52000DWT原油船的方案设计 133页

'52000DWT原油船的方案设计摘要本次毕业设计的具体任务为52000DWT原油船的方案设计，该船航行于远洋区域。在设计过程中着眼于确保船舶的适用性，保证其能够较好地完成设计任务书中规定的使用任务。本次设计涉及多个方面，大体上来说，可以分为下面六个部分：1、主要要素确定根据设计任务书的要求，初步确定设计船的主尺度、船型系数和排水量等主要要素，并对其稳性、航速、容积等进行校核，最终确定设计船的主尺度。2、型线设计采用“1－Cp”法改造母型船水下部分型线，水线以上部分自行设计，考虑型深、布置等方面的要求，同时注意与水下部分型线的配合，最终得到设计船的型线图。3、总布置设计按照规范要求并参考50000DWT母型船进行总布置设计，区划船主体和上层建筑，布置舱室设备。4、静力学及完整稳性计算对设计船的装载情况、浮态、初稳性、完整稳性等进行计算，并绘制静水力曲线、舱容要素曲线、稳性横截曲线、静稳性曲线和动稳性曲线等，以确定设计船满足设计任务书和规范的要求。5、快速性计算及螺旋桨设计采用-δ图谱设计螺旋桨的直径和其它参数。保证船、机、桨三者的配合，以提高设计船的整体性能。6、船体结构设计参考母型船，按照按照CCS《国内航行海船建造规范（2006）》的规定，对设计船进行货舱区的结构设计，选取构件，并校核总纵强度，以保证结构设计合理。最后绘制典型横剖面图。关键词：原油船；主尺度；型线；总布置；稳性；螺旋桨TheGeneralDesignOfa52000DWTProductCrudeTanker129 AbstractThespecifictaskofgraduationdesignistodesigna52000DWTCrudeoiltankerwhichmianlysailsonthecostalwateroffarocean.Themainconcernsinthedesignprocessarepaidatbothensuringtheapplicabilityoftheshipandbettereconomics,aswellasenvironmental,aestheticandotheraspects.Thedesignincludesalotofaspects，Generallyspeaking,thisdesigncanbedividedintosixmajorpartsasfollows:1.PrincipaldimensionsdesignAccordingtotherequirementsoftheinstruction,theprincipaldimensionsanddisplacementcanbedeterminedbyreferringtoempiricalfunctionsinitially.Andthentochecktheinitialstability,speedandvolumetodeterminetheprincipaldimensionsfinally.2.LinesdesignRebuildthelinesofthearchetypebelowthewaterlinebyusingthemethodof“1-Cp”.Thelinesoverthewaterlinearedrawnbothconsideringthedepthandarrangement.Accordingtolongitudinalcenterofbuoyancyandcoefficientofblockmodifylinesuntiltheyarereasonable.3.GeneralarrangementdesignReferringtothe50000tCrudecarrier’sgeneralarrangement,thegeneralarrangementisdesignedinaccordancewiththecorrelativerule.4.CalculationofhydrostaticsandstabilityCheckthestowageperformance,flotation,stability,integrityandsoon,anddrawthecurveofhydrostatic.Staticanddynamicstabilityoftwoloadingconditionsarecalculatedrespectively.Theresultsdemonstratethatthestabilityoftheshipmeetstherequirementofthecriterion.5.ScrewpropellerdesignDesignthediameterandotherparameterofthescrewpropellerbyemployingthe-δspectrum,ensurethecooperationoftheship,mainframeandthescrewinordertoenhancethetotalcapabilityoftheshipdesigned.6.StructuredesignThehullstructureisdesignedaccordingtoRulesandRegulationsfortheConstructionandClassificationofSteelSeaShips(2006),andselectthecomponentsandchecktheintensityofportraitbody,inordertomakesurethedesignofstructureisreasonable.Andfurthermore,thedesignerdrawstypicaltransversesectionplanes.KeyWords：Productoiltanker;PrincipalDimensions;MouldedLines;Generalarrangement;Stability;ScrewPropeller;Structure129 129 129 引言随着我国重大航运政策的变化和市场经济的发展，客运在萎缩，煤运在回落，但利润指标靠油运这一基本格局却仍未改变。油运能创造高于其他货运的经济效益是目前航运业的一个特征，也是各航运企业的共识。根据未来油运市场的特点，油船近期的发展是10～13万吨级的油船，中长期发展则视市场走向考虑发展20万吨以上的超级油轮。根据我国经营管理和油运市场的特点，我国将主要经营7～10万吨级的油船。本毕业设计为52000DWT远洋原油船方案设计，设计船货油比重为0.86t/m3，航行于我国近海区域。本船入CCS船级，设计过程中应对CCS的船舶设计建造标准进行参考，使其满足设计要求。本船为单机、单桨、单甲板、尾机具有球首和球尾线型船型，在进行总布置设计时，应给以充分考虑，并在给定条件下，满足装载要求，并且满足航行性能以及稳性条件。本毕业设计要求设计航速不小于14.0节，续航力约为8000海里，在进行航速计算、主机选择以及螺旋桨设计时，满足设计要求。本船船员数为20人，在满足船舶营运要求的前提下，充分考虑船员的起居生活，保证船员的正常工作，并保证船员的饮食和健康。船舶设计是逐步近似、螺旋上升的过程，在设计开始阶段，很多要素不能确定，要在进一步的设计计算中逐渐确定，逐渐精确。在设计的开始阶段，各要素的估算和假定，对船舶的后续设计优化产生影响，为能够得到满足设计要求并优化的船舶，在进行船舶的主尺度确定过程中，多考虑些影响因素，多参考些经验公式，从不同的角度进行主尺度确定，并进行对比分析，确定较为理想和优化的设计船的主尺度。确定主尺度后，设计船部分要素已经确定，利用“1－Cp”法和“迁移法”对母型船进行变换，绘制母型船和设计船的无因次化横剖面面积曲线，进而得到设计船的无因次化型值，对其进行有因次计算，绘制设计船的横剖线图，通过横剖线图绘制半宽水线图以及纵剖线图，并对其进行三向光顺。对水线以上部分的船体进行自主设计，并满足水线以上以及水线以下部分的过度，注意型线之间的配合，最终得到设计船的型线图。总布置设计时，结合油船的布置特点，保证设计船的舱容和装载，以及营运安全，考虑船员的起居与工作情况，并参考了50000DWT原油/成品油船的布置情况，对设计船进行总布置设计。129 设计船的螺旋桨采用图谱法进行设计，采用具有较好的性能的MAU系列螺旋桨，并根据实际情况对标准桨进行了一些必要的修正，保证船舶满足设计任务书对航速的要求，同时对设计螺旋桨进行校核，保证其满足设计要求。船体结构设计时，根据《钢质海船入级与建造规范（2006）》的相关规定，参考母型船的典型横剖面，对设计船进行货油区的结构设计，绘制典型横剖面结构图，并对其进行总纵强度的校核，使其满足规范的要求。本设计船为航行于远洋航区。船级为中国船级社，遵循CCS《国内航行海船建造规范（2006）》的相关要求。本设计船为单机、单桨、单甲板、尾机型船型。通过设计，使设计船的舱容满足载货量的要求，使其在不同的装载状况下能具有良好的浮态、航速、稳性等，满足设计任务书的要求。129 1设计任务书船舶设计技术任务书是船舶设计的依据，它全面地反映了对设计船的技术性能的要求，对船的主要技术要素都做了规定，如船舶类型、用途、航距、机电设备等，本船设计任务书是由毕业设计任务书提供的，在设计过程中，要严格遵照设计任务书，使设计船舶的要素以及性能满足要求，使设计船的舱容满足载货量的要求，使其在不同的装载状况下能具有良好的浮态、航速、稳性等，满足设计任务书的要求。1.1用途本船用于运载运载散装原油，货油比重为0.86t/m3。本船的载重量为52000DWT。1.2航区和航线本船航行于远洋航区。1.3船级本船入CCS船级。1.4船型本船为单机、单桨、单甲板、尾机型，具有球首和球尾线型1.5航速要求设计航速不小于14.0节。1.6续航力本船续航力约为8000海里。1.7船员数本船船员数为20人。1.8动力装置主机机型选择MANB&W。1.9规范《国内航行海船法定检验技术规则（2004）》《国内航行海船建造规范（2006）》129 2船舶主要要素确定本船为24000DWT近海油船，其主尺度的确定属典型的非布置型问题。解决此类问题的思路是：从重量入手，先选取载重量系数，然后估算排水量，按适宜尺度比及限制条件等算出主尺度，进行重量以及重量与浮力的平衡计算，平衡后进行性能校核，若满足则结束或进行经济性能分析，否则修改主尺度，重新进行计算。2.1船舶排水量初步估算2.1.1基本设计思路本设计船为运输船舶，应尽量提高其经济性能，因此设计时应注意降低造价，以降低成本，尽量提高航速，降低消耗，提高其运输能力，提高经济性能。船长对船舶的造价影响较大，故应该尽量减小船长；运输船舶，应满足载重量要求，在适当减小船长的情况下，可以适当增加型深，以满足本船舱容；由于本设计船的吨位特点，其他性能对其的限制较少，影响较小，能够满足要求。综上所述，在满足航速和舱容的要求下，尽量减小本船的主尺度，提高经济性能。2.1.2排水量的估算本船为布置型船舶，即为重量型船舶，由于ηDW随Δ变化有相对稳定的范围，通常用载重量系数法[1]初估排水量。因此，本设计船根据载重量法估算排水量。本设计船载重量为52000DWT，选取57692DWT成品油船作为母型船进行新船设计。母型船的主尺度等相关要素如下：表2.1母型船主要要素项目数值总长Loa224m设计水线长LWL219m垂线间长LPP218m型宽B32.2m型深D19m设计吃水d12m方形系数Cb0.823续表2.1项目数值129 中横剖面系数Cm0.990排水量Δ70502t载重量DW57692t载重量系数ηDW0.825选取的母型船的载重量系数为0.825，载重量为57692DWT，设计船的载重量为52000DWT，比母型船的载重量小，故取设计船的载重量系数ηDW=0.821，由此，设计船的的排水量Δ=DW/ηDW=52000/0.821=63337t。2.2初步拟定主尺度及方形系数2.2.1统计法根据以往设计建造的船舶，对同型船的相应数据进行统计分析，得出适当的统计公式或图表，可以用来估计主要要素的初始值。根据5万吨的油船主尺度统计公式[2]（2.1）（2.2）（2.3）（2.4）（2.5）本设计船的载重量为52000DWT，现将DW=24000t代入以上各式，计算可得到：LPP=200.1m，B=32.95m，D=17.14m，d=11.53m，Cb=0.816。2.2.2主要尺度比法根据主要尺度比估算主要尺度的初始值[1]，选择出L/B=K1，B/d=K2及方形系数Cb，已知排水量Δ后，就可应用浮性方程式算出L，B，d。Δ=kγLBdCb（2.6）129 （m）（2.7）（m）（2.8）（m）（2.9）其中：γ为海水密度，取1.025t/cm3；k为附体系数，取1.004；系数K1、K2、Cb取自母型船，分别为K1=6.68，K2=2.41，Cb=0.823，型深初步按照母型船D0/L0进行比例换算，即D=L（D0/L0）。根据上式，代入数据进行计算，可以得到初定的主尺度为：LPP=210.4m，B=31.1m，D=17.5m，d=11.58m，Cb=0.823。2.2.3船型资料法根据型船资料，并根据设计船实际情况进行调整，可以近似得到设计船舶的初估主尺度。基本公式：（2.10）（2.11）（2.12）（2.13）（2.14）其中129 2.2.4初拟结论将以上三种方法初步估算的设计船主尺度作为三种方案列表比较，比较结果见下表：表2.2三种方案比较三种方法计算结果方案1（主尺度比法）方案2（统计公式法）方案3（母型船换算法）Cb0.8230.8190．823Lpp(m)201.1200.1210.4B(m)30.133.031.1D(m)17.517.118.33d(m)12.4911.511.53三种方案中，由于统计法将油船主尺度看作仅是载重量DW的函数，而忽略了航线，港口条件等对船舶主尺度的影响，且现代油船尺度有向“短肥”发展的趋势，一些早期的统计公式不适用于现代油船设计，不适合采用统计法得出的方案2。方案1和方案3的各项参数都较为接近，在一定程度上可以说明两种方案的合理性。两种方案中，方案1的，方案3的。在阻力性能方面，方案3较方案1减小了摩擦阻力而增大了剩余阻力，由于设计船为低速船，阻力的主要成分为摩擦阻力，故方案3的总阻力小于方案1。在经济性方面，方案2减小了船长，从而降低了总体造价及与造价相关的营运开支。方案2具有更大的排水量，可为空船重量留出更多的裕度，考虑空船重量后进行重力浮力平衡时，更容易满足要求。2.3初选主机用海军部系数法估算主机功率，母型船海军部系数母型船主机功率8700kW，服务航速129 代入数据求得母型船海军部系数为C=538设计船主机功率(2.15)设计船要求的试航速度不低于14kn，取。得到BHP=8100kw。留出15%的富余，所需BHP=81001.15=9315kw查资料，确定主机型号MANB&W6S50MC-C，功率为9480kw，转速95r/min，耗油率171g/kW·h。2.4空船重量估算大多数的船舶的空船重量占整个排水量的30%以上，准确计算空船重量对保证设计质量有重要意义。在设计初期，可用载重量系数法、分项估算法、母型换算法及统计法来估算空船重量。在进行本船设计时，采用分项估算法进行空船重量估算。2.4.1船体钢料重量估算按立方模数公式估算该项重量。50000吨级油船立方模数的钢料重量系数一般为0.0792—0.1053，但L/D较大者，重量系数一般较大，本船的L/D=11.80,钢料重量系数选为0.085,考虑4%的裕度。故求出钢料重量(2.16)2.4.2木作舣装重量估算采用平方模数法经验公式，考虑4%裕度(2.17)其中由母型船取得舾装重量系数129 代入求得舾装重量。2.4.3机电设备重量估算对同类型船舶，机电设备重量主要取决于主机功率，在设计初期，可由下面的经验公式进行机电设备重量估算。采用《船舶设计实用手册》[3]推荐公式（考虑3%裕度）：（2.18）式中为主机功率MCR（kW）可得机电重量。根据以上计算，将求得的各项重量相加，可得空船重量：LW=Wh+Wf+Wm=10592+1124+1555.3=13271t（2.19）2.5重力与浮力平衡设计船载重量DW=52000t，计算得初估的空船重量为LW1=13271t，设计船的初估的排水量为Δ1=63337t。由此，可得：实际载重量：；（2.20）载重量增量：。载重量增量与排水量的比值，不满足允许的误差要求，故重力与浮力不平衡，需要进行重力与浮力的平衡计算。重力与浮力平衡计算有改变方形系数法、诺曼系数法、载重量系数法等方法[2]，本设计采用诺曼系数法进行平衡计算。重力与浮力不相平衡，现采用诺曼系数法对其进行平衡，允许误差为0.1%。诺曼系数：（2.21）排水量增量：（2.22）浮性方程微分式：129 (2.23)令则由此求得重力浮力不平衡求得重力浮力还是不平衡满足重力浮力平衡精度要求经过调整，得到调整后的主尺度：新的主尺度：129 经过重力与浮力平衡计算调整后，确定的设计船主尺度等要素汇总如下：表2.3设计船主尺度等要素汇总项目数值垂线间长LPP210.4m型宽B31.1m型深D18.3m设计吃水d11.5m方形系数Cb0.848排水量Δ65265t排水体积▽63420m3载重量DW52000t2.6载货量Wc计算载货量Wc等于载重量DW减去油水等消耗品重量之和[1]。现对油水及备品、供应品的重量计算如下：2.6.1主机燃油重量W0(2.24)式中：——主机单位耗油量，171g/kW·h；——持久使用功率，取为8820kW；S——续航力，8000nmile；——服务航速，取14kn；d——储备天数，取为5天；经计算，=1087.7t2.6.2滑油重量估算W1W1=εW0（2.25）129 式中：ε为比例系数，柴油机船通常取3%~5%，汽轮机船取0.8%~1%，本设计船为柴油机船，取ε=2.5%，则滑油重量W1=εW0=3.5%×661=27.2t。2.6.3炉水重量估算Wbw由经验公式Q1=Q/2.7×40×5%=228t(2.26)2.6.4船员生活用水本船船员20人，每人每天耗水按110kg计，则生活用水总量为2.6.5人员及行李每人体重按70kg计,每人的行李按50kg计，则人员及行李重为2.6.6食品每人每天按5kg计，食品重为2.6.7备品备品的统计数字一般为0.5~1%LW，本船按60t计。2.6.8轻柴油重量根据《船舶设计原理》例题中的50000DWT母型油船计算例题换算，本设计船航行时发电机电力负荷假定为400/12365*11240=306.7kW，停泊时低于此值，而进出港时高于此值。由于近海航区，进出港时间较短，故按电力负荷的平均状态为306.7kW计算柴油消耗量是足够的。考虑发电机效率为0.8，。时间按10000nmile续航力加4天储备，外加3天停泊计算，则柴油机耗油量为(2.27)式中：——主机单位耗油量，171g/kW·h；Pe——电力负荷，306.7kW；129 η——发电机效率，0.8；S——续航力，8000nmile；Vs——服务航速，取14kn；d1——储备天数，取为5天；d2——停港天数，取为5天；经计算，W01=53.19t2.6.9锅炉燃油重量由于锅炉型号和数量未知，按《船舶设计原理》例题中的50000DWT母型油船计算例题换算，暂定锅炉燃油总需要量为Q=296÷50000×52000=308t.根据计算，以上油水等消耗品的重量之和为859t，其中未考虑轻柴油重量以及锅炉燃油的重量，若考虑以上两部分重量，根据母型船将油水消耗品德重量调整为1000t。已知总载重量为DW=24000t，则载货量Wc=DW-1000=23000t。2.7稳性校核稳性校核包括初稳性校核和大角稳性校核，在主要尺度确定时通常只做初稳性校核。因为在初稳性校核之后，按初稳性高度的大小，根据母型船的大角稳性情况，一般可以判断设计船的大角稳性如何。初稳性校核的内容是估算初稳性高度，并检验其是否符合设计船所要求的数值。2.7.1浮心垂向高度的估算按下列经验公式估算浮心垂向高度：（2.28）其中，d为相应吃水，系数a1用薛安国公式[1]进行计算：（2.29）方形系数已知，水线面系数，代入相关数据得到。2.7.2横稳心半径的估算由诺曼公式得到横稳心半径的近似公式129 （2.30）(1.22)代入相关数据得到2.7.3重心垂向高度的估算重心高度(2.31)油船一般取为0.575，得到重心高度2.7.4初稳性校核初稳性方程式：（2.32）式中：——所核算状态下的初稳性高度；——相应吃水下的浮心高度；r——相应吃水下的横稳心半径；——所核算状态下的重心高度；——自由液面对初稳性高度的修正值，一般可直接取自母型船或按实际情况进行估算，本设计船计算时取自母型船，=0.3。初稳性高度：根据我国《海船法定检验技术规则（1992）》[5]的规定，油船的初稳性高的下限为0.15m，而本设计船>0.15m，满足初稳性下限的要求。129 为了避免船舶发生谐摇，保证船舶谐摇缓和，必须使小于上限值，所谓初稳性上限值就是保证船舶横摇缓和的最大初稳性高度。为保证满足要求，则要求谐摇因数满足下式：（2.33）式中：——船舶横摇的自摇周期；——波浪周期。船舶横摇的自摇周期可近似写成：（2.34）式中：B——船宽，m；——不同的系数，查《船舶设计原理》[1]表3.4可得=1.01；——重心垂向高度；——船舶的初稳性高。带入已知数据，计算可得：波浪周期，航区常见的大波浪周期：（2.35）式中：λ——波长，我国沿海波浪情况，波长多在60m~70m，偏于安全考虑，取λ=70m，代入上式，计算得：。根据以上数据，对调谐因数进行计算：经过以上计算，均满足稳性要求。综上，本设计船的稳性满足规范要求。2.8航速校核129 航速校核实质就是航速估算或马力估算。其目的是：（1）初步估算设计船在给定主机情况下的航速；（2）或初步确定在所要求的航速下需要的主机功率。本设计是针对目的（1）进行估算，本设计要校核当主机发出0.9倍的额定功率时航速能否达到设计如任务书要求，即试航速度为14.0kn。2.8.1总推进系数估算总推进系数：（2.36）其中，—总推进系数；—船身效率；—螺旋桨敞水效率；—轴系传送效率。表2.4推进系数估算参数项目数值伴流分数ω=0.5Cb-0.05(泰勒)0.374推力减额分数t=0.5Cp-0.12（汉克谢尔）0.358相对旋转效率ηR1.00船身效率ηH=(1-t)/(1-ω)1.109Cb0.848Cp0.851转速N95PD=0.9PsηRηs8361.36采用采用MAU4叶桨图谱进行计算取储备功率10％，轴系效率。表2.5按法估算螺旋桨推进效率项目符号数值航速V(kn)14.00Va=(1-ω)V8.76459.56129 7.71MAU4-40（查图）0.553MAU4-55（查图）0.535MAU4-70（查图）0.518最终总推进系数0.538所以，设计船的有效马力。2.8.2航速校核参数计算设计船浮心纵向位置Xb的估算，根据《船舶设计原理》图5-5知，与本船的棱型系数相配合的最佳浮心纵向位置约为1%~3%Lpp，本船去2%进行估算。现将航速校核主要参数汇总如下：表2.6航速校核主要参数项目数值Lpp210.35mLd=1.01Lpp212.45mB31.1md11.6mD18.3mΔ65265.28t▽6419m3Cb0.848Cbd=Cb/1.010.84Cm0.996Cp0.851Cpd=Cp/1.010.843B/d2.683Ld/B6.8384.21m9601m2129 ρ104.5kg·s2/m40.5ρS502713.69kg·s2/m2CRt=(BdCm/s)ζr0.037ζrν×1061.5192.8.3绘制有效马力曲线及航速校核选用莱普法（LapKeller）[8]计算有效马力曲线，列表计算如下：表2.7有效马力曲线计算表序号项目数值1V(kn)121314152Vs(m/s)6.1736.6887.2027.71630.460.500.540.584ζr×103(查图)262733405Ld/B修正-0.05-0.05-0.05-0.056修正后的ζr×10324.725.6531.35387CRt×1030.9200.9551.1681.4158V·Ld25492762297431879Re=(8)/(1.18831×10-6)214543623232422258250300894268179529410lgRe9.339.379.409.4310CFs×1031.5011.4901.4781.46611Ca×103（查表）[9]0.000150.000150.000150.0001512(CFs+Ca)×103=(10)+(11)1.501151.490151.478151.4661513Cti×103=(7)+(12)2.422.452.652.8814(m2/s2)38.144.751.959.515(1/2)ρS1915811022484170260763162993454616Rti=(13)×(15)×10-3(kg)46382549836899086252129 17B/d修正=(B/d-2.4)×5%0.0140.0140.0140.01418Rt=(16)×(1+(17))(kg)4703955762699678747419Vs/75(m/s)0.0820.0890.0960.10320EHP=(18)×(19)×0.736(kW)2850365949456624根据表2.7相关数据，可绘制出有效功率曲线，如图2.1。图2.1有效功率曲线由图2.1可得出：当主机输出功率为主机的0.9倍额定功率时，设计船航速约为14.1kn，大于设计任务书要求的14.0kn，故航速满足设计要求。2.9容量校核对双底双壳型油船容积校核要分层检验，即分别对货油舱容积和专用压载舱舱容进行校验。即满足以下公式：129 （2.37）（2.38）式中：Vtk——货油舱能提供的容积，m3；Vcn——货油所需容积，m3；VD——货油区能提供的总容积，m3；Vbn——压载舱所需容积，m3。2.9.1本船提供的总容积本船能提供的总容积VD按下述统计式计算：（2.39）（2.40）（2.41）式中：Cm——船中剖面系数，取Cm=0.996；Kc——货油区长度利用系数，现代大型油船Kc范围为0.70~0.79，本设计船取Kc=0.75；Cmd——型深高度下中剖面面积系数，计算得Cmd=0.997。根据已知数据，可以计算得：VD=90098.6m3。2.9.2货油舱能提供的容积本船货油舱能提供的容积Vtk按下式计算：（2.42）（2.43）式中：——方形系数；——双层壳宽度，按规范要求，m或2m取小者，故本设计船b=2m；129 ——双层底高度，按规范要求，不小于B/15=2.1m与2m较小者，本设计船取m。根据（2.38）式，计算得：，将已知数据代入（2.42）式中，经过计算可得：。2.9.3专用压载水舱能提供的容积本设计船专用压载水舱能提供的容积：2.9.4本船货油所需容积本船货油所需容积（2.44）其中：，货油密度；，考虑货油膨胀及舱内构架系数。2.9.5本船专用压载水舱所需容积压载水容积（2.45）2.9.6容积校核根据以上计算数据，可知：，，，其中，这里计算的压载水容积是货油区的，全船的压载水舱还包括首、尾压载水舱，由于此时已满足压载水容积要求，那么在布置时首尾可不设压载水舱。综上，设计船舱容满足所需要求。2.11技术经济分析2.11.1对船长的分析129 船长对船舶钢料重量有主要影响[10][11]，增加船长将使船体钢料及舾装设备的重量增加从而增加造船价格，本设计船是原油运输船舶，设计时应注意尽量减小船长，降低造价和消耗，提高运输能力，提高船的经济性，本船垂线间长Lpp＝210.35m，属于同类型船的经济船长范围内。2.11.2对型深的分析型深对舱容的影响较大，本设计船型深较大，有效地保证了要求的舱容，同时也有利于减小船长，降低船舶的造价，提高其经济性。2.11.3对方形系数的分析方形系数对船舶性能有很大的影响，尤其是阻力，因而船舶的经济性好坏与船舶的方形系数有很大关系，而方形系数又受到傅汝德数影响。本船的傅汝德数[12]为Fn=0.16，根据赛维尔雷夫临界方形系数估算公式可以得到临界方形系数，本船的方形系数0.848。当一定时，方形系数越接近临界方形系数，对降低船舶的阻力有利。本设计船选择的Cp比临界方形系数大，但比较接近，虽然使阻力有所增加，但能够使主尺度适当减小，对降低造价有利，因此本船的方形系数选取的比较合理。综上所述，本船的经济性是可以得到保证的。2.12本章小结本设计船为运输船舶，应尽量提高其经济性能，因此设计时应注意降低造价，以降低成本，尽量提高航速，降低消耗，提高其运输能力，提高经济性能。船长对船舶的造价影响较大，故应该尽量减小船长；运输船舶，应满足载重量要求，在适当减小船长的情况下，可以适当增加型深，以满足本船舱容；由于本设计船的吨位特点，其他性能对其的限制较少，影响较小，能够满足要求。综上所述，在满足航速和舱容的要求下，尽量减小本船的主尺度，提高经济性能。经过以上稳性校核、航速校核、容量校核、干舷校核，得出以上性能均满足要求，因此重力浮力平衡后确定的主尺度等要素，不作更改。现将设计船的主尺度等要素总结如下表：129 表2.8设计船的主尺度等要素项目数值垂线间长LPP210.35m型宽B31m型深D18.3m设计吃水d11.5m方形系数Cb0.848排水量Δ65265t排水体积▽63419m3载重量DW52000t129 3型线设计由于母型船性能比较可靠，而且存在平行中体，因此采用“”法进行型线设计。设计船与母型船的主要要素列表如下：表3.1设计船与母型船主要要素项目设计船母型船垂线间长LPP210.35m217.00m型宽B31m32.26m型深D18.3m21m设计吃水d11.5m12.5m方形系数Cb0.8480.8408棱形系数Cp0.8080.8441船中剖面系数Cm0.9960.996浮心位置Xb2%3.1%3.1绘制母型船横剖面面积曲线根据75756t母型船的型值表，利用辛普生法计算母型船水线面以下各站处横剖面面积，并对其进行无因此化，计算数据列表如下：表3.2母型船各站横剖面面积及无因此化曲线的坐标站号面积（㎡）面积无因次化船长无因次化016.842971810.0419-10.539.68895330.0988-0.950.7567.345333920.1676-0.925194.696329820.2357-0.91.5149.15525040.3713-0.85续表3.2站号面积（㎡）面积无因次化船长无因次化129 2198.59924210.4944-0.83283.2112670.7051-0.74345.57888070.8603-0.65382.87563350.9532-0.56397.48832670.9896-0.47400.91872950.9981-0.38401.65693741-0.29401.65693741-0.110401.65693741011401.656937410.112401.656937410.213401.656937410.314401.656937410.415401.656937410.516400.47227890.99700.617388.980050.96840.718341.11896330.84920.818.5302.36221370.75270.8519247.68307430.61660.919.5172.64889810.42980.9519.75127.03056270.31620.9752077.673044060.19331A47.0786380.11721.018B21.4460080.05331.037根据表3.2的数据，画出母型船横剖面面积无因次曲线，如图3.1。129 图3.1母型船横剖面面积曲线3.2改造母型船横剖面面积曲线3.2.1母型船棱形系数以及浮心位置母型船无因次化的横剖面面积曲线的面积就是母型船棱形系数，从而可以得到母型船前体与后体的棱形系数与。在CAD中，查询得到母型船前体棱形系数，母型船后体棱形系数。母型船棱形系数，浮心纵向位置。3.2.2“”法改造母型船横剖面面积曲线按“”法求母型船横剖面面积曲线各站移动距离的表达式如下：（3.1）因此，各辅助站距理论站距离为，由此得到变化后的设计船面积曲线。129 根据下列公式计算设计船的棱形系数：（3.2）（3.3）式中：——设计船前体棱形系数；——设计船后体棱形系数；——设计船棱形系数；——设计船浮心纵向位置。代入相关数据得，，根据公式（3.1）可以计算出设计船各站的偏移量，如下表：表3.3“”法得到的设计船各站的偏移量站数x变化后值0-10-10.5-0.95-0.006624-0.9566240910.75-0.925-0.009936-0.9349361371-0.9-0.013248-0.9132481831.5-0.85-0.019872-0.8698722742-0.8-0.026496-0.8264963653-0.7-0.039744-0.7397445484-0.6-0.052992-0.652992731续表3.3站数x变化后值5-0.5-0.0662409-0.566240913129 6-0.4-0.0794890-0.4794890967-0.3-0.0927372-0.3927372798-0.2-0.1059854-0.3059854619-0.1-0.1192336-0.219233644100-0.1324818-0.132481827110.1-0.1589656-0.058965613120.2-0.14130270.058697232130.3-0.12363990.176360078140.4-0.10597700.294022924150.5-0.08831420.41168577160.6-0.07065130.529348616170.7-0.05298850.647011462180.8-0.03532560.76467430818.50.85-0.02649420.823505731190.9-0.01766280.88233715419.50.95-0.00883140.94116857719.750.975-0.00441570.97058428920101A1.018430.003255261.021685263续表3.3站数x变化后值B1.036870.006512291.043382291129 根据上述数据，可以绘制出利用“”法得到的设计船的无因此化横剖面面积曲线如图3.2。图3.2“”法得到的设计船横剖面面积曲线根据图3.2，利用CAD查询功能，可以得到经过“”法变化后所得设计船的棱形系数及浮心纵向位置（占船长的百分比），其查询结果如下：，。由以上结果可知，变化量很小，满足要求；与当初设计值相差10%，不在0.5%的误差范围内，不满足设计要求。为了获得更精确的变换结果，采用迁移法对“”法的结果进行进一步的变换。3.2.3“迁移法”调整浮心纵向位置横剖面面积的形变函数为（3.4）式中——母型船面积曲线在x处的竖坐标；——系数，。129 利用迁移法对浮心纵向位置进行调整，由于经过一次迁移调整后的负心纵向位置仍不满足要求，故多次利用迁移法的原理对得到的横剖面面积曲线做进一步调整，现在最后一次迁移法调整的数据列表如下：表3.4迁移法得到的设计船各站的偏移量站号迁移前值迁移后值0-1-10.5-0.956624091-0.9570546360.75-0.934936137-0.9356667581-0.913248183-0.9142745311.5-0.869872274-0.8714857292-0.826496365-0.8286447393-0.739744548-0.7428105474-0.652992731-0.6567328145-0.566240913-0.5703854486-0.479489096-0.4837945417-0.392737279-0.3970775158-0.305985461-0.3103343969-0.219233644-0.22358257810-0.132481827-0.13683076111-0.058965613-0.063314548120.0586972320.054348298130.1763600780.172011144140.2940229240.28967399续表3.3站号迁移前值迁移后值150.411685770.407336836160.5293486160.525012729170.6470114620.642801694180.7646743080.76098206318.50.8235057310.820230984190.8823371540.879653862129 19.50.9411685770.93929853519.750.9705842890.969210025201120.18431.0216852631.02117643720.36871.0433822911.043151798根据以上数据，根据新的偏移量辅助站绘制出“迁移法”横剖面面积曲线，如图3.3。图3.3迁移法得到的设计船横剖面面积曲线经过校核，“迁移法”变换后的横剖面要素，即，均满足设计要求。经过“”法与“迁移法”的变换调整之后，设计船新的辅助站位置为，代入各站的数值，从而得到设计船新的辅助站的实际位置。3.3绘制型线图3.3.1绘制格子线选定绘图比例[13]，根据设计船的主尺度，绘制设计船格子线。3.3.2绘制半宽水线图129 （1）绘制辅助站的半宽水线图利用“”法和“迁移法”对母型船的横剖面面积曲线进行调整后，得到设计船的横剖面面积曲线，对母型船的型值表进行调整，可以得到设计船辅助站对应的型值表，由此，根据设计船辅助站的水线半宽值绘制设计船的半宽水线图。得到设计船的半宽水线图后，利用CAD查询功能，根据设计船的实际站位的位置，查出设计船的理论站的半宽值。3.3.3绘制横剖线图（1）在横剖面上画出设计船水线，，其中，和分别为设计船和母型船的设计吃水，而为设计船与母型船水线相对应的水线；（2）量取水线图上理论站上各水线的半宽值，绘制到横剖面图的对应水线上，从而得到设计船的横剖线图；（3）根据横剖线图校核设计船的与。3.3.4绘制纵剖线图在半宽水线图上画出2000、4000、6000、10000、14000、15500纵剖线，每条纵剖线与各条水线都有相应的交点，将这些交点投射到纵剖线图上的相应水线位置，连接这些交点便得到了纵剖线图。3.3.5型线的三向光顺三向光顺顺序：先进行对横剖线图的光顺，在根据横剖线保证三向对应，再光顺半宽水线图和纵剖线图。由验证结果可知各船型系数与最初设计值相比误差非常小，因而型线满足设计要求。3.3.6绘制甲板线（1）首先确定首舷弧、尾舷弧及粱拱曲线；（2）为施工方便，把甲板中心线定为直线；129 （3）由甲板中心线及粱拱曲线画出甲板边线。3.3.7后续工作根据相关计算以及设计船型线图，制定型值表，并对型线图进行注字说明，进行图纸绘制等后续工作，完整型线图见附图1。3.4本章小结经过以上步骤，可以得到设计船的型线，根据设计船的型线以及型值表，可以得到设计船的相关要素，现总结类表如下：表3.4设计船的相关要素项目数值总长Loa221.6m设计水线长LWL215.00m垂线间长LPP210.35m型宽B31.0m续表3.4项目数值型深D18.30m设计吃水d11.50m方形系数Cb0.848棱形系数Cp0.8491水线面系数Cw0.9263船中剖面系数Cm0.9961浮心位置Xb2.04%LPP排水量Δ63582t排水体积▽65433m3129 首舷弧hf1.723m主甲板梁拱h0.66m本设计船的型线设计是以从横剖面面积曲线出发点，利用“”法与“迁移法”对母型船的横剖面面积曲线进行调整，得到满足设计要求的设计船的横剖面面积曲线，其在很大程度上决定了船体型线。根据设计船的横剖面面积曲线，进而进行设计船半宽水线图、横剖线图以及纵剖线图的绘制，并进行三向光顺，得到满足设计条件的设计船型线图。设计船与母型船进行比较，可以看出，由于设计船的航速较母型船低，因而设计船的棱形系数比母型船的棱形系数大，即较母型船瘦削，有利于减小阻力。而且，油船的方形系数较大，兴波阻力所占比重较小，漩涡阻力所占比重较大，设计船的浮心纵向位置在船中以前，以免在船尾产生大量漩涡。129 4总布置设计4.1概述总布置是船舶设计中一项非常重要的任务。总布置的结果对船的使用性能、航行性能、安全性能以及结构工艺性能有直接的影响。总布置设计是一项涉及面广，考虑因素比较多，实践性很强的工作。总布置设计的主要工作包括以下四个方面：1.区划船舶主体和上层建筑，勾画船舶设计水线以上的外部造型；2.调整船舶的浮态（纵倾调整）；3.布置船舶舱室和设备；4.协调各部分通道和出入口楼梯。4.2遵循的原则在总布置工作中,除了注意各类船舶布置上的特殊要求之外,对各类船舶在布置上应遵循的一般规则如下:1.布置时，应最大限度地提高船舶的使用性能；2.布置时，应考虑对船舶航海性能、结构性能和安全性能的影响；3.布置时，注意结构的合理性，以提高船舶强度；4.布置时，注意便于建造、修理、检查、保养以及设备的更换；5.在布置住舱和工作舱时，注意考虑工作需要和方便，又力求缩小差别；6.在经济、实用的前提下，适当注意造型美观大方。4.3肋骨间距划分《钢质海船入级与建造规范》规定，肋骨标准间距按下式计算：（4.1）本船垂线间长，经过计算得到m。实际选取肋位参考母型船货舱部分。艏尖舱肋骨间距0.75m，艉尖舱肋骨间距0.6m,且0肋位取在舵杆中心线处。机舱肋骨间距0.8m。4.4确定双层底高度与双层壳厚度129 根据《钢质海船建造规范（2006）》[14]的要求，凡载重量5000t以上的油船，应设双层底舱和双壳体。双层底舱和双壳体有利于油船在搁浅、触礁和碰撞时的安全性，并减小对海洋的污染。油船的双层底舱和双壳体一般作为压载舱之用。4.4.1双层壳厚度确定双壳体间距W应不小于m或m取小者。所以本船双壳体间距应不小于2m，实取2m。4.4.2双层底高度确定双层底舱的高度h应不小于m或m取小者，本船型宽h=31m，因而双层底舱高度h实取为2m。4.5总布置概况及特点本船为钢质、双壳、双层底、单甲板、单机、单桨、单舵、尾机型、柴油机推进的52000DWT成品油船，并设有球首和球尾。本船设有尾楼，尾楼甲板以上设有五层甲板室每层甲板之间的高度为2.5m。全船设有六个货油舱，设有专用压载舱，双层底高2.0m，双层壳间距2m。4.6主船体内部船舱的布置4.6.1总体划分1.水密舱壁划分水密舱壁将船体划分为首尖舱、货油舱、机舱、尾尖舱。按照《钢制海船入级与建造规范》中规定，船长在145m至165m之间的尾机型油船，水密舱壁总数不少于7个。2.机舱的地位及长度由统计公式可知，机舱长度lm=主机长度lm1+C，对于尾机型船舶C=10~12m。本船采用尾机型，参考母型船和同类型主机尺寸，取机舱长度24m。3.首、尾尖舱长度的确定按照《船舶与海上设施法定检验规则》[15]中规定：（1）货船的防撞舱壁距首垂线的距离应不小于0.05LL或10m，取较小者，但经允许，可不大于0.08LL（其中LL为85%D处水线长度的96%，本设计船的LL为150.12m）；对于具有球鼻首的船舶，防撞舱壁距首垂线的距离可减小球鼻首在首垂线前方夏季载重水线上投影长度的一半，但m时减小值应不大于0.015L。设计船取0.053LL，为11.25m。129 （2）尾尖舱长度一般取，本船取0.0428，为9m。4.货油舱区及其他舱室的划分参考母型船货油舱区长度为139.04m，共占181个肋位,共有6对货油舱，设计船载重量较母型船大，故取货油区长度为159.7m，共占213个肋位，并将货油舱区划分为6对货油舱和6对压载水舱（左、右）。参考母型船布置，以舵杆中心线处为0号肋位；船尾～#15为尾尖舱，肋骨间距为600mm；#15～#45为机舱，#45～#53为货油泵舱，肋骨间距为800mm。#53～#61为污油水舱，#61～#266为货油舱区，#266～#268为隔离空舱，肋骨间距为750mm；#268～船首为首尖舱，肋骨间距为750mm。4.6.2内部舱室划分1.尾尖舱区船尾～#8设有舵机舱；#8～#12设有淡水舱（左、右）、#12～#15设饮水舱、#12～#15中层设有应急消防泵舱、尾轴设有冷却水舱。2.机舱区设有双层底，双层底内#15～#17设有污水阱,#15～#19设有舱底水舱,#36～#44设有燃油溢油舱（右）,#25～#37设有主机滑油循环舱（中）,#25～#32废油舱（右）、#42～#45的污水阱（前、后），#40～#53设有燃油舱，#33～#35设有燃油（滑油）泻放舱（左、右）机舱内设有2层平台，机舱集控室位于#26～#41。3.货油舱区共有6对货油舱，舷侧设压载水舱，具体划分为：#53～#61设有污油水舱（左、右）；#61～#95设有NO.6货油舱（左、右），#53～#95的双层底内设NO6压载水舱（左、右）；#95～#129设有NO.5货油舱（左、右），#95～#129的双层底内设NO.5压载水舱（左、右）；#129～#163设有NO.4货油舱（左、右），#129～#163的双层底内设NO.4压载水舱（左、右）；#163～#197设有NO.3货油舱（左、右），#163～#197的双层底内设NO.3压载水舱（左、右）；#197～#231设有NO.2货油舱（左、右），#197～#231的双层底内设NO.2压载水舱（左、右）；129 #231～#266设有NO.1货油舱（左、右），#178～#204的双层底内设NO.1压载水舱(左、右)，#266～#268设有隔离空舱（中）；4.首尖舱区#271～#281设有锚链舱；#268～船首为首尖舱。4.7甲板布置主甲板尾楼前端设有横向防浪板。尾楼内布置有舵机舱、物料架、各种食品库、海关仓库、空调机室、冷藏室、洗衣间、烘衣间、厕所、健身室、钳工室、船员室、走廊和通往上层甲板的楼梯。尾楼上甲板上设有A甲板、B甲板、C甲板、D甲板、驾驶甲板、罗经甲板：尾楼甲板的甲板上布置有货油控制室、大厨室、机匠室、水手长室、餐厅、厨房、应急发电机室、吸烟室、二氧化碳室、配电间、洗手间和通往上下层甲板的楼梯等。尾楼甲板尾部设有液压系泊绞车二台和带缆桩、导缆孔等系泊设备。艇甲板甲板上有船员室、医务室、三付室、三管轮室、救生器材室、消防器材室和通往上下层甲板的楼梯。艇两舷各设有一膄25人耐火全封闭机动玻璃钢救生艇，甲板尾部两侧设有两部物料吊车和导缆桩。船员甲板甲板上设有大副室、二副室、大管轮室、二管轮室、会议室、储藏室和通往上下层甲板的楼梯等。船长甲板上设有船长室、轮机长室、船东室、引水员室、储藏室和通往上下层甲板的楼梯等。驾驶甲板甲板室布置有驾驶室、组合电台室、蓄电池室、充放电室、海图室和通往上下层甲板的楼梯等。罗经甲板设有后桅、雷达、声光信号设备、磁罗经、汽笛等设备。烟囱位于＃15～＃25肋位。4.8船员配置全船船员定额20人，如下表所示：表4.1船员定额类别级别人数职务人数职务人数职务人数干部船员1级2船长1轮机长12级3大副1大管轮1医生13级6二副1二管轮1报务员1129 共计8432类别级别人数职务人数职务人数职务人数普通船员4级13水手长水手15机匠长机匠14大厨1共计12651共计204.9舾装设备舾装设备按《钢质海船入级建造规范》舾装的要求选取。本船舾装数（4.2）其中：——夏季载重线下的型排水量，t；——船宽，m；——从夏季载重水线到最上层舱室顶部的有效高度，m。——船长范围内夏季载重水线以上的船体部分和上层建筑以及各层宽度大于的甲板室的侧投影面积，。代入=67265t、B=31m、h=18.7m、A=1645经过计算得出N=3006，按规范锚泊，系泊设备按N=2870～3040档选取。4.9.1锚泊设备(1)锚锚的型式选为斯贝克锚，首锚3只，备锚1只，锚重8900kg。(2)锚链锚链选为AM3有挡锚链、φ84mm、总长632.5m，均分两根。(3)起锚机选用卧式单侧式电动液压起锚机2台，功率55kw。(4)掣链器采用螺旋掣链器一对位于锚机和导链滚轮之间，底座处甲板加强。4.9.2系泊设备129 (1)系船索和拖索系船索6根，每根长200m，破断负荷大于500kN。(2)系泊属具带缆桩、导缆孔、导缆滚轮采用国家有关标准。4.9.3舵设备采用流线型半悬挂平衡舵1只，摆缸式舵机1台，功率25kw，最大转舵角度为。舵面积：S=μLT（4.3）其中L为水线长度215m，T为设计吃水11.5m，舵面积系数取1.7%。求得S=42.03m。4.9.4救生设备本船在艇甲板后部左右舷各一膄25人耐火型全封闭机动玻璃钢救生艇，左舷一膄兼做救助艇，在艇甲板上配置8人抛投式气涨救生筏一只，全船配置救生圈24只，救生衣35件(居住舱按船员人数配齐23件)。4.9.5消防设备本船主要采用水灭火系统、CO2灭火和甲板泡沫灭火系统。CO2灭火主要用于机舱和货油泵舱，货油舱区域灭火采用固定式甲板泡沫灭火系统(货油舱区域共设5个泡沫灭火栓，配5具泡沫枪)。其他消防用品，如手提式灭火器、水龙带和水枪、消防员装备等均按“规范”要求配置。4.9.6货油舱舱盖每个货油舱上设有一个直径为1000mm的货油舱舱盖，形式为转动式钢质油密舱盖。舱口围高度为1000mm。4.9.7吊车在艇甲板尾部两侧各设有一部起吊重量为10kN的杂物吊，最大回转半径为15m,最小回转半径为1.5m,起吊高度为30m。在船舯125肋位处设有一工作负载5t，回转半径15m的软管吊，用以吊运输油管道。4.10总布置图绘制根据设计船的布置要求，绘制完整的总布置图，详见附图2。129 4.11本章小结对于本设计船的总布置，首先从安全性考虑，设置专用压载水舱、隔离舱，甲板上设置步行天桥。由于本船没有设置首楼和尾楼，因此适当的加高了上层建筑的高度，对人员及物料进行了合理的安排，在满足相关要求的前提下，最大程度的提高了空间的利用率。129 5静力学基本计算在完成了设计船的主尺度、船型系数、排水量、总布置、型线设计和计算之后，接着就应对所设计的船的装载情况、浮态、初稳性等性能进行计算，以确定所设计船能否达到任务书中所规定的各种性能要求及规范中所规定的要求。本章的主要内容是计算出一些有关的曲线，主要包括静水力曲线、稳性横截曲线以及舱容曲线等。5.1静水力曲线的绘制静水力曲线是表达船舶在静止正浮状态时，它的浮性参数、初稳性参数、各船型参数与船的吃水之间的函数关系的一些曲线。5.1.1静水力曲线静水力曲线一般包括下列曲线：1.浮性特性曲线(1)型排水体积曲线(2)总排水体积曲线(3)总排水量曲线(4)浮心纵向座标曲线(5)浮心垂向座标曲线(6)水线面面积曲线(7)漂心纵向座标曲线(8)每厘米吃水吨数曲线2.稳性特性曲线(9)横稳心半径曲线(10)纵稳心半径曲线(11)每厘米纵倾力矩曲线3.船型系数曲线129 (12)水线面系数曲线(13)中横剖面系数曲线(14)方形系数曲线(15)棱形系数曲线5.1.2基本原理静水力曲线的计算都是应用数值积分进行的，因为是吃水的函数，通常采用梯形法比较方便。型排水体积的积分式：（5.1）总排水体积：（5.2）式中：k为附体系数，在这里取k＝1.006；总排水量：（5.3）式中：为海水密度，在这里取。浮心纵向坐标：（5.4）浮心垂向坐标：（5.5）129 每厘米吃水吨数：（5.6）横稳心半径：（5.7）纵稳心半径：（5.8）式中（5.9）每厘米纵倾力矩：（5.10）水线面系数：（5.11）方形系数：（5.12）船中横剖面系数：（5.13）棱形系数：（5.14）129 5.1.3绘制静水力曲线根据以上公式，采用梯形法对静水力数据进行计算，数据见表5.1。表5.1静水力曲线计算水线AwXfTPCXBZBm2mt/cmm3m3tmm02043.185.8400.00.00.00.0000.00010002484.156.71750.92514527.334545.434659.076.3210.548720002615.796.87453.62379627.279665.779907.426.5731.059540002746.486.8356.302820351.820433.220944.06.722.094960002821.175.83757.83431487.131613.032403.36.5813.12780002886.113.68159.165342901.643073.244150.16.0934.1605100002965.390.05660.790554604.654823.056193.65.1825.2006115003020-2.25861.9163582.763837.065433.04.2935.9852135003077.74-3.58463.093775778.276081.377983.33.1317.0352155003129.28-3.84764.150288192.288545.090758.62.1678.0871175003203.46-3.01365.6709100857.101261.103792.1.4659.145续表5.1水线BMBMLMTCCBCMCPCwpmmt.m/cm00.0000.0000.0000.6267100073.122654.36587.920.69430.95480.72710.7619200037.6871401.89660.2880.73820.97710.75550.8023129 400019.254749.073745.8340.78030.99020.7880.8424600012.942517.361796.9690.80480.99450.80920.865380009.798401.458842.6150.82240.99670.82510.8852100007.941339.656907.3690.83740.9980.83910.9095115006.982307.678957.0860.84790.99860.84910.9263135006.023272.6111010.650.86080.99930.86140.944155005.305245.4411058.990.87260.99980.87270.9598175004.807228.7181128.560.88381.00020.88360.9825根据以上计算数据可以绘制出静水力曲线，如图5.1。图5.1静水力曲线图5.2稳性横截曲线的绘制稳性横截曲线是一组曲线，它表示船在不同倾角，排水体积与假定重心S到倾斜水线下的浮力作用线的垂直距离ls之间的函数关系曲线。5.2.1基本原理采用变排水量法绘制稳性横截曲线，基本原理如下：静稳性臂129 （5.15）式中：——假定重心s至浮力作用线的距离；——假定重心高度；（5.16）式中：——浮心作用线至参考轴线NN的距离；（5.17）=-（5.18）（5.19）式中：=（5.20）式中：上公式中：——倾斜水线号；——乞氏剖面号；——入水楔形半宽值；129 ——出水楔形半宽值。实际计算过程采用乞贝雪夫法，与梯形法、辛普森法相比，乞贝雪夫法具有较高的精度，其计算过程也比较简单。5.2.2绘制乞氏横剖面图按乞贝雪夫法取9个乞氏横剖面，乞氏站相对位置如表5.2所示。船中以前的横剖面用实线画出，船中以后的横剖面用虚线画出，比例取与型线图一致。表5.2乞氏站相对位置乞氏数乞氏剖面位置（距船底边中点的距离，以底边半长l=L/2的百分数表示）n900.16790.52880.60100.9116根据乞氏站的相对位置在型线图上读取相应型值绘制出乞氏横剖面图，如图5.2。图5.2乞氏横剖面图5.2.3绘制稳性横截曲线（1）选择计算水线、旋转点、假定重心位置和横倾角间隔的大小129 静水力曲线中，由空载排水量查到空载水线为3300mm左右，满载水线为11500mm，因此取计算水线：3000WL、5250WL、7500WL、9750WL、12000WL。旋转点位置：12000WL时旋转点取在偏向出水一舷距中轴线2598mm处，3000WL时旋转点取在偏向入水一舷距中轴线2598mm处，其他水线旋转点取在这两点的连线上。假定重心位置：；横倾角间隔：算到（2）查询不同倾斜水线下的面积以及形心坐标在乞氏横剖面图上，在调整倾斜角度的时，保持坐标系固定不变，利用面域查出各倾斜水线下的面积以及形心坐标。（3）计算排水体积与初始假定重心下静稳性臂计算各条水线在各个旋转角度下不同乞氏站的横剖面面积与相应的形心位置，可以沿船长方向积分得到中纵剖面的体积矩，体积矩与体积的比值就是相应水线在该旋转角度下的静稳性臂值。利用乞贝雪夫法，这里仅取3000mm计算水线，10°倾斜角处为例，其它情况时计算与此同理，列表计算如表5.3所示：表5.3与计算表倾斜角Φ10°计算水线2000mm乞氏站号AΦyΦzΦAΦ*yΦAΦ*zΦ17.1552060.1191.5370.85146951410.99755162264.153904.3681.825280.2242396117.0808693373.353905.0741.817372.1977343133.2840527478.138075.4451.772425.4618129138.4606671578.138075.4451.772425.4618129138.4606671129 678.138075.4451.772425.4618129138.4606671续表5.3倾斜角Φ10°计算水线2000mm乞氏站号AΦyΦzΦAΦ*yΦAΦ*zΦ777.691505.4111.784420.3887498138.6016503875.589275.2341.804395.6342811136.3630575929.623531.6741.67549.5897908949.61941443求和561.982795.21001.3▽Φ13134浮心位置yΦ5.14zΦ1.18三角函数sin10°0.174ls=yΦ*cosΦ+zΦ*sinΦ5.38（4）计算结果汇总汇总结果，如表5.4所示。表5.4稳性横截曲线计算结果横倾角Φ=10°Φ=20°Φ=30°Φ=40°水线▽Φls▽Φls▽Φls▽Φls300013134.765.37609013507.108.54070915651.509.85008318863.3410.68176525026439.013.25322125740.946.52109927002.318.71201730335.6910.20563750040310.952.54744940550.215.15976841608.747.74059844545.259.709976975054717.092.29953656410.284.63846658444.567.04124259202.248.9106041200069509.072.24402272701.874.52688674194.456.45110673282.568.023870横倾角Φ=50°Φ=60°Φ=70°129 水线▽Φls▽Φls▽Φls300023581.6411.5146729329.9411.8691834659.5211.49429525035112.2011.2470639363.5611.4793642929.5211.19875750047338.6510.6849649527.1911.0069251336.5510.87898975059396.3610.0143659504.9810.5296959575.1710.585441200071246.429.28819069343.9710.0368067684.7210.29730（5）绘制稳性横截曲线以排水体积为横坐标，为纵坐标，将相同横倾角的点连接起来，就得到了稳性横截曲线，如图5.3所示。图5.3稳性横截曲线5.2.4绘制进水角曲线以尾楼甲板甲板室两侧进入甲板室的门的下缘为进水点E，进水点距基线19.038m，距中线7.110m，过进水点E在乞氏剖面上作与水平线成不同倾角的倾斜水线，算出各倾斜水线下的排水体积，从而便能绘制进水角曲线。进水点位置如图5.4所示。129 图5.4进水点位置图根据上图，利用AutoCAD中面域查询功能，查出各乞式站在各倾斜水线下的面积，用乞式法积分算出排水体积，结果如表5.5所示。表5.5进水角计算结果Φ(°)4050607080乞氏站号AΦ1190.21421149.437257112.98175670.28843737.1490162430.973465350.154704271.990898209.505348158.596733448.068091362.540524280.575276218.089727167.1811074456.374815368.576092284.724542222.238992171.3303745456.374815368.576092284.724542222.238992171.3303746456.374815368.576092284.724542222.238992171.3303747456.328013368.599151284.994494222.507749171.5979838452.548515365.954425283.102973220.616229169.7064639273.858715223.503132162.632814103.12897151.764564求和3621.115452925.9174692250.4518371710.8534371269.986985▽Φ104610.00284526.5046665013.0530749424.6548536688.5129根据计算数据，以排水体积为横坐标，横倾角为纵坐标，绘制出进水角曲线如图5.5。129 图5.5进水角曲线5.3舱容要素曲线对于船上各种液体舱，包括货油舱，压载水舱等液体舱，由于在营运过程中，油水均可有变化，所以应该给出各液体舱的容积和容积形心随液面高度变化的曲线，用来计算各种载况时的液舱装载量和重心位置。在此仅对货油舱、压载水舱进行舱容要素计算，并绘制货油舱、压载水舱的舱容要素曲线图。本船货油区采用槽形舱壁，方便在生产中进行板材的加工。计算出各个装载液面下装载体积V，液面重心距离起始舱壁距离，液面重心距离基线高度。计算过程采用辛普森法。（1）计算各液面高度下的与（5.21）（5.22）式中——划分横剖面之间的间距。129 （2）计算各个液面下的重心高度（5.23）式中——各横剖面面积；——各横剖面相应液面下形心距基线高。根据以上计算原理，现以NO.4货油舱在装载3m高的货油情况下的装载状态为例进行计算，过程见表5.6。表5.6NO.4货油舱5.08m液面下、和计算过程序号横剖面积型心Z辛氏数f(V)力矩乘数f(M)Am×Zf(Am×Z)069.89403.6200134.94700.000253.016126.508169.89403.6200469.894169.894253.016253.016269.89403.6200269.8942139.788253.016253.016369.89403.6200469.8943209.682253.016253.016469.89403.6200134.9474139.788253.016126.508∑279.576∑559.152∑1012.065V1782.2912.7503.620用上述方法可以求出各个舱室的舱容要素，并根据这些数据绘制出货油舱和压载水舱的舱容要素曲线，见图5.6—图5.18所示。129 图5.6NO.1货油舱图5.6NO.2货油舱129 图5.7NO.3-5货油舱图5.8NO.6货油舱129 图5.8NO.7污油舱图5.8NO.8污油压载舱图5.8NO.1压载舱图5.8NO.2压载舱129 图5.8NO.3-5压载舱图5.8NO.6压载舱5.4装载稳性计算在本次毕业设计中对普通货船典型装载情况规定算出四种情况：满载出港、空载（加压载水）出港、满载到港、空载到港，保证船舶在四种载况下稳性数据满足规范要求，具体计算过程如下。5.4.1排水量及重心坐标计算（1）空船的重量取设计值，其重心位置参考母型船换算而得，所得数据列表如下：表5.7空船重量以及重心位置项目数值单位空船重量13271t重心垂向位置Zg11.529m重心纵向位置Xg-17.88m129 （2）滑油、炉水、生活用水水、食品及备品的重量取设计值，其重心位置由总布置图量取，结果如下表：表5.8滑油、炉水、生活用水、食品及备品的重量及重心位置项目重量Wi(t)力臂(m)力矩(t.m)距基线Zgi距船中Xgi距基线Mzi距船中Mxi滑油重量27.217.6-107.102478.72-2913.174炉水重量22821.36-117.64870.93456-26812.8生活用水重量74.4018.06-123.881343.40714-9216.774食品及备品6019.84-78.16821190.4-4690.097（4）根据满载出港要求，在满足浮态和稳性的前提下，进行装载布置，货油舱的货油重量以及重心位置，由舱容要素曲线确定，计算结果列表如下：表5.9货油重量以及重心位置货油舱体积/m³重量Wi(t)力臂(m)力矩(t.m)（单侧）（单侧）距基线Zgi距船中Xgi距基线Mzi距船中MxiNo.133922801.6020410.475.429136.661211240.79No.249874118.9827210.16041601.725247138.96No.355434578.2075910.229.546697.717135057.12No.455434578.2075910.2446697.71718312.830No.555434578.2075910.2-21.546697.717-98431.463No.645423751.4376410.5-43.639390.095-163562.68污油舱954787.95057610.3-61.88115.8909-48695.345总计3050425194.595710.25368811.949396258337.52301060.22（5）满载出港的排水量及重心坐标计算，汇总见表5.11。129 表5.10满载出港重量重心计算序号载重名称重量Wi(t)力臂(m)力矩(t.m)距基线Zgi距船中Xgi距基线Mzi距船中Mxi1空船1327111.529-17.87975153001.359-237282.162货油50389.19110.25368811.9493968516675.050602120.4443NO.1燃油舱544.0015.80-71.598595.2-38946.9694NO.2燃油舱544.0015.80-71.598595.2-38946.5925滑油舱27.2015.40-86.50418.88-2352.86生活用水74.4016.23-96.631207.512-7189.2727炉水228.0015.50-117.603534-26812.88人员与行李2.638.310895-89.1799.60-231.849食品及备品6019.84-78.161190.4-4690.09总计65140.39110.6434303.77693317245667.9（6）根据压载出港要求，在满足浮态和稳性的前提下，进行压载布置，压载水舱的压载水重量以及重心位置，由舱容要素曲线确定，计算结果列表如下：表5.11压载水重量重心计算项目重量(t)力臂(m)力矩(t.m)距基线Zgi距船中Xgi距基线Mzi距船中MxiNO.12848.52861.318256.175.417454.04133NO.22190.52200.357256.26013642.21495续表11项目重量(t)力臂(m)力矩(t.m)距基线Zgi距船中Xgi距基线Mzi距船中MxiNO.319871995.94156.329.512574.43145129 NO.419871995.94156.3412574.43145NO.519871995.94156.3-21.512574.43145NO.623282338.4766.3-43.614732.3988污油压载舱669672.01056.2-61.84166.4651总计1399714059.986.23816.23287718.414（7）压载出港的排水量及重心坐标计算，汇总见表5.13。表5.12压载出港的排水量及重心坐标序号载重名称重量Wi(t)力臂(m)力矩(t.m)距基线Zgi距船中Xgi距基线Mzi距船中Mxi1空船1327111.529-17.87975153001.359-237282.1622压载水28119.9736.2388690416.2324712175436.829456456.65313NO.1燃油舱544.0015.80-71.598595.2-38946.96964NO.2燃油舱544.0015.80-71.598595.2-38946.5925滑油舱27.2015.40-86.50418.88-2352.86生活用水74.4016.23-96.631207.512-7189.2727炉水228.0015.50-117.603534-26812.8续表12序号载重名称重量Wi(t)力臂(m)力矩(t.m)距基线Zgi距船中Xgi距基线Mzi距船中Mxi8人员与行李2.6038.31-89.1799.6083294-231.846299食品及备品60.0019.84-78.171190.4-4690.09794129 总计42871.1738.212.33352078100004（8）根据满载到港要求，在满足浮态和稳性的前提下，进行装载布置，货油舱的货油重量以及重心位置，由舱容要素曲线确定，计算结果列表如下：表5.13货油重量以及重心位置货油舱体积/m³重量Wi(t)力臂(m)（单侧）（单侧）距基线Zgi距船中XgiNo.133922801.6020410.475.4No.249874118.9827210.160No.355434578.2075910.229.5No.455434578.2075910.24No.555434578.2075910.2-21.5No.645423751.4376410.5-43.6污油舱954787.95057610.3-61.8总计3050425194.595710.25368811.949396（9）满载到港的排水量及重心坐标计算，汇总见表5.14。表5.14满载到港的排水量及重心坐标序号载重名称重量Wi(t)力臂(m)力矩(t.m)距基线Zgi距船中Xgi距基线Mzi距船中Mxi1空船1327111.529-17.87975153001.359-2372822货油52466.8810.25311.9493537979.02626947.568129 3NO.1燃油舱54.4014.60-71.59794.24-38944NO.2燃油舱54.4014.60-71.59794.24-38945滑油舱2.7215.40-86.5041.888-2356生活用水7.4016.23-96.63120.102-7157炉水22.8015.50-117.60353.4-2681.288人员与行李2.638.31-89.1716599.60-231.846299食品及备品6.419.84-78.168299126.976-500.27总计65888.610.5225.7295693310377512.3042（10）根据压载到港要求，在满足浮态和稳性的前提下，进行压载布置，压载水舱的压载水重量以及重心位置，由舱容要素曲线确定，计算结果列表如下：表5.15压载水重量重心计算项目重量(t)力臂(m)力矩(t.m)距基线Zgi距船中Xgi距基线Mzi距船中MxiNO.12848.52861.318256.175.417454.04133NO.22190.52200.357256.26013642.21495NO.319871995.94156.329.512574.43145NO.419871995.94156.3412574.43145续表15项目重量(t)力臂(m)力矩(t.m)距基线Zgi距船中Xgi距基线Mzi距船中MxiNO.519871995.94156.3-21.512574.43145NO.623282338.4766.3-43.614732.3988污油压载舱669672.01056.2-61.84166.4651总计1399714059.986.23816.23287718.414129 （11）压载到港的排水量及重心坐标计算，汇总见表5.16。表5.16压载到港的排水量及重心坐标序号载重名称重量Wi(t)力臂(m)力矩(t.m)距基线Zgi距船中Xgi距基线Mzi距船中Mxi1空船1327111.529-17.87975153001.359-2372822压载水28693.856.23816.232179017.172465772.0953NO.1燃油舱54.4014.60-71.59794.24-3894.694NO.2燃油舱54.4014.60-71.59794.24-3894.65925滑油舱2.7215.40-86.5041.888-235.286生活用水7.4016.23-96.63120.102-715.0627炉水22.8015.50-117.60353.4-2681.288人员与行李2.6038.31-89.1799.608-231.849食品及备品6.4019.84-78.17126.976-500.277113总计42115.577.938845085.13674233334348.985216336.83125.4.2浮态及初稳性计算（1）排水量、重心纵向、垂向坐标在5.4.1中求得。（2）排水体积等于排水量除以海水密度，再除以船体附体系数K,即。其中：海水密度=1.025，K取1.006。（3）根据各种典型载况的排水量或排水体积，从静水力曲线图上可以查得在不同载况下的平均吃水、浮心纵向坐标、每厘米纵倾力矩、漂心纵向坐标、横稳心垂向坐标等参数。（4）纵倾值、首尾吃水增量、首尾吃水按计算表中的公式计算。（5）各种载况下的浮态及初稳性计算见表5.17和表5.18。129 表5.17满载出港浮态及初稳性计算序号项目单位符号及公式数值1排水量t△65140.392排水体积m³▽63298.413平均吃水mdm11.44704重心纵向坐标mxg3.775浮心纵向坐标mxb4.3246纵倾力臂mxg-xb-0.557纵倾力矩t.mMt=△(xg-xb)-35999.158每厘米纵倾力矩t.mMTC955.45009纵倾值mt=Mt/100MTC-0.3810漂心纵向坐标mxF-2.19811首吃水增量mδdF=(L/2-xF)t/L-0.1912尾吃水增量mδdA=-(L/2+xF)t/L0.1813首吃水mdF=dm+δdF11.2514尾吃水mdA=dm+δdA11.6315重心距基线mzg10.6416浮心距基线mzb5.958续表17序号项目单位符号及公式数值17横稳心半径mBM7.020018横稳心距基线mzm=zb+BM12.9819未修正初稳心高mGM0=zm-zg2.3320自由液面修正值mδGM=∑w*ix/△0.130621实际初稳心高mGM=GM0-δGM2.204022自摇周期sT0=0.58*f*((B²+4*zg²)/GM0)^0.512.587923TwsTw=0.8*λ^0.56.196824调谐因数Λ=T0/Tw2.0314129 表5.18压载出港浮态及初稳性计算序号项目单位符号及公式数值1排水量t△42871.172排水体积m³▽41658.903平均吃水mdm7.78004重心纵向坐标mxg2.335浮心纵向坐标mxb6.1646纵倾力臂mxg-xb-3.837纵倾力矩t.mMt=△(xg-xb)-159609.178每厘米纵倾力矩t.mMTC836.95009纵倾值mt=Mt/100MTC-1.9110漂心纵向坐标mxF3.98611首吃水增量mδdF=(L/2-xF)t/L-0.9212尾吃水增量mδdA=-(L/2+xF)t/L0.9913首吃水mdF=dm+δdF6.8614尾吃水mdA=dm+δdA8.7715重心距基线mzg8.2116浮心距基线mzb4.050续表18序号项目单位符号及公式数值17横稳心半径mBM10.070018横稳心距基线mzm=zb+BM14.1219未修正初稳心高mGM0=zm-zg5.9120自由液面修正值mδGM=∑w*ix/△0.198421实际初稳心高mGM=GM0-δGM5.709122自摇周期sT0=0.58*f*((B²+4*zg²)/GM0)^0.58.470023TwsTw=0.8*λ^0.56.196824调谐因数Λ=T0/Tw1.3668表5.19满载到港浮态及初稳性计算序号项目单位符号及公式数值1排水量t△63810.91129 2排水体积m³▽62006.523平均吃水mdm11.24004重心纵向坐标mxg5.535浮心纵向坐标mxb4.4506纵倾力臂mxg-xb1.087纵倾力矩t.mMt=△(xg-xb)68726.628每厘米纵倾力矩t.mMTC948.90009纵倾值mt=Mt/100MTC-0.7210漂心纵向坐标mxF-1.94611首吃水增量mδdF=(L/2-xF)t/L-0.3612尾吃水增量mδdA=-(L/2+xF)t/L0.3713首吃水mdF=dm+δdF10.8814尾吃水mdA=dm+δdA11.6115重心距基线mzg10.5316浮心距基线mzb5.860续表19序号项目单位符号及公式数值17横稳心半径mBM7.140018横稳心距基线mzm=zb+BM13.0019未修正初稳心高mGM0=zm-zg2.4720自由液面修正值mδGM=∑w*ix/△0.133321实际初稳心高mGM=GM0-δGM2.335522自摇周期sT0=0.58*f*((B²+4*zg²)/GM0)^0.512.227423TwsTw=0.8*λ^0.56.196824调谐因数Λ=T0/Tw1.9732表5.20压载到港浮态及初稳性计算序号项目单位符号及公式数值1排水量t△42115.572排水体积m³▽40924.66129 3平均吃水mdm7.66004重心纵向坐标mxg5.145浮心纵向坐标mxb6.2006纵倾力臂mxg-xb-1.067纵倾力矩t.mMt=△(xg-xb)-43513.468每厘米纵倾力矩t.mMTC833.80009纵倾值mt=Mt/100MTC-0.5210漂心纵向坐标mxF4.15611首吃水增量mδdF=(L/2-xF)t/L-0.2512尾吃水增量mδdA=-(L/2+xF)t/L0.2713首吃水mdF=dm+δdF7.4114尾吃水mdA=dm+δdA7.9315重心距基线mzg7.94续表20序号项目单位符号及公式数值16浮心距基线mzb4.00017横稳心半径mBM10.030018横稳心距基线mzm=zb+BM14.0319未修正初稳心高mGM0=zm-zg6.0920自由液面修正值mδGM=∑w*ix/△0.202021实际初稳心高mGM=GM0-δGM5.889122自摇周期sT0=0.58*f*((B²+4*zg²)/GM0)^0.58.281223TwsTw=0.8*λ^0.56.196824调谐因数Λ=T0/Tw1.33645.5本章小结在本章的计算中，先是利用型线设计中得到的设计船型值表计算出静水力曲线的各个要素，为以后的各项计算打下基础。为了准确计算船在各种装载情况下的浮性和初稳性，本次设计中对设计船的货油舱以及压载水舱的舱容要素进行了详细的计算，并对自由液面进行了修正，最终的结果也达到了相关的要求。129 6完整稳性计算完整稳性计算，综合运用所学的知识，根据中国船级社和国际海事组织IMO所颁布的有关稳性规范、规则的规定和要求对所设计船进行完整稳性校核及评定船的稳性。主要内容涉及到进水角及曲线的绘制、自由液面对稳性影响计算、风压倾斜力臂计算、横摇角计算等。6.1稳性曲线的计算和绘制6.1.1静稳性曲线静稳性曲线是船在某一装载情况下，静横倾角与复原力臂（又称静稳性臂）的关系曲线。在各种装载情况下的静稳性曲线，可根据静力学计算中算得的稳性横截曲线和在各种装载情况下的浮态和初稳性计算所得的数据进行计算，计算方法如下：（1）根据各种装载情况下的排水体积，在稳性横截曲线上读出不同排水体积不同横倾角时浮力作用线至假定重心的距离ls。（2）根据公式求得不同横倾角下的静稳性臂l1。（3）船上液舱的自由液面对稳性的影响，主要是对初稳性高度和静稳性曲线的影响，它使初稳性高和静稳性臂值减小。初稳性高的减小值用公式δh＝Σ/△计算，式中Σ＝Σ为舱内液体重量密度与自由液面的面积对其倾斜轴线的横向惯性矩的乘积。这部分在上一部分装载初稳性计算中已计算。在各倾角下静稳性臂减小值用公式δl＝Σ/△，式中＝为舱内液体重量密度、舱内液体体积和该舱液体在各倾角时体积形心的横向移动距离之积。是用作图法求出各等面积倾斜液面下（10°～60°）的面积形心位置。大倾角自由液面修正采用简化的办法，具体方法如下：①只画出液体舱的某一平均剖面；②用作图法求出等面积30°倾斜液面下的面积形心位置；③量出此倾斜液面下面积形心的横向移动距离y；④假定y即为该舱液体在30°倾角时体积形心的横向移动距离。若舱内液体体积为，密度为ω，则横倾30°时自由液面修正值为；129 ⑤0°～30°的按线性变化选取，即，，大于30°的均取为。自由液面对稳性的影响，还可以通过修正(增加)重心高度的方法计及，重心高度的增加量为5.4.2中的δ[16]。（4）静稳性臂l＝l1－δl，从而取得不同横倾角下的复原力臂。（5）各种装载情况下的静稳性臂计算过程及结果见表6.1和表6.2。表6.1满载出港静稳性臂计算横倾角Φ/(°)10203040506070sinΦ0.17360.34200.50000.64280.76600.86600.9397(Zg-Zs)sinΦ/m1.84823.64035.32176.84158.15339.217510.001LS/m2.25004.55006.78008.52009.660010.24010.380静稳性臂l1/m0.40180.90971.45831.67851.50671.02250.3784自由液面修正δl/m0.02270.04470.06530.08400.10000.11310.1227修正后静稳性臂l/m0.37910.86511.39301.59461.40660.90940.2557表6.2压载出港静稳性臂计算横倾角Φ/(°)10203040506070sinΦ0.17360.34200.50000.64280.76600.86600.9397(Zg-Zs)sinΦ/m1.42612.80884.10625.27896.29117.11227.7172LS/m2.50005.07007.71009.800010.94011.35011.220静稳性臂l1/m1.07392.26123.60384.52114.64894.23783.5028续表6.2横倾角Φ/(°)10203040506070自由液面修正δl/m0.03450.06790.09920.12760.15200.17190.1865修正后静稳性臂l/m1.03952.19333.50454.39364.49694.06593.3163129 表6.3满载到港静稳性臂计算横倾角Φ/(°)10203040506070sinΦ0.17360.34200.50000.64280.76600.86600.9397(Zg-Zs)sinΦ/m1.82873.60195.26566.76938.06749.12039.8961LS/m2.25004.56006.83008.61009.740010.300010.4200静稳性臂l1/m0.42130.95811.56441.84071.67261.17970.5239自由液面修正δl/m0.02320.04560.06670.08570.10210.11550.1253修正后静稳性臂l/m0.39810.91251.49771.75501.57051.06420.3986表6.4压载到港静稳性臂计算横倾角Φ/(°)10203040506070sinΦ1.37862.71523.96945.10306.08156.87527.4601(Zg-Zs)sinΦ/m2.53005.14007.78009.850011.000011.410011.2700LS/m1.15142.42483.81064.74704.91854.53483.8099静稳性臂l1/m0.03510.06910.10100.12980.15470.17490.1898自由液面修正δl/m1.11642.35573.70964.61724.76374.35983.6201修正后静稳性臂l/m0.31270.60631.19201.46061.40191.08220.4195（6）各种装载情况下的静稳性曲线见图6.1、图6.2、图6.3和图6.4。129 图6.1满载出港静稳性曲线图6.2压载出港静稳性曲线129 图6.3满载到港静稳性曲线图6.4压载到港静稳性曲线6.1.2动稳性曲线129 船舶横倾角与动稳性臂的关系曲线称为动稳性曲线，动稳性曲线是静稳性曲线的积分曲线，静稳性曲线下的面积（从平衡位置到某一横倾角φ）就是该横倾角的动稳性臂值，即ld＝∫ldφ。各种装载情况下的动稳性臂计算过程及结果见表6.5、表6.6、表6.7和表6.8。表6.5满载出港动稳性臂计算横倾角Φ/(°)静稳性臂弧度差梯形面积动稳性臂100.37910.17450.03310.0331200.86510.17450.10860.1417301.39300.17450.19710.3387401.59460.17450.26070.5994501.40660.17450.26190.8613600.90940.17450.20211.0634700.25570.17450.10171.1651表6.6压载出港动稳性臂计算横倾角Φ/(°)静稳性臂弧度差梯形面积动稳性臂100.97830.17450.08540.0854202.08270.17450.26710.3525303.13510.17450.45530.8078403.81050.17450.60611.4140504.03240.17450.68442.0984603.75990.17450.68002.7784703.16720.17450.60453.3829表6.7满载到港动稳性臂计算横倾角Φ/(°)静稳性臂弧度差梯形面积动稳性臂129 100.31270.17450.02730.0273200.60630.17450.08020.1075301.19200.17450.15690.2644401.46060.17450.23150.4959501.40190.17450.24980.7457601.08220.17450.21680.9624700.41950.17450.13101.0935表6.8压载到港动稳性臂计算横倾角Φ/(°)静稳性臂弧度差梯形面积动稳性臂100.97830.17450.08540.0854202.08270.17450.26710.3525303.13510.17450.45530.8078403.81050.17450.60611.4140504.03240.17450.68442.0984603.75990.17450.68002.7784703.16720.17450.60453.3829各种装载情况下的动稳性曲线见图6.5、图6.6、图6.7和图6.8。129 图6.5满载出港动稳性曲线图6.6压载出港动稳性曲线129 图6.7满载到港动稳性曲线图6.8压载到港动稳性曲线6.2稳性校核129 6.2.1完整稳性的有关衡准根据中国船级社《国内航行海船法定检验技术规则》[17]（2004）第四篇船舶安全第七章完整稳性中的相关规定进行校核。（1）船舶在所校核的装载状况下，稳性衡准数应符合下式要求：（6.1）式中：——最小倾覆力臂，m——风压倾侧力臂，m（2）风压倾侧力臂(m)按下式计算：（6.2）式中：P——单位计算风压，查《船舶设计原理》[1]5页表3.3，Pa；——船舶吃水线以上受风面积，为船舶正浮时实际水线以上船舶各部分在船舶中纵剖面上的侧投影面积；Z——计算风力作用力臂，船舶正浮时受风面积中心至水线的垂向距离；▽——所核算装载情况下船舶排水量。（3）横摇角θ(度)，按下式计算：（6.3）式中：——系数，由横摇自摇周期及航区由《船舶设计原理》[1]56页图3-3查得；——系数，，当时，取；当时，取。——系数，按B/d值查船舶设计原理》[1]56页表3.5；——系数，按船舶类型及舭龙骨尺寸由《船舶设计原理》56页表3.6查得；（4）最小倾覆力臂由计及船舶横摇影响及进水角后的动稳性曲线作图来确定，如图6.9至图6.12所示。129 图6.9计及船舶横摇影响的满载出港动稳性曲线图6.10计及船舶横摇影响的压载出港动稳性曲线129 图6.11计及船舶横摇影响的满载到港动稳性曲线图6.12计及船舶横摇影响的压载到港动稳性曲线（5）规范要求满足如下稳性要求：①初稳性高度应不小于0.15m；②横倾角等于或大于30°处的复原力臂应不小于0.2m，如果船体进水角小于30°，则进水角处的复原力臂应不小于该规定值；③船舶最大复原力臂所对应的横倾角应不小于30°；④复原力臂曲线的消失角不小于55°；129 ⑤当船舶的船宽和型深比B/D大于2时，最大复原力臂所对应的横倾角较规定值减少按下式计算所得的值：由于对于本船B/D<2，故不需要做此项修正。6.2.2各种载况下完整稳性计算以满载出港完整稳性为例进行完整稳性计算①横摇角(度)自摇周期；由横摇周期及沿海行区查图得；，因时，故取。根据B/d值查表得；根据船舶类型及舭龙骨尺寸，取为0.7208。计算得②风压倾侧力臂(m)根据总布置图，满载出港水线以上受风面积参考总布置图，计算风力作用力臂Z=11.6mm。P单位计算风压，根据远海航区查得P=1347pa。满载出港状态下船舶排水量△=65140t。根据以上数据，计算得：=0.0451m③最小倾覆力臂根据满载出港计及船舶横摇影响及进水角后的动稳性曲线，作图量取并除以比例系数25得：129 所以稳性衡准数k=14.29，满足要求。根据以上计算结果，将对各种装载情况下完整稳性计算列表如下：表6.9各种装载情况下完整稳性计算项目满载出港压载出港满载到港压载到港横摇周期12.598.4712.238.280.2180.310.2180.3110.648.21310.5317.938d11.4477.7811.247.660.63500.7630.68220.771实际值0.68000.7630.68220.771B/d2.69572.69572.69572.69570.01180.01180.01180.01180.72080.72080.72080.7208横摇角18.0225.2118.2425.931844.5261818932698Z11.611.3411.5711.26P1347134713471347续表6.9项目满载出港压载出港满载到港压载到港65140428716381042115风压倾斜力臂0.0450.07530.0510.0987129 进水角50.9865.9751.7466.56最小倾覆力臂0.64120.72020.7030.7552稳性衡准K14.2499.5613.787.656.2.3完整稳性校核汇总综合以上两种载况的稳性进行汇总，如表5.22。表6.10各种装载情况下完整稳性校核结果各种载况稳性横准数K初稳性高度（m）横倾角30度时复原力臂(m)最大复原力臂时的横倾角（°）稳性消失角（°）进水角（°）满载出港14.2492.20.6539.98>7050.98压载出港9.565.710.9246.54>7065.97满载到港13.782.341.0248.04>7051.74压载到港7.655.890.7140.08>7066.56规范要求不小于1不小于0.15m不小于0.2m不小于29°不小于55°校核结果满足要求满足要求满足要求满足要求满足要求从表6.6中可以看出，本船的稳性是符合设计规范要求的。6.3本章小结经计算，设计船在四种载况的稳性均符合要求，同时注意到，稳性曲线只表示了船舶本身所具有抵抗外力矩的能力，或者说，只表示了船舶本身所具有的稳性能力，至于船舶受到的力矩究竟有多大，以及是否经受得住，这要看外力矩的作用情况而定。外力矩主要来自风浪的作用，而风浪的大小又与离岸距离及水域开阔程度等因素有关。因此，规范中将航区划分为四类，应根据明确的航区规定进行计算。129 7快速性计算和螺旋桨设计7.1阻力预报在进行主尺度要素确定时虽然已经对有效马力进行了一次估算，但是那时并没有确定船舶的排水量及各项船型系数的精确值，所以只是粗略的估算。随着设计过程的深入有必要重新进行有效马力估算。7.1.1估算满载的有效马力用莱普法估算满载时有效马力曲线，计算过程及结果见下表7.1、表7.2表7.1满载有效马力估算参数项目数值Lpp(m)210.350Ld(m)212.454B(m)31.000d(m)11.447▽(m^3)63298.000Cb0.848Cbd0.840Cm0.998Cp0.849Cpd0.841B/d2.708Ld/B6.853Xb(m)5.985S9591.708ρ(kg·s^2/m^4)104.5000.5ρS501166.769CRt(ζr)0.037表7.2满载时有效马力估算序号项目数值129 1V(kn)1112132Vs(m/s)5.656.176.6830.420.460.504ζr×103(查图)25.726275Ld/B修正-0.05-0.05-0.056修正后的ζr×10324.41524.725.657CRt×1030.900.910.948V·Ld1202131114209Re=(8)/(1.18831×10-6)10117315771103707175119568277310CFs×1031.5271.5111.49611Ca×103（查表）[9]0.150.150.1512(CFs+Ca)×103=(10)+(11)1.671.661.6413Cti×103=(7)+(12)2.5792.572.5914(m2/s2)32.0238.1144.7215(1/2)ρS16048875190994872241537116Rti=(13)×(15)×10-3(kg)41390491435812517B/d修正=(B/d-2.4)×5%0.01540.01540.015418Rt=(16)×(1+(17))(kg)42028.6049900.7859021.0819Vs/75(m/s)0.0750.0820.08920EHP=(18)×(19)×0.736(kW)2333.953023.033873.51续表7.2序号项目数值1V(kn)141516129 2Vs(m/s)7.207.718.2330.5380.5770.6154ζr×103(查图)3340465Ld/B修正-0.05-0.05-0.056修正后的ζr×10331.353843.77CRt×1031.15751.40301.61358V·Ld1530.11639.41748.79Re=(8)/(1.18831×10-6)12876583711379633969147160956710CFs×1031.4821.4691.45811Ca×103（查表）[9]0.150.150.1512(CFs+Ca)×103=(10)+(11)1.6321.6191.60813Cti×103=(7)+(12)2.783.023.2214(m2/s2)51.8759.5467.7515(1/2)ρS25996525298429493395464516Rti=(13)×(15)×10-3(kg)725269020910938817B/d修正=(B/d-2.4)×5%0.01540.01540.015418Rt=(16)×(1+(17))(kg)736449159811107319Vs/75(m/s)0.09600.102880.109720EHP=(18)×(19)×0.736(kW)5205.016936.448971.927.1.2估算压载的有效马力用莱普法估算压载时有效马力曲线，计算过程及结果见下表7.3、表7.4表7.3压载有效马力估算参数项目数值129 Lpp210.350Ld212.454B31.000d7.780▽41658.000S0.848ρ0.840ρS/20.998Xb0.849Am0.841ν*1062.708Cb6.853Cbd5.985Cm7731.768Cp104.500Cpd403984.873B/d0.031Ld/B5.882CRt0.034ζr表7.4压载时有效马力估算序号项目数值1V(kn)1112132Vs(m/s)5.666.176.6930.420.460.50129 4ζr×103(查图)25.7026.0027.005Ld/B修正-0.05-0.05-0.056修正后的ζr×10324.4224.7025.657CRt×1030.760.770.808V·Ld1202.251311.551420.849Re=(8)/(1.18831×10-6)10117315771103707175119568277310CFs×1031.531.511.5011Ca×103（查表）[9]0.150.150.1512(CFs+Ca)×103=(10)+(11)1.681.661.6513Cti×103=(7)+(12)2.442.432.4414(m2/s2)32.0238.1144.7315(1/2)ρS12936817.0615395881.4518068777.5416Rti=(13)×(15)×10-3(kg)31535.5737411.8644170.3317B/d修正=(B/d-2.4)×5%0.020.020.0218Rt=(16)×(1+(17))(kg)32021.4337988.2544850.8519Vs/75(m/s)0.080.080.0920EHP=(18)×(19)×0.736(kW)1778.232301.372943.53续表7.4序号项目数值1V(kn)1415162Vs(m/s)7.207.728.2330.540.580.624ζr×103(查图)33.0040.0046.00129 5Ld/B修正-0.05-0.05-0.056修正后的ζr×10331.3538.0043.707CRt×1030.981.181.368V·Ld1530.141639.431748.739Re=(8)/(1.18831×10-6)12876583711379633968147160956610CFs×1031.481.471.4611Ca×103（查表）[9]0.150.150.1512(CFs+Ca)×103=(10)+(11)1.631.621.6113Cti×103=(7)+(12)2.612.802.9714(m2/s2)51.8759.5567.7515(1/2)ρS20955505.3124056064.7727370455.9216Rti=(13)×(15)×10-3(kg)54658.4567422.6381249.7817B/d修正=(B/d-2.4)×5%0.020.020.0218Rt=(16)×(1+(17))(kg)55500.5668461.3982501.5719Vs/75(m/s)0.100.100.1120EHP=(18)×(19)×0.736(kW)3922.665184.326664.037.1.3估算110%满载的有效马力110%满载的有效马力即为满载的有效马力乘以110%，现将其计算结果列表如下：表7.5110%满载时有效马力估算111213141516满载3175.54113.05270.17081.69437.312206.7110%满载3493.04524.35797.17789.810381.113427.4压载2419.43131.14004.85336.97053.59066.7129 7.2螺旋桨图谱设计螺旋桨采用MAU四叶桨，在设计过程中采用功率储备法，即螺旋桨设计工况点取85%主机额定功率，100%主机额定转速。7.2.1船体主要参数船型：单机，单桨，球首，尾机型原油船，船体主要参数列表如下：表7.6船体主要参数项目数据设计水线长215m垂线间长210.35m型宽31m型深18.3m设计吃水11.5m方形系数0.848排水量654337.2.2主机参数主机参数如下表7.7所示。表7.7主机主要参数项目数据型号MAN-B&W8S50MC-C额定功率9440kW额定转速95r/min旋向右旋7.2.3确定推进因子根据汉克歇尔公式近似计算：伴流分数129 （7.1）推力减额分数（7.2）相对旋转效率（7.3）船身效率（7.4）根据以上公式进行计算，将计算结果列表如下：表7.8推进因子项目数据伴流分数0.37395推力减额分数0.3045相对旋转效率1船身效率1.1117.2.4最大航速计算采用MAU四叶桨图谱进行计算，取功率储备15%，尾机型轴系效率0.98。螺旋桨敞水收到马力：hp（7.6）根据MAU4-40、MAU4-55、MAU4-70的图谱进行计算，计算过程及结果见表7.9。表7.9按图谱设计的计算表项目单位数值假定航速Vkn12131415129 kn7.5138.1398.7659.39163.52052.00043.20636.3617.9707.2116.5736.030MAU4-40δ89.249482.086276.184971.2145P/D0.601910.619670.639660.65890.507460.532660.55710.57927hp6031.46330.96621.46884.9MAU4-55δ87.701480.099874.162969.3538P/D0.637240.668750.689770.7050.486010.512680.539150.56231hp5776.56093.56408.16683.3续表7.9项目单位数值MAU4-70δ87.439979.580873.703168.3062P/D0.642130.671480.701490.728470.470790.496440.519090.53965hp5595.65900.46169.66414.0根据表7.9的计算结果可绘制，，，及对V的曲线，如下图7.2所示。129 图7.2MAU四叶桨图谱设计计算结果从曲线与船体满载有效马力曲线之交点，可获得不同盘面比所对应的设计航速及螺旋桨最佳要素，见表7.10。表7.10最佳要素MAU(kn)(m)4-4014.478.1000.6800.5607.4114-5514.176.80.670.547.1364-7013.877.10.630.527.0127.2.5空泡校核按柏利尔空泡限界线中商船上限，计算不发生空泡的最小盘面比。已知数据：桨轴埋深hs=T-Zp=7.69m；129 标准大气压力kgf/m2；计算温度t=15℃，kgf/m2；海水密度ρ=104.63kgf·s2/m4；海水压力γ=1025×6.862=7033.55kgf/m2；实际压强P0=Pa+γhs-Pv=10330+9033.55-174=19037kgf/m2；螺旋桨敞水收到马力hp。空泡校核的计算结果如表7.11所示。表7.11空泡校核计算结果序号项目单位数值MAU4-40MAU4-55MAU4-701kn14.414.113.82m/s4.6374.5414.4443(m/s)2666.12617.57596.204(m/s)2687.62638.19615.9550.4970.5350.5546(查柏利尔空泡限界图)0.1800.1840.186129 7kgf9689695424938878m214.96415.53315.665916.42117.00316.976100.3810.4250.440根据表7.11的计算结果作图7.3空泡校核计算结果图。由图7.3可求得不发生空泡的最小盘面比以及所对应的最佳螺旋桨要素。表7.12最佳螺旋桨要素单位项目数值盘面比AE/Ao0.526螺距比P/D0.670直径mD6.850推进效率η00.525航速knVmax14.170129 图7.3空泡校核计算结果7.2.6强度校核按《钢质海船入级与建造规范》[14]（2006）校核t0.25R及t0.6R，应不小于按下式计算之值(mm)：(7.6)式中：Y——功率系数；K——材料系数；X——转速系数。（1）功率系数Y的计算方法（7.7）其中：（7.8）129 D——螺旋桨直径，m；P——计算剖面处的螺距，m；P0.7——0.7R剖面处的螺距，m；R——螺旋桨半径，m；K1，K2，K3，K4——系数，查表；Ne——主机额定功率，kw；Z——桨叶叶数；b——所计算剖面处的桨叶宽度，m；ne——螺旋桨在主机额定功率时的转速，rpm。（2）设计螺旋桨材料设计螺旋桨材料选为Cu3镍铝青铜，该材料的抗拉强度σb=590N/mm2，材料密度G=7.6g/cm3，材料系数K=1.38。（3）转速系数X的计算方法（7.9）其中：（7.10）D，P，ne，Z及b含义如前所述；ε——桨叶后倾角，度；K5，K6，K7，K8——系数，查表；G——桨叶材料密度，g/cm3；Ad——螺旋桨盘面比。根据以上公式可以计算螺旋桨强度校核的计算要素，现将计算结果列表如下：表7.13螺旋桨强度校核的计算要素项目数值单位材料密度G7.60g/cm2计算功率Ne11817.92hpAd=AE/A00.544P/D0.691桨叶后倾角ε8°N=ne125.00r/min桨叶叶数Z4b0.66R1.782m129 b0.25R1.285mb0.6R1.766m根据上表中的数据，可以进行螺旋桨强度校核计算，计算过程及结果如表7.14所示。表7.14强度校核计算项目单位数值0.25R0.6R弦长m1.46822.017663420725015114106354342489.83886.3476393.2819788.988223续表7.14项目单位数值0.25R0.6R341241653803301236.361027.61129 1.381.38材料系数K(铝镍青铜)0.24410.1477mm259.336126.720MAU标准桨叶厚度mm262.01149.33校核结果满足要求满足要求实取桨叶厚度mm270.00155.19实际螺旋桨的桨叶厚度按t1.0R=0.0035D=20.296mm与t0.25R=242.125mm连直线决定，如表7.15。表7.15桨叶厚度叶厚数值单位t0.2R286.4mmt0.3R253.6mmt0.4R220.8mmt0.5R188.0mm续表7.15叶厚数值单位t0.6R155.2mmt0.7R122.4mmt0.8R89.6mmt0.9R56.8mm7.2.7螺距修正1、根据尾轴直径的大小，确定毂径比，此值与MAU桨标准值相同，故不需要对此项螺距进行修正。129 （7.11）2、由于厚度比不同于MAU桨标准厚度所需的螺距比修正。由于厚度比不同对螺距比修正量可由下式表示：（7.12）式中：P/D——设计螺旋桨的螺距比；s——滑脱比，按下式决定：（7.13）N为每分钟转数（r/min）；P为螺距（m）；（7.14）为设计桨0.7R处切面的厚度比；为基准螺旋桨0.7R处切面的厚度比；为基准螺旋桨展开面积比；为设计螺旋桨的换算展开面积比；（7.15）和分别为设计桨和系列桨的毂径比；为设计螺旋桨的盘面比。根据以上公式，可以计算由于厚度比不同而对螺距比的修正，计算结果列表如下：129 表7.16厚度比不同而对螺距比的修正项目数据(dh/D)"0.122(dh/D)2.028设计桨t0.7R0.060设计桨b0.7R0.117设计桨（t/b)0.7R0.550标准桨t0.7R2.1292.121标准桨b0.7R0.055标准桨（t/b)0.7R0.628续表7.16项目数据1-s=VA/(NP)0.5260.002Δ(t/b)0.7R-0.002Δ(P/D)t-0.003根据以上计算，修正后的螺距比：(7.16)7.2.8重量及惯性矩计算根据我国船舶与海洋工程设计院提供的公式估算桨叶重（7.17）129 桨毂重（7.18）螺旋桨重（7.19）螺旋桨惯性矩（7.20）式中：——桨叶最大宽度（m）；——桨毂长度中央处轴径，可按下式计算：（7.21）、——分别为主机额定功率下螺旋桨收到的马力和转速（rpm）；、——分别为0.2R和0.6R处切面的最大厚度(m)；K——轴毂配合锥度；LK——毂长（m）；γ——材料重量密度（kgf/m3）；Z——桨叶数；d——桨毂直径（m）；D——螺旋桨直径（m）。根据以上公式，可以计算螺旋桨重量以及惯性矩，计算结果如下表所示。表7.17螺旋桨重量及惯性矩项目数值单位材料重量密度γ7600.000kgf/m3桨叶最大宽度bmax2.036m桨叶重量Gb17529.621kgf129 轴榖配合锥度K=1/130.077榖长Lk1.333m桨轴中央处轴径d00.515m桨榖直径d1.233md0/d0.418桨榖重量Gh9691.657kgf螺旋桨总重27221.278kgf整个螺旋桨的惯性矩I562679.963kgf·cm·s27.2.9敞水性征曲线的确定由MAU4-40，MAU4-55，P/D=0.60，P/D=0.70的敞水特性曲线，可插值得到MAU4-54.4，P/D=0.687的敞水性征曲线数据，如表7.18所示。表7.18敞水特性曲线数据MAU4-40P/D=0.6J0.0000.1000.2000.3000.4000.5000.6000.700KT0.2460.2230.2000.1690.1350.0980.0600.01510KQ0.2340.2240.2000.1850.1520.1180.0820.050MAU4-40P/D=0.7J0.0000.1000.2000.3000.4000.5000.6000.700KT0.2920.2690.2360.2160.1770.1430.0990.06010KQ0.3020.2890.2620.2420.2150.1770.1380.100MAU4-55P/D=0.6J0.0000.1000.2000.3000.4000.5000.6000.700KT0.2620.2310.2080.1620.1240.0830.046-0.02010KQ0.2460.2310.2080.1770.1460.1150.0760.034MAU4-55P/D=0.7J0.0000.1000.2000.3000.4000.5000.6000.700KT0.3070.2790.2460.2150.1720.1310.0850.045129 10KQ0.3360.3060.2770.2460.2150.1770.1260.090MAU4-40P/D=0.67J0.0000.1000.2000.3000.4000.5000.6000.700KT0.28010.25610.25680.20140.16810.13110.08880.042410KQ0.29140.27220.25060.22650.19950.16820.13060.0855MAU4-55P/D=0.67J0.0000.1000.2000.3000.4000.5000.6000.700续表7.18KT0.29070.25980.22740.19270.15440.11200.06590.020810KQ0.30120.27590.24970.22110.18900.15260.11090.0649MAU4-54.4P/D=0.687J0.0000.1000.2000.3000.4000.5000.6000.700KT0.3010.2720.2410.2090.1660.1250.0800.03810KQ0.3230.2960.2680.2370.2070.1690.1200.083根据上表的数据可作设计桨敞水特性曲线，如图7.4所示。129 图7.4设计桨的敞水特性曲线7.2.10系柱特性计算系柱状态时，船速V=0，进速系数J=0，、达到最大值，螺旋桨处于“重载”状态，此时主机降低了转速，但仍保持额定转矩运行。当J=0时，，；计算功率系柱推力减额分数取；螺旋桨转矩(7.22)系柱推力129 (7.23)螺旋桨转速(7.24)根据以上公式，列表计算如下：表7.19系柱特性项目数值单位KT0.3090KQ0.3196计算功率Ne12586.7hp系柱推力减额分数t00.04主机转矩Q94889.85kgf·m系柱推力T13391kgf螺旋桨转速N26.0r/min7.2.11航行特性计算根据所选主机的特性，分别取转速95r/min，85r/min，75r/min计算，见表7.20。表7.20航行特性计算表项目单位数值kn111213141516m/s3.54243.86454.18654.50864.83065.1526N=95r/min0.3270.3560.3860.4160.4450.4750.2230.2120.2010.1890.1790.1660.02330.02260.02160.02050.01950.0183PTEhp676770187208729974077327Pshp12476121011156610977104419799129 N=85r/min0.3650.3980.4310.4650.4980.5310.2080.1950.1830.170.1560.1410.02210.02110.020.01880.01740.0163hp505351685254525651684982hp847680937671721066746252N=75r/min0.4140.4510.4890.5270.5640.6020.190.1760.160.1430.1260.110.02060.01940.01790.01640.01480.0133hp359436313576344232503026hp542751114716432138993504由上表的数据可得到航行特性曲线，如图7.5所示（110%满载即按满载有效功率×1.10计算）。129 图7.5航行特性曲线由航行特性曲线可知：在满载航行状态时，N=95r/min，达到的最大航速V=14.1kn，所需主机马力10916hp，约为主机额定马力的85%；在110%满载航行状态时，N=95r/min，达到的最大航速V=15.02kn，所需主机马力hp，约为主机额定马力的86.9%。综上所述，设计结果与设计要求基本一致，螺旋桨设计基本满足要求。7.2.12螺旋桨设计结果总结最终确定了如下螺旋桨参数，见表7.21。表7.21螺旋桨设计结果项目数据129 螺旋桨直径D6.850螺距比0.6700型式MAU叶数4盘面比0.526纵倾角8螺旋桨效率0.525设计航速14.100毂径比0.18旋向右旋材料铝镍青铜重量27221.28惯性矩562679.967.3螺旋桨制图在完成螺旋桨的设计计算后，即可绘制螺旋桨的总图。绘制完的总图和叶切面尺寸表具体见附图4。7.4本章小结螺旋桨设计的目的是使船舶在实际航行时能够达到设计航速，满足设计任务书的要求，通过设计过程我们可以认识到影响螺旋桨推进性能的不仅仅是主机功率，还有一个重要因素就是主机转速，主机转速能够很大程度的影响螺旋桨直径大小，在主尺度确定时就应该考虑到这一点，合理选定合适转速的主机，使之能够与设计桨相配合。129 在主机功率选定考虑上并不是功率越大，设计出的螺旋桨性能就越好。设计过程中若采用过大功率的主机，其结果是在空泡校核中很容易产生空泡，为了避免空泡使得螺旋桨效率变得很低，航速还达不到设计要求，大大浪费了主机输出功率，因而经济性受到制约。相反采用稍小点功率的主机，只要转速选取适当反而提高了效率，航速也能满足设计需要。129 8结构设计根据中国船级社《钢质海船入级与建造规范(2006)》[14]进行结构设计并确定船体各个主要构件的尺寸。8.1概述8.1.1用途和航区本船用于运输散装油舱，主要航行于远洋航区。8.1.2结构形式根据中国船级社《钢质海船入级与建造规范(2006)》对油船的要求，确定本船采用单层甲板，货油舱范围采用双壳双底结构形式，双层底高度为2.00m，双层壳宽度为2.0m。货油舱区肋骨间距：750mm；船底、内底和甲板纵骨间距：800mm；舷侧、内壳纵骨间距：800mm；纵骨跨距、强横梁间距：3.2m。8.1.3主要尺度要素本船的主要尺度以及主要尺度比，如下表8.1所示。表8.1主要尺度要素项目数值Loa221.6mLpp210.35mB31mD18.3md11.5mL/B6.785续表8.1129 项目数值B/D1.694d/D0.628L/D11.49Cb0.8488.2货油舱基本结构计算8.2.1外板（1）船底板根据CCS规范（5.2.2.1），船中0.4L区域内的船底板厚度t应不小于：（8.1）（8.2）式中：——纵骨间距，s=0.80m；——吃水，d=11.5m;——船长，210.35m；——折减系数，(根据2.2.5.7折减系数)；按下式计算：（8.3）代入数据，计算得：hw=4.96；——船宽，B=31mm；由下列公式计算（2.2.3.1）：（8.4）代入数据，计算得：C=9.9；将以上结果代入8.1式、8.2式，计算得：，；129 综合考虑，船底板板厚取为t=16mm。（2）平板龙骨根据规范（5.2.3.1），在整个货油舱区域内，平板龙骨的宽度b应不小于按下式计算所得之值：b=900+3.5L=1636.23mm（8.5）考虑板材型号取b=2000mm，且在整个船长内保持不变。厚度应不小于船底板厚度加2mm，故取平板龙骨厚度t=19mm。（3）舭列板根据规范（5.2.4.1），船中部0.4L区域内舭列板厚度与船底板厚度相同，取t=16mm。（4）舷侧外板舷侧外板是指从舭列板至舷顶列板之间的外板，根据规范(5.2.5.1)，舷侧为纵骨架式时，船中0.4L区域内的舷侧外板厚度t应不小于：①距基线3/4D以上舷侧外板厚度应不小于下列两式计算所得之值：（8.6）（8.7）式中：——纵骨间距，s=0.8m；——船长，L=210.35m；——折减系数，(根据2.2.5.7折减系数)；——如前计算取4.96。代入已知数据，算得：，；综合考虑，取为t=14mm。②距基线1/4D以下舷侧外板厚度应不小于下列两式计算所得之值：（8.8）（8.9）式中：s——纵骨间距，s=0.8m；L——船长，L=210.35m；d——吃水，d=11.5m；129 hw——如前所算取4.96——折减系数，(根据2.2.5.7折减系数)；D——型深，D=18.3m。代入已知数据，算得：mm，mm；综合考虑，取为t=14mm。③距基线1/4D以上，3/4D以下舷侧外板厚度应不小于下列两式计算所得之值：(8.10)(8.11)式中：,;,;,。其中：——0.25D处的纵骨间距，0.8m；——0.7D处的纵骨间距，0.8m；——0.25D处的板厚，12.88mm；——0.7D处的板厚，12.45mm；——0.25D处的板厚，13.48mm；——0.7D处的板厚，12.66mm；S——计算点处的纵骨间距，0.8m；D——型深，D=18.3m；Z——计算点至基线的距离。根据以上结果，考虑结构强度要求舷侧外板厚度统一，取为t=14mm。（5）舷顶列板129 (1)舷顶列板的宽度应不小于0.1D（D为型深）＝1.88m。(2)舷侧为纵骨架式时，船中0.4L区域内的舷顶列板厚度t应不小于按下列两式计算所得之值，且应不小于相邻舷侧外板的厚度：(8.12)（8.13）取t=14mm式中：s——纵骨间距，s=0.80m；L——船长，L=210.35m；Fd——折减系数，本船近似取0.8。8.2.2甲板（1）强力甲板根据规范5.3.2.1，船中0.4L区域内甲板厚度应不小于按下列两式计算所得之值：（8.14）（8.15）式中：——甲板纵骨间距，s=0.80m；——船长，L=210.35m；——折减系数，(根据2.2.5.7)。将以上结果代入上式，计算得：，；考虑结果还应不小于相邻舷侧外板的厚度，实取甲板厚度为t=14mm。在开口边线以内及离船端0.075L区域内的强力甲板厚度应不小于：（8.16）实取板厚度为t=14mm。船中部强力甲板厚度应在船中部0.4L区域内保持相同，并逐渐向端部甲板厚度过渡。（2）甲板边板根据规范5.3.3.1在船中部0.4L区域内的强力甲板边板宽度：（8.17）129 代入数据计算得：b=1930mm；同时甲板边板宽度不应大于1800mm实取甲板边板宽度为1800mm。强力甲板边板在端部的宽度，应不小于船中部宽度的65%，强力甲板边板厚度应不小于强力甲板厚度，所以取为t=14mm。8.2.3双层底结构（1）船底桁材根据规范5.4.2，在船舶底凳下设置中桁材。中桁材高度在任何情况下应不小于700mm，且不小于按下式计算所得之值（8.18）代入数据计算得：=1558mm；双层底高度为h=2000mm，所以中桁材高度也取mm。中桁材厚度t应不小于按下式计算所得之值，同时也应满足规范(2.13.5)深舱要求：(8.19)实取t=14mm。根据规范5.4.2.6，旁桁材的厚度应不小于按下式计算所得之值：t＝0.007ho+1.0＝11.91mm(8.20)实取t=13mm。根据规范5.4.2.7，对于船宽大于20m的船舶，中纵剖面两侧至少应各设2道旁桁材（包括底边舱处旁桁材在内）。对于本设计船，左右两侧在各设3道旁桁材，厚度取为13mm。（2）船底肋板根据规范2.6.11和5.4.3，在机舱和首部0.2L范围内每个肋位上均有实肋板，货油舱区每隔4个肋位处设实肋板，横舱壁所在肋位左右各隔一个肋位设为实肋板。实肋板标准间距应不大于(0.006L+3.2)=4.46m，实取为2.25m。实肋板厚度t应不小于下式计算所得之值：(8.21)实取t=13mm。129 （3）水密肋板根据规范2.6.6，水密肋板厚较实肋板厚增加2mm但不必大于15mm。本船取水密肋板厚度mm，在横向水密舱壁下及双层底内各舱分舱处肋位上均设置水密肋板，且水密肋板上设置垂直加强筋。（4）船底纵骨根据规范2.6.12和5.4.5要求，船底纵骨最大间距应不大于1m，本船取为m。船底纵骨剖面模数W应不小于按下式计算所得之值：(8.22)式中：——纵骨间距0.8m；——吃水11.5m；——纵骨跨距2.25m(以下相同)。采用L400*10L型钢,边厚为10mm，Wx＝590cm3。（5）内底板和内底纵骨根据规范5.4.6要求，内底板的厚度t应不小于按下列两式计算所得之值：(8.23)(8.24)式中：——纵中剖面处内底板至舱顶的垂直距离16.96m。将以上结果代入上式，计算得：，；实取厚度为16mm。内底纵骨的剖面模数应不小于下式计算所得之值：(8.25)查型钢，采用L400*10L型钢,边厚为10mm，Wx＝671cm3。（6）底边舱斜板及斜板纵骨根据规范5.4.7要求，底边舱斜板的厚度应不小于按下列各式计算所得之值且尚应不小于相邻的内壳板和内底板的厚度。（8.26）（8.27）式中：——斜板纵骨间距0.8m；——纵中剖面处内底板至舱顶的垂直距离16.96m。129 将以上结果代入上式，计算得：，；综合考虑，实取厚度为。斜板纵骨的剖面模数应不小于按下式计算所得之值且应不小于相邻内壳板纵骨的剖面模数：（8.28）查型钢，采用L400*10L型钢,边厚为10mm，Wx＝671cm3。8.2.4双壳结构根据规范5.5.2.2，双壳内一般应为纵骨架式，在舷侧板和内壳板上均设置纵骨。双壳内与货油舱横舱壁水平桁材同样高度处设置纵向连续的平台。在底边舱顶部高度处设平台。平台、货油舱横舱壁的水平桁材和纵舱壁的水平桁材应形成水平强框架结构。根据规范5.5.2.3，双壳内在货油舱横舱壁同一平面处设置横框架或横隔板。根据规范5.5.2.3，双壳内与双层底肋板同一平面内设置横框架或横隔板。它与货油舱甲板强横梁、纵舱壁的垂直桁材、内壳与纵舱壁之间或纵舱壁之间的横向撑材（本船不设横向撑材）和双层底的肋板构成横向强框架结构。本船双壳内设为纵骨架式，在舷侧板和内壳板上均设置纵骨，双壳内在3.53m、8.43m和13.33m处设置纵向连续的平台。舷侧每隔4档肋位设实肋板，横舱壁左右各隔1档肋位设置实肋板，厚度为11mm。（1）舷侧纵骨根据规范5.5.3要求，舷侧纵骨间距取为0.70m。舷侧纵骨的剖面模数W应不小于按下式计算所得之值：（8.29）129 式中：——纵骨间距，m；——从舷侧计算纵骨至上甲板边线的垂直距离，m，但取值不小于0.25D；—舷侧纵骨的跨距，m。根据上式计算舷侧纵骨的剖面模数，计算结果列表如下：表8.2舷侧纵骨剖面模数计算项目数值计算纵骨距基线2.02.803.604.405.20h16.3015.5014.7013.9013.10W510.30486.97463.64440.32416.99型钢型号L250*16型钢剖面模数566.0壁厚/mm16续表8.2项目数值计算纵骨距基线6.006.807.608.409.2010.0010.80h12.3011.5010.709.909.108.307.50W393.66370.33347.00323.68300.35277.02253.69型钢型号L250*12型钢剖面模数406.0壁厚/mm12.0续表8.2计算纵骨距基线11.6012.4013.2014.0014.8015.6016.4017.20h6.705.905.905.905.905.905.905.90W230.36207.04207.04207.04207.04207.04207.04207.04型钢型号L180*16型钢剖面模数420壁厚/mm11.5（2）内壳板及其纵骨根据规范5.5.4要求，内壳板厚度应不小于按下式计算所得之值：129 （8.30）在距甲板0.1D范围内应不小于按下式计算所得之值（8.31）式中：——纵骨间距0.8m；——板列下缘至纵中剖面处舱顶的垂直距离但不小于0.4D,16.69m；——型深18.3m。内壳板厚度取为16mm。（3）平台根据规范5.5.5要求，平台最小厚度t应不满足下式计算所得之值：t＝6.5＋L/50＝10.71mm（8.32）参考母型船平台的设置，本船在距基线5.05m、10.556m和16.031m高度处各设一板厚为12mm的平台。（4）双壳内的横隔板根据规范5.5.6要求：①双壳内的横隔板上开椭圆形人孔600×800。②离船底和强力甲板0.1D范围内的舷侧和内壳纵骨应连续穿过水密横隔板,横隔板上舷侧纵骨与内壳板纵骨之间应设置加强筋。8.2.5甲板骨架参考母型船，本船受到的总纵弯曲应力不是很大，因而不设甲板纵桁。（1）强横梁根据规范5.6.1要求，在每个设有实肋板的平面内设置强横梁，货油舱区强横梁间距为2.8m。根据规范5.6.1.2，强横梁的剖面模数W应不小于按下式计算所得之值：（8.33）式中：——系数，中间油舱1.92；——强横梁间距，取2.25m；——船长，m。计算时取值应不小于65m，但不必大于190m；——强横梁跨距，13.5m。根据规范5.6.1.3，强横梁的剖面惯性矩I应补小于按下式计算所得之值：I=7.5WL=1205037（8.34）129 （2）T型材设计按照《毕业设计指导书》提供的设计公式进行T型材的各要素设计。①带板的有效面积A应不小于按下式计算所得之值：（8.35）式中：b——承受载荷的带板实际宽度，即相邻平行构件间距之和的一半取2.25m；——带板的平均厚度，14mm；f——系数，；其中：l——主要支持构件的跨距取13.5m。②确定强横梁腹板高度（8.36）式中：——强度梁要求的剖面模数，；——腹板厚度，取与母型一致的腹板厚度，e=1.5cm；代入相关数据计算得d=107.9cm，实取d=120cm。根据要求，腹板厚度应不小于0.01d=1cm，>1cm，满足要求。③T型材面板设计T型材面板横剖面面积由下式确定：（8.37）式中：；——带板面积，即（1）中的值，；——腹板厚度e=1.5cm；——强横梁腹板高度；取面板厚度为t=26mm，则面板宽度b=S/t=23.34cm，实取40cm。货舱区强横梁选取。对设计的T型材进行校核，利用下列公式计算其剖面模数及惯性矩：剖面模数：（8.38）129 剖面惯性矩：（8.39）式中：d——腹板高度，1200mm；S——面板剖面积，54.00——带板剖面积，315——腹板剖面积，180所以T型材满足设计规范要求。（3）甲板纵骨根据规范5.6.3要求，甲板纵骨的剖面模数W应不小于按下式计算所得之值：（8.40）式中：——纵骨间距，m；——纵骨跨距，m，但取值不小于2.5m；——系数取下列的较大值或，其中L为船长，当L>190m时取190m，本船取。甲板纵骨采用HP220×10球扁钢，边厚10mm，剖面模数。8.3强度校核总纵强度校核是选取普通肋位的剖面图计算该剖面的剖面模数是否满足规范要求。根据规范2.2.5.1要求，船中最小剖面模数和船中剖面对水平中和轴惯性矩应不小于按下式计算所得之值：（8.41）（8.42）式中：——系数，；——方形系数，但计算取值不得小于0.60，本船为0.848；——船长，210.35m；——船宽，31m。129 设计典型横剖面（普通肋位）的剖面模数计算，本船选取第160肋位进行计算，实际计算过程如表8.3所示。表8.3中剖面模数计算表构件名称构件尺寸构件剖面积构件形心距基线静距惯性矩构件自身惯性矩mmcm²mcm².mcm².m²cm².m²主甲板板14×200028018.35208968690主甲板板2×14×205061618.3119502217430主甲板板2×14×200061018.3113762100700主甲板板2×14×220064418.3118342174710主甲板板2×14×240061618.3112642059700主甲板板2×14×220064418.3112092039810主甲板板2×14×210063218.396371745720甲板边板2×14×180057018.3102821854870甲板纵骨1HP270×124418.3815151600甲板纵骨22*HP270×128818.31628302531甲板纵骨32*HP270×128818.31625301481甲板纵骨42*HP270×128818.31623300441甲板纵骨52*HP270×128818.351620299391甲板纵骨62*HP270×128818.351617298351甲板纵骨72*HP270×128818.351614297311甲板纵骨82*HP270×128818.351611296271甲板纵骨92*HP270×128818.351609295241甲板纵骨102*HP270×128818.351606294201甲板纵骨112*HP270×128818.351603293171甲板纵骨122*HP270×128818.351600292141甲板纵骨132*HP270×128818.351597291111甲板纵骨142*HP270×128818.351594290081甲板纵骨152*HP270×128818.351589288031甲板纵骨162*HP270×128818.351586287011甲板纵骨172*HP270×128818.351583285991甲板纵骨182*HP270×128818.351580284971舷顶列板2×14×28006721711390193067247舷侧外板2×14×2000600158940133206200舷侧外板2×14×2200660138448108134266129 舷侧外板2×14×220066011699674158266舷侧外板2×14×22006608554446570266舷侧外板2×14×20006006378023814200舷侧外板2×14×21006304267811379232舷侧外板2×14×150045021103270184续表8.3构件名称构件尺寸构件剖面积构件形心距基线静距惯性矩构件自身惯性矩mmcm²mcm².mcm².m²cm².m²顶边舱斜板2×16×288878818686312144622顶边舱纵骨2×L400×120×10127172205381570顶边舱纵骨2×L400×120×10127172122353310内壳板2×16×25507681511366168223369内壳板2×16×2100672138434105842247内壳板2×16×230073610761878842324内壳板2×16×21006728547744636247内壳板2×16×21006726406624597247舷侧纵骨2×L180×120×1481181422250290舷侧纵骨2×L180×120×1481171357228050舷侧纵骨4×L180×120×16162152489383250舷侧纵骨4×L180×120×16162152359344470舷侧纵骨4×L180×120×16162142230307750舷侧纵骨4×L180×120×16162132101273100舷侧纵骨4×L250×160×12173122108257200舷侧纵骨4×L250×160×12173111970224570舷侧纵骨4×L250×160×12193101893185550舷侧纵骨4×L250×160×1219391739156490舷侧纵骨4×L250×160×1219381584129910舷侧纵骨4×L250×160×1219371430105800舷侧纵骨4×L250×160×121937127584160舷侧纵骨4×L250×160×162546147685580舷侧纵骨4×L250×160×162544109447040舷侧纵骨4×L250×160×16254491632970舷侧纵骨4×L250×160×16254373821400舷侧纵骨4×L250×160×16254256012310平台12×12×22005281684481351680平台22×12×2200528115597593260平台32×12×220052852640132000底边舱斜板2×16×1873640427161153092底边舱斜板2×16×200063031730474888129 斜板纵骨2×L400×120×10127456224800斜板纵骨2×L400×120×10127448618550续表8.3构件名称构件尺寸构件剖面积构件形心距基线静距惯性矩构件自身惯性矩mmcm²mcm².mcm².m²cm².m²斜板纵骨2×L400×120×10127340913130斜板纵骨2×L400×120×1012733328650船底外板2×16×2000×739900000平板龙骨19×20003400000内底板4×16×2000326426528130560内底板17×2000340268013600船底纵骨20×L400×120127400021内底纵骨20×L400×120127422548509621旁桁材2×13×20005201520520173旁桁材2×13×20005201520520173底凳斜板2*16*327209594335511742675顶凳斜板2*16*28737101712381216045304综合表8.2中数据可以得出：中剖面面积：静力距总和：惯性距总和：中剖面中和轴距船底：中剖面惯性矩：主甲板最顶端距中和轴：m中剖面处最小剖面模数：可见，，满足规范要求，因此结构设计满足要求。8.4绘制典型横剖面结构图货油舱区选取160肋位（普通肋位）和163肋位（强肋位）绘制典型横剖面图，具体见附图5。129 8.5本章小结本设计船的结构设计主要是根据中国船级社2006年《钢质海船入级与建造规范》进行设计的。本设计船的结构形式从经济性角度出发，在舱壁形式的选择上采用了槽形舱壁，规范中规定，除特殊情况外一般均采用垂直槽形。槽形舱壁较直壁能够有效地减轻结构的重量，能够减轻航行过程中货油产生的摇晃，避免产生热量等。本设计船在机舱区的结构设计为横骨架式，并且与上层建筑有很好的连接，因此上层建筑也采用横骨架式，这也是规范对双底双壳油船的要求。在作图时，设计者注意到了横骨架式与纵骨架式的过渡与连接，在选择钢板厚度与型号是也充分考虑了这一点。从本设计船结构的强度校核结果来看，设计结构的最小剖面模数与规范要求的最小剖面模数相差不大，因此本设计船的结构设计较为合理。129 附录附录内容：附图152000DWT成品油船型线图附图252000DWT成品油船总布置图附图352000DWT成品油船螺旋桨图附图452000DWT成品油船典型横剖面结构图129 参考文献[1]王世连，刘寅东.船舶设计原理.大连：大连理工大学出版社，2000.12[2]纪卓尚.油船总体设计.大连:大连理工大学出版社,1994.12[3]周良根.中小型油船设计集锦.船舶，1994，第6期，1994.[4]李树范，纪卓尚，褚乃明.油船主尺度确定.1985.4[5]中华人民共和国船舶检验局，中华人民共和国船舶检验局海船法定检验技术规则（1992）.北京：人民交通出版社，1992.[6]盛振邦，刘应中.船舶原理(下册).上海：上海交通大学出版社.2003.[7]朱美琪，潘伟文，李树范.运输船舶设计特点.北京：人民交通出版社，1992.[8]杨永祥，茆文玉，翁士纲.船体制图.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2001.[9]盛振邦，刘应中.船舶原理(上册).上海：上海交通大学出版社.2004.[10]李树范.技术经济和船型论证.大连：大连理工大学出版社，1999.[11]张付喜，马坤，纪卓尚.沿海成品油船船型技术经济论证.船海工程，2006，第2期：第11-14页，2006.[12]夏国泽.船舶流体力学.武汉：华中科技大学出版社，2003.1[13]杨永祥，管义锋.船体制图.北京：国防工业出版社，2005.2[11]ProfJ.K.Waters.PrinciplesOfShipPerformance.2001[12]DetNorskeVeritas.PreventionofHarmfulVibrationinShips.Norway:DetNorskeVeritas.1983.[13]RobertTaggart.ShipDesignandConstruction.NewYork.TheSocietyofArchitectsandMarineEngineersOneWorldTradeCenter.1980.致谢129 从冷冬的二月到枝繁叶茂的六月，毕业设计也即将结束，说是结束或者为之过早，与其说结束，不如说让我对船舶，对设计过程中的每一个环节有了更深一步地认识，在这三个多月的时间里，有一些人是一定要感谢的。首先，感谢我们毕设组的指导老师，金朝光老师、李树范老师和李海涛老师，我想人的一生中能够碰上几位让自己受益匪浅的老师是不容易的，对于我们的这三位老师，我致以最诚挚的感谢。感谢运载学部所有关心着我们，爱护着我们的老师，我庆幸我有这样的老师，同时我也会尽自己最大的努力，希望多年之后，你们也能为你们有这样的一个学生感到骄傲。129'