船舶的设计原理 第5章
船舶原理 必背
船舶货运符号1、船舶形状2、船型系数3、常用位置点3．其它4．稳性参数基本公式：第二章：近似算法梯形法 )2(00nni i y y y l A +-=∑= 辛一法 )4(31321y y y l A ++=辛二法 )33(834321y y y y l A +++=第三章：浮性1．重量、重心计算：i P D D ∑+=1 11)(1D M D X P X D X xp i g g i =⋅∑+⋅= 1)(1D Y P Y D Y i p i g g ⋅∑+⋅=11)(1D M D Z P Z D Z Zp i g g i =⋅∑+⋅=注意：利用合力矩定理，∑==n1i (力矩）分力对该轴或支点取的的力矩合力对某一支点或轴取其中：11g g 1g 1Z ,Y ,X ,∆为装卸后重量、重心。
g g g Z ,Y ,X ,∆为装卸前重量、重心，Pi Pi i P iZ ,Y ,X ,P ，为装卸货物重量、重心，装货为+，卸货为—x M ：全船重量纵向力矩； Z M ：全船重量的垂向力矩；2．少量装卸对吃水影响TPC100Pd P =δ W A TPC ρ01.0=其中：TPC -当前水域密度下的每厘米吃水吨数。
P -装卸货物重量，装货为+，卸货为—3．舷外水密度变化对船舶吃水的影响⎰=b aydxA⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯=1100211ρρδρTPC Dd 其中： 1ρ-先前的水域密度；2ρ-后来的水域密度第四章 稳性1．初稳性高度定义式：g M Z Z GM -= M Z 根据型吃水查静水力资料，g Z 利用公式计算 2．船内垂移货物（初始正浮）： Dpl GM M G z-=1 3．船内横移货物（初始正浮）：GMD P tg y ⋅=θ4．自由液面的影响 Di GM M G xii ∑-=ρ1其中：自由液面修正量为 DiGMix i f∑=ρδx i -水线面的自由液面惯矩，对于矩形液面 3x lb 121i =对于等腰梯形液面)b b )(b b (481i 222121x ++=注意：GM 是指船舶装载与液体同重的固体时的初稳性高度，即没有考虑液体的流动性。
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_05_船舶型线设计_0508_首部型线的选择
第五章船舶型线设计5.8 首部型线的选择6464第五章船舶型线设计5.8 首部型线的选择横剖线形状如图所示的为四种常规船型的横剖线形状，根据形状特征可分为：U形、V形、中U形、中V形。
第五章船舶型线设计5.8 首部型线的选择横剖线形状(1)U形。
排水量沿吃水高度分布较均匀，使设计水线瘦削，半进流角小，有利于减小兴波阻力。
在尾部U形剖面使伴流比较均匀，有利于提高船身效率，改善螺旋桨工作条件，降低螺旋桨激振力。
但相对于V形，U形剖面湿面积较大，摩擦阻力大些，耐波性也差些。
一般大型运输船及中、高速船舶采用U形剖面。
(2)V形。
V形剖面的面积分布偏于上部，湿表面积较小，对减小摩擦阻力有利。
在尾部，V形剖面使去流段水流顺畅，可减小旋涡阻力。
V形剖面可增加纵摇和升沉的阻尼，对耐波性有利。
小型船舶多采用V形剖面。
(3)中U形或中V形。
兼顾阻力和耐波性两方面的要求，为大多数中型船舶所采用。
5.8 首部型线的选择首部横剖线第五章船舶型线设计首部横剖线形状主要从静水阻力和耐波性这两方面来考虑。
(1)静水阻力方面。
V形横剖面形状湿表面积较小，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) 的舭部旋涡。
但V形剖面设计水线首端丰满、半进流角大，兴波阻力较大。
U形剖面船的排水量相对集中在下部，设计水线瘦削，半进流角小，有利于减小兴波阻力，但湿面积大，摩擦阻力大。
由此，从总阻力方面来考虑，对应不同速度，首部横剖线存在一个阻力上有利的形状选择问题。
第五章船舶型线设计5.8 首部型线的选择首部横剖线哥德堡船舶研究院曾对图示的无球首前体横剖线形状U形和V形的船模进行对比试验，其典型的阻力曲线见图所示。
第五章船舶型线设计5.8 首部型线的选择首部横剖线(2)耐波性方面。
V形横剖面，船舶在纵摇和升沉运动时，浮力和阻尼力矩增大，能明显减小纵摇和升沉运动，且能缓和船底砰击(尤其当波长与船长之比λ/L>1.0时)，但V形剖面会增加波浪中航行的阻力(尤其是λ/L<1.2时)。
船舶设计原理_05_船舶型线设计_0510_侧面轮廓线的选择
第五章船舶型线设计5.10 侧面轮廓线的选择7878第五章船舶型线设计5.10 侧面轮廓线的选择型线的侧面轮廓线型线的侧面轮廓线包括首轮廓线(有球首时包括球首)、尾轮廓线、龙骨线、甲板中心线和甲板边线。
侧面轮廓线是船体型线最基本的边界线，也是船体形状特征的重要控制要素之一。
侧面轮廓线的设计也同样关系到船舶性能。
甲板边线与总布置关系密切，设计中必须与总布置设计相互协调。
第五章船舶型线设计5.10 侧面轮廓线的选择首轮廓线常规船不带球首的首轮廓线基本形状如图所示，现代船最常用的首轮廓线形状就是图中的前倾型首。
5.10 侧面轮廓线的选择尾轮廓线第五章船舶型线设计尾轮廓线形状的选择主要是考虑舵和螺旋桨的布置以及与横剖型线的配合，现代单桨运输船一般都采用巡洋舰尾，其侧面轮廓形状如图所示。
为了简化工艺，大多在水线以上切除了巡洋舰尾的曲面尾端，改用一块后倾0°-15°的平板作为尾封板，如图中的虚线所示。
5.10 侧面轮廓线的选择尾轮廓线第五章船舶型线设计当吃水较浅且螺旋桨直径较大时，为了布置螺旋桨，不得已只好减小浸深，使尾悬体的轮廓线比较平坦，如图中的点划线所示，此时应注意尾悬体横剖线的形状应具有一定的V形，否则容易引起尾部砰击和螺旋桨对船体产生较大的激振力。
5.10 侧面轮廓线的选择尾轮廓线第五章船舶型线设计尾框设有底龙骨(也称舵托)的称为闭式尾框，不设底龙骨的称为开式尾框，如图中的双点划线所示。
第五章船舶型线设计5.10 侧面轮廓线的选择尾轮廓线设计尾轮廓线时，尾框内的形状、尺寸应根据舵和螺旋桨的具体位置、尺寸，考虑桨叶与尾框间的间隙来决定，如图所示。
桨叶与舵及尾框之间的间隙大小主要影响螺旋桨对船体的激振力，同时也与推进效率、阻力有关。
第五章船舶型线设计5.10 侧面轮廓线的选择尾轮廓线总的来说，尾框的设计以防止大的激振为主要考虑因素，为此适当牺牲点快速性的要求也是值得的。
为了防止产生过大的激振，各船级社的船舶建造规范对尾框间隙尺寸提出了最小值的要求，在设计中应予以满足。
船舶设计原理_05_船舶型线设计_0507_设计水线形状的选择
第五章船舶型线设计5.7 设计水线形状的选择5656第五章船舶型线设计5.7 设计水线形状的选择设计水线的形状设计水线的形状特征和横剖面形状特征是相关的，设计水线丰满意味着横剖面在设计水线处较宽，在一定的横剖面面积下，下部必然较窄，横剖面形状成V形。
反之，设计水线瘦削，横剖面形状成U形，如图所示。
第五章船舶型线设计5.7 设计水线形状的选择设计水线的形状设计水线形状确定以后，很大程度上已决定了横剖面形状(UV程度)，所以在选择设计水线形状时应对横剖线形状有一个清楚的认识，并将两者结合起来统一考虑。
5.7 设计水线形状的选择设计水线的特征和参数第五章船舶型线设计近水面处的水线形状对兴波阻力影响较大，通常以设计水线为代表进行研究。
设计水线的特征和参数包括：水线面系数C w 、设计水线首段形状及半进流角i e (近首垂线处水线与中心线的夹角）、平行中段长度、尾段形状及去流角等。
(1)水线面系数C w 水线面系数C w 与多种因素有关，这些因素包括快速性、稳性、耐波性、总布置与型线等。
在实际船舶设计中，水线面系数C w 的选取一般先考虑快速性，然后校核稳性、耐波性、总布置与型线等方面，看是否合适。
5.7 设计水线形状的选择设计水线的特征和参数第五章船舶型线设计(2)设计水线首段形状及半进流角ie设计水线首段形状对兴波阻力的影响机理与前面所述的横剖面面积曲线相类似。
它的选取与相对速度密切相关，所以，首段形状特征如下：0.16<Fr <0.20 由凸形到直线形；0.20<Fr <0.22 直线形或微凹形；0.22<Fr <0.32 微凹形；Fr>0.32 直线形，整个进流段保持和缓的曲度。
5.7 设计水线形状的选择设计水线的特征和参数第五章船舶型线设计设计水线的半进流角i e 对船首部兴波阻力有重要影响，适宜的半进流角i e 主要与傅汝德数F r 有关，其次与C p 、L/B、C w等有关。
第五章 船舶舱室设计
（ l ）满足使用要求。 （2 ）符合规范、公约约束。 （3 ）紧密地与船体设计配合。 （ 4 ）注意船体结构。 （5 ）充分考虑船舶制造工艺，特别是现代船舶制
造工艺中壳舾涂一体化和模块化问题。
（ 6 ）给人以“美感”。这是舱室与区划在美学上 的要求。在设计时要充分体现舱室的特点，形成 其特定的性格和风格。
（1）甲板区域划分与平面布置； （2）舱室防火分隔； （3）甲板敷料布置； （4）绝缘材料布置； （5）舱室内装节点布置； （6）舱室预埋件布置； （7）门窗布置； （8）灯具空调布置； （9）梯道布置； （10）各工作舱室布置； （11）各公共舱室布置； （12）备品、装饰品订货明细表； （13）舱室供应品、备品清单明细表。
舱室的适用性在于最大限度地发挥其使用功能，以多种形 式美融于内在功能之中。这是设计的目的，也是设计的核心。
合理是工程技术最起码的要求。合理应包括结构形式合理、 空间上的合理、用材合理有效，最重要的是符合工艺设计要 求。安全是舱室设计中不可忽视而受约束的问题。国际公约 和各国规范都有严格的规定。舱室设计中直接涉及的安全问 题是防火和应急逃生，此外涉及船舶的性能，如稳性、抗沉 性，涉及设备的安全使用，船员和旅客的安全健康等因素。
舱室设计中着重考虑船舶的结构防火设计。尽 量使船体结构和防火结构两者结合起来，完成防 火主竖区的水平方向和垂直方向的分隔，也尽量 减轻上层建筑的整体重量，保证船舶（特别是客 船）具有足够的完整稳性。
舱室设计的总体原则为适用、合理、安全、舒适和经济。 适用就是设计中充分考虑其使用要求，并研究如何能有效地 发挥舱室的使用功能。如驾驶室能有利于驾驶、操作和全船 指挥；居住舱室利于船员或乘客休息和活动；厨房利于烹调 和配膳。
（l ）沟通上层建筑内部的各个区域； （2 ）对房舱与邻居住区域或其他区域进行隔音、隔热，并维
第五章 船舶推进装置
第五章船舶推进装置第一节船舶推进装置的传动方式船舶推进装置按传递到螺旋桨功率方式不同可分为以下几种。
一、直接传动直接传动是主机动力直接通过轴系传给螺旋桨的传动方式。
在这种传动方式中，主机和螺旋桨之间除了传动轴系外，没有减速和离合设备，运转中螺旋桨和主机始终具有相同的转向和转速。
它的主要优点是：（1）结构简单，维护管理方便。
只要安装时定位正确，平时管理中注意润滑冷却，一般不会出现大问题。
（2）经济性好，传动损失少，传动效率高。
主机多为耗油率低的大型低速柴油机。
螺旋桨转速较低，推进效率较高。
（3）工作可靠，寿命长。
因此普遍应用于大、中功率的民用船上。
其缺点是：整个动力装置的重量尺寸大，要求主机有可反转性能，非设计工况下运转时经济性差，船舶微速航行速度受到主机最低稳定转速的限制。
二、间接传动间接传动是主机和螺旋桨之间的动力传递除经过轴系外，还经过某些特设的中间环节（离合器、减速器等）的一种传动方式。
根据中间传动设备的不同，又可分为只带齿轮减速器；只带滑差离合器和同时具有齿轮减速器和离合器三种。
它的主要优点是：（1）主机转速可以不受螺旋桨要求低转速的限制。
只要适当选择减速比，就可使主机的转速适应螺旋桨的转速要求。
（2）轴系布置比较自由。
主机曲轴和螺旋桨轴可以同心布置也可以不同心布置，以改善螺旋桨的工作条件。
（3）在带有倒顺车离合器的装置中，主机不用换向，使主机结构简单，工作可靠，管理方便，机动性提高。
（4）有利于多机并车运行及设置轴带发电机。
间接传动的主要缺点是轴系结构复杂，传动效率较低。
这种传动方式多用于中小型船舶以及以大功率中速柴油机、汽轮机和燃气轮机为主机的大型船舶。
近年来由于动力装置节能的需要，提高螺旋桨的推进效率越来越被人们重视，而采用大直径低转速螺旋桨是有效途径。
在70年代初，低速柴油机利用直接传动方式带动的螺旋桨转速多在100r/min以上，中速机通过减速箱减速一般也不低于90r/min。
船舶概论之船舶舱室
江苏省无锡交通高等职业技术学校 魏斌 luoye@ QQ：251286238
第五章 船舶舱室
■
主要内容：
第一节 舱室设计的发展
第二节 舱室设计的内涵
第三节 舱室设计的总原则
■学习目标 ■知识目标
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1.能叙述船体舱室设计的定义及发展情况 2.能理解船舶舱室设计的内涵 3.能懂得船舶舱室设计的总原则及设计程序 ■能力目标 1.能描述舱室划分的基本原则 2.能选择绝缘材料 3.能熟悉舱室环境
第五章 船舶舱室设计 第一节 舱室设计的发展
1.现代化造船模式：
壳——舾——涂 一体化
船体
舾装
涂装
船舶 内装
机、管、电、设备 等的舾装第五章 船舶来自室设计 第一节 舱室设计的发展
2.船舶舱室设计的发展
设计：简单——系统、科学 工艺：粗糙——精致、简单 设备：低档——星级、舒适 材料：低级——高级、美观
第五章 船舶舱室设计 第一节 舱室设计的发展
第五章 船舶舱室设计 第一节 舱室设计的发展
第五章 船舶舱室设计 第一节 舱室设计的发展
第五章 船舶舱室设计 第二节 舱室设计的内涵
•
由于各船级社的造船法规和国际公约日益完 善和实施，引起了舱室设计方法，船舶建造工艺 和材料、设备选用的变化;同时人们对居住环境要 求也高了，讲究舒适、美观，从而引起了从舱室 的简单划分、布置到科学地、系统地布置和设计 的变化。 • 这种变化主要体现在结构防火分隔设计，以 达到有效地阻止、控制火灾和火势的蔓延，从而 保障人们生命与财产的安全。
4. 豪华邮轮舱室图片
豪华游览船-视频-点击播放
第五章 船舶舱室设计 第一节 舱室设计的发展
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积载因数对船型的影响
❖ 重质货物的积载因数小，对船舶的货舱舱 容要求低，对船舶主要要素起控制作用的 因素是重量(载重量)。重质货物船的干舷 满足《国际载重线公约》或我国《海船载 重线规范》要求的最小干舷，其所对应型 深使船舶具有的货舱舱容能够满足货物对 容积的要求。重质货物船属载重型的最小 干舷船。
作用 ①空船压载（为了保证空载时航行性能） ②有些船由于稳性要求，即使满载出港，
压载水也是必不可少的（客、集装箱船）
压载量Wb因船而异——通常在（1/2~1/3）DW 之多间 少，。通常用比值Kb=—WDW—b ，表示压载水Wb的
❖ 容量是船舶的一项重要的技术参数，货物运 输船的货舱容积、客船的客舱容积及甲板面 积，是保证运输能力的一个主要因素，因而 是影响船舶经济性的主要技术指标。
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概述：容量及研究的主要内容
容量与船舶建筑形式(机舱地位、干舷大 小)结构构造(双层底或单层底等)主尺度及船 型系数，所载运的货物性质等因素密切有关 。在选择船舶主要要素阶段，所确定的主尺 度和船型系数方案，不但要满足快速性、稳 性、适航性方面的要求，而且要满足甲板面 积和舱室容积的要求。研究船舶主要要素和 容量间的规律，其目的是使所选择的主尺度 和船型方案能较准确地满足容量要求。
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概述：容量及研究的主要内容
本章主要介绍在选择主要要素阶段有关 船舶容量的几个主要内容： ① 船舶所需容量； ② 新船能提供的容量估算； ③ 影响容量主要因素及改善容量主要措施。
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积载因数对船型的影响
❖ 货物积载因数是指单位重量货物所需货舱 体积，其单位为m3/t．
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Kc初估 时可取
包装货舱0.88~0.92 散装货舱0.98左右 货油舱0.95~0.96(其中2~3%考液体
膨胀所占容积) 冷藏舱0.7~0.8(绝缘与管系占去较
多容积)
最好应参考型船资料，比较、分析进行修正！
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选取船主要要素时须考虑的问题
选取船的 主要要素
1.满足重量与浮力平衡 2.满足容量与甲板面积的要求
货物，机械，设备，人员 需要 选主尺度
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§5-1 载重型船的舱容
设计载 第一步：解决重力—浮力平衡 重型船 第二步：校核容积 一方面估算按任务
书要求所需容积，另一方面估 算新船所能提供容积 通过比 较：校核原先选的主尺
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第五章 船舶容量与甲板
面积
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概述：容量及研究的主要内容
❖ 任何船舶都应具备必须的内部甲板和露天甲 板面积和主船体内部各种主隔舱(舱壁)及舱柜 的体积，以便用来安放船舶设备、装载货物 或安置旅客，存放油及水等等。
❖ 船舶容量就是船舶舱室容积和甲板面积的总 称。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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❖ 一般舱容的亏损量大致如下：
一般包装的杂货 10％~20％
散装货
2％~10％
木材
5％~50％
❖ 亏舱因素的考虑一般由船东根据实际装载经验 结合船型特征确定。通常，船东在设计技术任 务书中给出的积载因数应包括对亏舱因素的考 虑。
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❖ Kc——型容积利用系数（折扣系数），表示舱 容利用率的高低。
❖ 积载因数是表明对运输船货舱舱容要求的 一个重要依据数据，在船舶设计技术任务 书中都加以规定。
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积载因数对船型的影响
❖ 积载因数小的货物，如铁矿砂、磷酸盐、 铝矾土等货物，属重质货物，重质货物对 船的舱容要求低；
❖ 积载因数大的货物，如谷物、棉纱、布匹 、茶叶、烟草等货物。属轻质货物，轻质 货物对舱客要求高。
❖ 容积折扣系数是指船舱内能用于装货的容积与 型容积之比。型容积Vc是指按型线图计算所得 的容积，实际船舱内有平台、舱壁等结构，船
侧、甲板有肋骨、横梁、纵桁等构件，液舱内
还有管系等，这些都要占去一部分容积，型容
积中扣除这部分容积后称为净容积，净容积与
型容积之比称为结构折扣系数。各种舱室的结 构折扣系数见表4.2.2。结构折扣系数的取值与 船的大小、液舱内有无管系等因数也有关。小 船的结构折扣系数应比大船取小一些。
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❖ 2.燃油、淡水舱型容积V0W
VOW
W1
1K1
（5-2）
W1——油、水重量（t）
ρ1——密度（
t m3
）重油=0.8~0.9
轻油=0.84~0.86
K1——舱容利用系数
燃油舱：0.95左右（是重油,加热管子,结构
骨架要占一部分容积）
水舱：0.97左右
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❖ 3.专用压载水舱Vb
度与系数是否合理
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一、所需主体内容积的计算
❖ 一般载重型船，舱容主要指货舱、机舱、油 水舱、压载舱、首尾尖舱等。
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❖ 1.货舱型容积Vc
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Vc=Wc·C·1Kc
Wc——载货量，任务书给出，有时给DW， 则计算出DW中各项重量后 可得Wc=DW-∑Wi
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积载因数对船型的影响
❖ 轻质货物的积载因数大，对船舶的货舱舱 容要求高，对船舶主要要素起控制的因素 是容积，此类船的型深按最小干舷确定对 其货舱舱容不能满足货物对容积的要求( 一般来说货物积载因数C在1.4以上)。轻 质货物船的干舷要大于最小干舷，属于“ 容积型”的富裕干舷船。
C——积载因数（m 3 t ），具体数字参见表3-2 及设计手册。如果C>1.4，则对容积问题特别 注意。对液货（原油等），常用密度ρc（ t m）3 , 此时C改为1/ ρc
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❖ 有考虑亏舱和不考虑亏舱之分，不考虑亏舱的 积载因数仅与货物的种类和包装方式有关。亏 舱是指货舱某些部位因堆装不便而产生装货时 无法利用的空间，因而亏损了舱容。亏舱量与 货舱开口大小、货物形状和包装方式以及散货 的休止角等有关。例如，货舱开口以外的顶部 容积较难利用，开口越小，亏损容积越多；装 载散装谷物时，这些部位如设置添注漏斗，则 亏损容积又可减小。