代高科技应用和发展的产物。
在每种高性能新船型开发研制工作一开始，以船舶水动力学为基础的各种分析计算方法即被引用于性能研究工作，而且收到了比单体船性能研究中使用理论计算方法更好的效果。
《船舶原理》课程教学大纲
《船舶原理》课程教学大纲适用于高中后三年制船舶工程技术专业（制造方向）一、课程的性质、任务和基本要求《船舶原理》是研究船舶航行性能的一门学科，是船舶工程专业技术人员处理生产技术问题必须具备的基础知识，是本专业的必修课之一。
本课程的任务是：使学生系统的掌握船舶航行性能，并具有为保证良好航行性能而采取有效措施的能力，学习本课程能为后续课打下基础。
本课程教学应达到的基本要求是：本课程主要讲述船舶静力学、船舶阻力、船舶推进、船舶操纵性和船舶耐波性，学生通过本课程的学习要求达到:1、掌握船舶浮性、稳性和抗沉性的基本理论和计算方法。
2、掌握船舶阻力的成因、船模换算和阻力估算的方法。
3、掌握螺旋桨几何特征、水动力性能和船体的相互作用，螺旋桨图谱设计的方法、技能和船、机、桨三者配合的基本知识。
4、了解船舶摇摆规律、减摇装置和船舶操纵性的概念。
5、能计算、绘制和应用各种浮性曲线、静稳性曲线和动稳性曲线。
二、课题和课时分配表本课程总学时为94学时，具体分配参照如下表：课时分配表三、课程内容课题一绪论学习目的、任务、性质和学习本课程的方法；船舶六大航海性能的含义。
重点：六大航海性能的含义。
课题二船体形状及近似计算船体主尺度、船型系数和尺度比；船体型线图；船体近似计算方法。
重点：船型系数与航海性能的关系，船体近似计算方法与计算精度。
课题三浮性浮性基本概念；船舶重量和重心坐标计算；正浮时排水体积和浮心坐标计算；船舶纵倾状态排水体积和浮心坐标计算；船舶纵倾和横倾状态排水体积和浮心坐标计算；水的密度改变时船舶浮态的变化；储备浮力及载重标记。
重点：垂向计算法与纵向计算法计算排水量曲线与浮性曲线。
课题四初稳性初稳性的一般概念；浮心移动、稳心及稳心半径；初稳性公式和稳性高；船舶静水力曲线图；重量移动对船舶初稳性和浮态的影响；装卸载荷对船舶初稳性和浮态的影响；自由液面对船舶初稳性的影响；悬挂重物对船舶初稳性的影响；船舶进坞及搁浅时的稳性；船舶在各种装载情况下初稳性和浮态的计算；船舶倾斜试验。
船舶原理第1章课件
解：L＝3.5，n＝10
AL n
i0
yi
y0
yn 2
即：半A＝3.5（0＋3.3＋5.3＋5.9×4＋5.85＋5.22＋3.66＋
1.03）－（0＋1.03）/2 ==166.0575
A==166.0575×2=332.12
谢谢
§1-3船体计算的近似积分法
船体计算的坐标系
船中坐标系（一般） 船尾坐标系（个别）
§1-3船体计算的近似积分法
一、近似计算的任务
航海性能要大量计算船舶的重量、重心、面积、 体积、面心、体心、面矩、体矩以及惯性矩等。
涉及到：积分和累加等运算。 船体外形是一个具有双重曲率的复杂表面，难于
用数学表达式表示，一般要用近似积分法。 所有船体近似计算，均可归结为求某种连续曲线
注：L/B 、B/d和D/d是三个独立的主尺度比。
§1-2 船舶型线图
仅有主尺度、主尺度比和船型系数仍不能准确而
完整地表达船体的几何形状，由于船体表面形状
复杂，目前均采用作图法（型线图）来表达。
作图法：以中纵剖面，中横剖面和设计水线面作 为基准，分别作出与上述三个剖面平行的一系列
彼此等距离的纵向平面、横向平面和水线面，这 些平面与船体型表面相交的曲线相应称为纵剖线、
中横剖面——是中站面与船体相截所得的船体剖面。其形状反映 出中横剖面系数、舭部升高和舭部半径的大小。
设计水线面——是设计夏季载重吃水处的水平面与船体相截所得
的船体剖面。
三种主要型线：纵剖线、横剖线、水线
型线图的组成(三个视图和一张表)： （1）横剖线图：图中的横剖线是曲线，表示的是各分站处
船体横剖面的真实形状；而纵剖线和水线则是直线。
重要系数。其大小对排水量、舱室容积、快速性、耐波 性等均有影响。
船舶原理-第一章-船体几何要素及近似计算课件
第一节 主尺度、船型系数和尺度比
备注
选择各个要素的基本出发点 (1)船长L：浮力、总布置(舱容及布置地位)、快速性； (2)船宽B：浮力、总布置(舱容及布置地位)、初稳性； (3)吃水T：浮力以及螺旋桨有适宜直径； (4)方型系数CB：浮力和快速性 (5)型深D：对于载重型船舶：规范规定的最小干舷和舱容 要求决定；对于布置地位船：上甲板以下各层甲板间高度以 及舱室高度。从增加舱容的角度，以增加型深最有利，因为 对船体重量的影响最小且不影响快速性。
船体水线以下排水体积的肥瘦程度 4. (纵向)棱形系数 (Prismatic coefficient)
排水体积沿船长方向的分布
第一节 主尺度、船型系数和尺度比
二、船型系数
5.垂向棱形系数 (Vertical prismatic coefficient)
排水体积沿吃水方向的分布
船型系数举例
a:CWP=1；Cm=0.5； CB=0.5；CP=1；CVP=0.5
船舶原理
绪
论
一、船舶原理的重要性
u 船舶原理是船舶设计与制造专业的一门重要的专业技术 基础课程，是研究船舶航行性能的一门学科。 u 基础课程： 《高等数学》《工程力学》《流体力学》 u 后续课程： 《船舶设计》《造船生产设计》等
绪
论
二、船舶原理研究的内容(六大航行性能)
船舶静力学 船舶动力学
1.浮性 2.稳性 3.抗沉性 4.快速性----推进和阻力 5.耐波性性(适航性) 6.操纵性
求曲线下相邻两个纵坐标之间所包围的面积。
第二节 船体近似计算法
四、数值积分法在船体计算中的应用 1.水线面计算
第二节 船体近似计算法
船体近似计算法练习
(1)用新浦生第一法求曲线OB下面积 (2)用新浦生第二法和[5,8，-1]法求曲线CB下面积
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小水线面双体船及深V型船船型优点于一身的新型高速船型 （中国海军的022型艇 ）
气垫船（美军的LCAC级气垫船）
水翼艇
地效益船
我国第一艘冲翼艇
地效益船
END
1.4 高性能船舶航行性能研究方法
• 1）理论计算； • 2）船模试验； • 3）实船试验。
理论计算方法
• （1）线性兴波理论、势流理论、升力线和升力面 理论：应用于“薄船”的兴波阻力计算； • （2）切片理论：应用于SWATH等高速排水型船 舶波浪运动性能计算； • （3） “薄船”“细长船” 与“切片”理论：应 用于SWATH、高速双体船、穿浪双体船兴波阻力 与运动性能预报； • （4）“机翼”及空气动力学理论：应用于水翼艇、 地效翼船的性能计算。
高性能船舶设计原理
• 赵连恩，谢永和 • 国防工业出版社 • 2009年
第一章
绪
论
1.1 高性能船舶基本概念及特点
1.2 船舶水动力技术与船型演变 1.3 高性能船舶发展概况
1.4 高性能船舶航行性能的研究.1 高性能船舶基本概念及特点 一、高性能船（HPV）的基本概念 基于不同的流体动力原理，高性能船有 不同的类型和船型：
1.3 高性能船舶发展概况
船型概念 提出时间 水翼艇 1940„s中 气垫船 1950„s初 地效翼船 1960„s初 SWATH 1970„s末 穿浪双体船 1980„s初 三体船 1990„s末 四体船 1940„s中 W型槽道艇 1990„s末 M型槽道艇 2000„s初 船舶类型 第一艘实船 建造国 “火箭” 苏联 SRN1 英国 “里海怪物” 苏联 “卡马利诺” 美国 “维多利亚之神” 澳大利亚 “RV Triton” 英国 “SEA SLICE” 美国 “挑战者” 英国 Stiletto 美国
1.5 高性能船舶耐波性评估标准
• 耐波性包括安全性与舒适性。 • 国际标准化组织（ISO）卫生与安全委员会 （HSC）船舶耐波性执行标准：
（垂向加速度；横向加速度；横摇角；纵摇角） – 正常运营安全标准； – 预定最坏条件安全标准； – 舒适性标准； – 结构设计标准；
高速双体船 （“合资企业号”是澳大利亚造船公司设计和制造的）
(5)优美的造型和舒适的舱室空间环
境。
1.2 船舶水动力技术与船型的演变 1.2.1 船舶航态与船舶性能 随着航速的提高，船舶的航态会因流体 动支持力的比重不同而发生变化。讨论船舶 航态与航速的关系时，因为船舶的吃水和水 线长度要随航速的变化而发生改变，这时已 不能再假设船舶设计水线等于船舶静止时的 水线长度。 在这种情况下不宜使用长度傅氏数来作为 船舶的相对速度，而通常用与船舶重量相关 的容积傅氏数来表示船舶的相对速度，因为 静浮时排水容积的大小与航速无关。
船舶相对速度：
长度傅氏数： Fr V ，L为船舶水线长 gL
体积傅氏数： V Fr ，为船舶排水体积 1 g 3
图中的曲线表示船舶以不同航速运动时，船 体各部位的升沉变化情况。
船体垂直方向上的力平衡关系
g 1 LD 排水量；1 - 排水体积；LD - 流体动升力 1 ）排水航行状态； 2）过渡（半滑行）状态 ； 3）滑行状态；
1.2.2 高性能船舶种类 随着船舶航速的不断提高，航态、船体支持 力的构成以及船体相对水表面的位置均会发生明 显的变化。船型会随着航态的变化相应发生明显 的改变。
高性能船舶种类：
水面型：单体圆舭型船、深v型船、双体船、多体船、 半措行艇、滑行艇、翼滑艇等； 半潜型：小水线面船、半潜船等； 全潜型：浅潜(近水面)船、深潜船(艇)等。 腾空型：气垫船、水翼艇、冲翼艇等； 掠海型：地效翼船、水上飞机。 横剖面的形状：圆舭形、尖舭(折角线)型、深v型、 穿浪型。 复合船型：双体气垫船、双体水翼船、槽道水翼滑 行艇、半潜水翼船等。
排水量船型； 流体动力船型； 不同原理的混合船型。
追求高水平的综合航海性能，以及具有 完善的使用功能。
“高水平的综合航海性能”： 最重要的标志是高速性能和优良的耐波 性能。 其次是经济性好、载运能力较大，以及 环境舒适和形态美。
二、高性能船的特点 (1)优良的耐波性能； (2)航速高； (3)载运能力较大； (4)经济、安全；