第一章 船舶基础知识

(1)降低船舶重心G 使船上设备和负载尽可能布置在较 低的位置.上层建筑不过于庞大-压载则是经常采用的 方法,尤其在船舶空载航行时. (2)提高横稳心M 它与船舶横倾后浮心水平移动的距离 有密切关系.M点的高度决定于船体的形状,尤其是水 下部分的形状.
必须注意的是船舶是集各种性能的工程建筑物, 在保证初稳性的同时,也要兼顾其他性能,即稳 心不能太高,亦即GM值不能过分地大,否则船舶 将像玩具不倒翁那样,剧烈摇摆
船体型线图就是用一系列平行于三个基本 投影面的平面去剖切船体,将这些平面与 船体型表面的交线投影到三个基本投影面 上得到的.
3.型线的形成及其投影 图 为船体型线的示意图,仅取首部一般船 体加以说明.
船体型线图
第二节 船舶航行性能
一,概述
通常,船舶航行性能包括以下六个方面:
(1)浮性 ; (2)稳性 ; (3)抗沉性 ; (4 )快速性 ; ( 5 )耐波性 ; ( 6 )操纵性 .
2.主尺度比值
从船舶主尺度的比值可以看出船舶长短肥瘦的形 状特征,它还反映出船舶某些航海性能的好坏和 船体结构的强弱.主尺度比有以下几种. (1)长度宽度比 L / B
该值对船舶快速性影响较大.L/B值大表示船体狭长, 阻力较小而航速较高.
( 2 )型宽吃水比 B / T
该值与船舶的稳性,阻力关系比较大. B/T越大,稳性 越好,但阻力也较大. B / T过大时容易造成过快的摇 摆,不利于船上人员的生活和工作.
型宽(B)―船体型表面之间垂直于中线面的最 大水平距离; 型深( D,H)―通常指在中站面处,沿舷侧自 龙骨线量至上甲板边线的垂直高度; 型吃水( T )—通常指在中站面处,自龙骨线量 至设计吃水的垂直距离.在船长中点处从平板龙 骨上缘至夏季载重水线的垂直距 干舷(F)—在船长中点处,沿舷侧自夏季载重水线 量至上层连续甲板边线的垂直距离,
四,抗沉性
抗沉性 ― 船舶在局部破损浸水后,仍能保 持一定的浮态和稳性而不致沉没的能力 在复杂的海洋环境中航行的船舶,局部损 坏进水是难以完全避免的,船舶在这种情况 下如何避免沉没,这是抗沉性所要讨论的问 题. 泰坦尼克号和冰山相撞后,船壳被撕开 100 多米长的破洞,造成首部 5 个舱淹水而 终于沉没.
形状阻力:在边界层紊流区的后部,在船体形状急剧变 化的部位,会产生水流分离现象.在分离点以后,船体 周围产生涡漩,涡漩处的压力比水流未分离时的压力低, 就好像对船体产生一种向后的"吸力".实际上正是这 种压力差在船长方向分力的总合力,造成了航行中的形 状阻力或称涡漩阻力.所以称为形状阻力,水流的分离 情况或涡漩阻力的大小,主要同水中运动物体的形状有 关.
球鼻首
船舶推进效率
凡是能利用各种动力源并把它能换成推力 推动船前进的,都称为推进器. 采用高效率的推进器能提供较大的推力, 它是主机功率一定而获得较高航速的主要 途径 螺旋桨的效率与直径,螺距,盘面比,叶 片的切面形状以及某些附属设施有关
六,耐波性
耐波性 ― 船舶在波浪中抵抗摇摆,保持稳性和航 速的能力 摇摆造成的不良后果
热季淡水吃水线 夏季淡水吃水线 热带吃水线 夏季吃水线 载重线圈 冬季吃水线 北大西洋吃水线
三,稳性
稳性 ― 船舶在外力作用下偏离正浮位置而倾斜, 当外力消失后能自行恢复到正浮位置而不倾覆的 能力; 船舶因受外力作用发生横倾时,船舶排水体积的 形状就会改变,这一体积的形心--浮心的位置也 -随之发生变化 重力和浮力方向相反,而它们的作用点不再在一 条垂线上,这两个大小相等方向相反而作用点不 在一条垂直线上的力就构成一个力矩,我们称这 力矩为回复力矩.
不同形状物体的漩涡阻力
( 2 )兴波阻力 船在水中航行时,船体使周围的水压力发生变化.原来平 静的水面有的地方升高,有的地方下陷,不同的水面在重 力和惯性力作用下形成波浪并向外扩散传播.这种由航船 引起的波浪称为船行波,不同于海洋上由风兴起的海浪, 船行波的形成需要外界供给能量,这个能量就是由行驶中 的船舶提供的,相当于船舶对周围的海水做功使其产生波 浪,这就是船舶航行中的兴波阻力.航速是影响兴波阻力 的最主要因素,它要消耗主机相当大的功率.
稳心
初稳性高度GM
稳心:把倾斜前后浮力作用线的交点 M 称为稳心 (在这里是指横稳心), 初稳性高度:把稳心和重心之间的距离 GM 称为 初稳性高度,该值是船舶稳性的衡量标准. 决定稳心位置的主要因素:重心 G 的位置,浮心 B 的位置
船舶重量的分布影响重心 G 的位置 船舶排水体积的形状影响浮心 B 的位置
第一章 船舶基础知识
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第一节 船舶形状
一,船舶尺度
1.船舶主要尺度
船舶作为一种外形庞大的工业产品,一个复杂的空间 几何体,它的大小也用尺寸标注来表示,如同某些产 品标注其外形尺寸一样,这些表征船舶大小的尺寸称 为船舶的主要尺度. 钢质船体的内表面称为船体的型表面,凡是量到型表 面的尺寸称为型尺寸 钢质船舶的主要尺度通常都是指的型尺寸.
总长LOA ―船体型表面首尾两端点之间的水平距 离; 设计水线长LWL ―设计水线面上船体型表面首尾 端点之间的距离;也称满载水线长,是沿设计夏 季载重水线自船首垂线至船尾端点的距离 垂线间长Lpp― 首垂线和尾垂线之间的水平距离, 又称两柱间长;首垂线是通过设计水线首部端点 所作的垂线.尾垂线在有舵柱时为舵柱后缘,无 舵柱时为舵杆中心线;
上述措施有时会同船舶使用要求或其他性能相 矛盾,需要加以综合考虑.
五,快速性
1,快速性 ― 船舶以较小的主机功率消耗 而获得较高航速的能力
使船舶在不加大主机功率的前提下尽可能地提 高航速,这就是快速性所要讨论的问题. 经济性:功率,航速的经济性
2,方法:
减小航行阻力 提高推进效率.
3,船舶航行阻力
2.三个基本投影面
船体型线图中的三个基本投影面如图 所示.
中线面(中纵剖面)将船体分为左右对称两部分的纵向垂直平面. 设计水线水平面通过设计吃水,将船体分为水上和水下两部分的水平面. 中站面(中横剖面)通过船舶垂线间长中点,将船体分为前体和后体两部分 的横向垂直平面. 中线面,设计水线水平面和中站面是三个互相垂直的平面,它们在船体图中 的作用,相当于机械图中的正投影面,水平投影面和侧投影面.船体型线图 就是投影在这三个基本投影面上的三组平行剖切面图.
①
5,区带或区域
为保证船舶的航行安全和最大的载重能力,根据海洋上风 浪的大小和变化规律,将世界上具有相似风浪条件的海域 分成若干区域,称为区带或区域; 在同一区域或区带内,按风浪变化的不同时期,划分为季 节区带,此种季节区带,称为季节期.如分为热带,夏季, 冬季,北大西洋冬季.船舶航行在不同的区带,区域和季 节区带,季节区域,分别规定使用不同的最小干舷,即规 定了最高的吃水线. 在不同的季节和海域,海上风浪情况不同,允许具有不同 的干舷.通常在夏季,在热带海域因风浪较小,干舷可相 应地减小;而在冬季,特别是在北大西洋冬季,因风浪较 大,要求有较大的干舷.海船航行到淡水区域,由于淡水 的密度比海水小,在同样载重情况下,其排水体积和吃水 都相应地有所增加,所以允许干舷可相应地减少.
二,浮性
1,浮性 ― 船舶在一定装载情况下,在水 中具有以正常浮态漂浮的能力 2,浮心 浮力垂直向上,作用于船舶排水体 积的几何中心B,我们称该点为浮心.
3,平衡状态:
1)重力和浮力大小相等,方向相反; 2)重心 G 和浮心B 在同一垂线
4,储备浮力 ,
在设计水线(满载水线)以上的船体还保留 有一定的水密体积.这部分水密体积所具有 的浮力称为储备浮力. ② 船舶的储备浮力通常用干舷表示,干舷大储 备浮力就大. ③ 船舶必须具备最低限度的干舷值以确保航行 安全.航行于不同水域的各类船舶必须具有 的最小干舷值,国际和我国都在有关规范中 作了明确规定.
粘性阻力
2 %一 4 %左右. 以阻力的性质则分为粘性阻力和兴波阻力两种.
附体阻力:水下的船体表面常有突出的附属结构,如舵,轴支架,舭龙骨, 减摇鳍等,航行中也产生阻力,我们把这部分阻力从主船体阻力中分出来, 称为附体阻力,约占总阻力的 3 %一 10 %. 裸体阻力:而剩下的主船体水阻力称为裸体阻力.对于一般船舶都只计算 裸体阻力,然后根据附体的设置情况增加一个百分数( 10 %一 25 % )作 为附体阻力.
(4)型深吃水比 D / T
该值影响船舶大角度横倾时的稳性和抗沉性. D / T 大船的储备浮力大,对提高大倾角稳性和 抗沉性有利.
(5)长度型深比 L / D
该值影响船舶的结构强度, L / D越小,则纵总 强度越好.不同用途不同类型的船舶都有其相 应的主尺度比值.
二,船体型线图基本知识
1.标高投影与平行剖切
抗沉性规范
(1)设定安全限界线 极限海损水线:76mm (2)对船舱长度的限制 (3)对破舱后船舶稳性的要求
一舱不沉制 两舱不沉制 依此类推,海上客船至少应满足一舱不沉制要求.
提高船舶抗沉性的措施
除按照规范要合理分舱外,在船舶设计时还采 取一些其他措施以提高抗沉性.
( 1)增加干舷 ( 2 )减小吃水 ( 3 )加大舷弧和使横剖线上端外倾,或使水线下船 体适当瘦削都可以起到相对增加储备浮力的作用.
由此可能出现以下三种情况:
( 1)稳心 M 在重心 G 之上,回复力矩为正值,船舶倾 斜后将被扶正; ( 2 ) M 点在 G 点之下,回复力矩为负值,船舶将继续 倾斜直至倾覆; ( 3 ) M 点和 G 点重合,回复力矩为零,船舶停留倾斜 位置,但在外力作用下可能继续倾斜直至倾覆.
保证船舶稳性的措施
减小兴波阻力途径
一个途径是通过系列船模试验的方法,研究主尺度,尺度比,船 型系数等对兴波阻力的影响,从而得到一系列阻力图谱,利用这 些图谱可以找到阻力胜能优良的船型系数,设计出相对具有较小 兴波阻力的船型. 另一个途径是在主船体上加设附属体,如装于船首部两侧水面的 消波翼.使附体所产生的波和船体产生的波互相叠加,千扰而使 波浪得以削减,从而达到减小兴波阻力的目的.目前应用最为普 遍的是设球鼻首.这是位于船体首端水线以下的凸出体,常见的 有水滴型,圆筒型等不同形状,大多成球面状向前凸出,它和船 体连接处以平缓光顺的曲线过渡.它的形状和尺寸经过精心的设 计,使球鼻首和主船体产生的波浪互相叠加而削减,减小兴波阻 力.球鼻首可使航速提高约 0.5kn.
耐波性好的船舶大体上应满足以下几方面 的要求
在波浪中的运动幅度和加速度不大; 运动比较和缓,乘员可以适应; 在风浪中失速小,螺旋桨不出水不产生飞车; 没有严重的船体砰击和波浪激发的振动; 波浪中附加的动力弯矩不致对船体结构造成损 害; 甲板上浪不严重.
船舶的航行阻力 是随航速而增加 的.但在不同航 速时各阻力所占 总阻力的比例变 化是很大时.兴 波阻力成为高速 航行时的主要阻 力.
降低阻力的措施:
对于低速船,主要设法降低摩擦阻力和形状阻力 对高速船则主要考虑降低兴波阻力.
降低摩擦阻力的主要途径
减少船体水下湿表面积:低速船的船长较短,长宽比 L/B较小. 减小船体表面的粗糙度.改善船用水下漆的性能,更有效地防止 海生物生长附着,减轻钢板的锈蚀,保持表面的光滑以减小水的 摩擦力.
(1)粘性阻力:水是有一定粘性的,船在 水中运动,将因粘性而产生阻力,粘性越 大阻力越大 粘性阻力包括两部分水阻力
摩擦阻力 形状阻力.
船体周围水流的变化
摩擦阻力:在船体表面和水流之间就因存在相对 运动而产生摩擦阻力.摩擦力的方向就是该处船 体表面的切线方向.这种切向摩擦力在船长方向 的分力的总合力,就是船舶航行中的总摩擦阻力. 由上述分析可知,摩擦力的大小与水的粘度,船 体浸水面积以及船的航速相关,是可以比较准确 地计算出来的.
1.乘员居住条件变坏,影响船员工作,引起晕船呕吐 2 .剧烈的横摇使船身横倾过大,可能导致倾覆. 3 .航行阻力增加,螺旋桨工作条件恶化(负荷不均匀, 桨叶局部出水),航速下降,燃料消耗增加. 4 .纵摇和垂荡使首部甲板上 浪,底部出水,船体与水 面砰击,船体结构振动,应力增加. 5 .摇摆产生的加速度,特别是砰击加速度,严重影响 各类设备,仪器的正常工作. 6. 波浪产生的弯矩和运动产生的附加应力可能导致船 体折断或局部损坏. 7 .甲板浸水,影响甲板机械设备的正常运转和船员的 工作.