论文：七万四千吨散货船总体性能研究.pdf

上海交通大学硕士学位论文 七万四壬吨散货船总体性能研究 上海交通大学硕士学位论文：七万四千吨散货船总体性能研究七万四千吨散货船总体性能研究 摘要七万四千吨散货船是江南造船（集团）有限公司自行设计建造的巴 拿马型散货船，是国际船舶市场上具有较高竞争力的散货船型之一。本文结合七万四千吨散货船叙述了散货船的特点，对各类散货船的总 体设计具有一定的参考意义。本文对如何根据船舶的设计要求，确定船舶的总体设计方案、重 量重心的估算、船舶阻力及航速的计算、船舶浮态及稳性计算等进行 了分析研究，总体方案的确定是一个逐步完善的过程；考虑总体方案 设计时，需同时考虑船舶在各种工况下的浮态及稳性；考虑稳性时，需考虑船舶在各种工况下的完整稳性及蟹穆性。总体性能的研究与船舶的使用性能和安全性能有着密切的联系，而且是至关重大的。总体性能的某项指标达不到要求，对船舶的设计 来说，都将是致命性的失败。关键词：七万四千吨，散货船，总体豉计，总体性能，稳性/、/1上海交通大学硕士学位论文：七万四千吨散货船总体性能研究ENTIRETY PERFORMANCE RESEARCH FOR74000 DWT BULK CARRIERABSTRACT74000 DW T Bulk Ca r r ier is the Pa na ma s bulk ca r r ier designed a nd built by JIAN GN AN SHIPY ARD.It is one of mor e competitive bulk ca r r ier s on inter na tiona l ship ma r ket.This pa per expounds the entir e per for ma nce of the bulk ca r r ier ta ken the 74000 DW T bulk ca r r ier a s a n exa mple.It ha s r efer enced va lue fbr entir ety per for ma nce r esea r ch of a ny bulk ca r r ier.How to deter mine a ll of the design a nd gener a l a r r a ngement a ccor ding to the dema nds,how to ca lcula te the r esista nce a nd the speed,sta bility in inta ct a nd flooding condition a r e a na lyzed a nd r esea r ched in this pa per.The deter mina tion of the entir ety design is a gr a dua lly per fected pr ogr ess.The floa ting condition a nd sta bility of the ship on a ll loa ding conditions should be ta ken into a ccount on designing the gener a l a r r a ngement.The ca lcula tion of the sta bility of the ship must include the inta ct a nd da ma ged condition on a ll loa ding conditions.The r esea r ch of entir ety per for ma nce ha s oscula ting a ffilia tion w ith the ship use per for ma nce a nd it is ver y impor ta nt.Any fa ctor could not sa tisfied w ith the r equest w ill br ing dow n the fa ta l fa ilur e on the designing of the ship.KEY WORDS:74000 DW T,bulk ca r r ier,entir ety design,entir ety per for ma nce a ndsta bility上海交通大学硕士学位论文：七万四千吨散货船总体性能研究第一章前言1.1 概述随着世界经济的发展，钢铁和能源需求的增长越来越快，这已经影响到动力煤，铁 矿砂等散货的海运量的增长，同时谷物在散货运量中所占的比例也越来越大。这必然会 为全球干散货船队的扩展提供机遇，1999年一万至不足五万载重吨级的散货船，增加了 百分之一点五。新增的运力有三百五十万载重吨，总计运力为一亿一千九百三十万载重 吨。五万至不足八万载重吨级的散货船，增加了百分之三点七。新增的运力有四百万 载重吨，总计运力为七千三百四十万载重吨。八万载重吨以上的散货船，增加了百分 之六点一。新增的运力有六百一十万载重吨，总计运力为八千三百二十万载重吨。整体 而言，1999年全球干散货船队扩大了百分之三点四，达二亿七千五百九十万载重吨。新 建吨位为一千三百六十万载重吨。2001年共交付116艘巴拿马型散货船。而2000年全 年才交付65艘.根据英国海运咨询公司（OSC）分析，未来15年，全球造船业将出现一派繁忙景 象，OSC在分析报告中指出，在今后15年中，世界新船年均需求量为2770万总吨，高 于20世纪90年代的2520总吨的水平，其中2004-2005年新船需求量最大，达到2890 万总吨；在船型分类方面，油船所占比例最大，20002005年占总需求量的41%,达到 715万总吨；散货船占20%。2005-2010年油船所占比例将下降至3 2.5%,散货船升至27%.未来15年，全球运力年将增长40%。为了适应船舶市场的发展，增强企业的市场竞争力，江南造船厂开发设计出74000 吨巴拿马型散货船.与国际船舶市场上同类型的船舶相比，该船型快速性指标先进，具 有优越的技术性能、安全性和很高的经济性，在船舶市场上受到广大船东的好评，1999 年江南造船厂就先后接到香港、德国、希腊和中国远洋公司等国内外船东对该船型的定 单12艘.江南造船厂从八十年代就开始进行巴拿马型散货船的开发设计及建造，先后为德 国、美国、希腊、新加坡及港台地区等多家航运公司建造了 70000吨级巴拿马型散货船。这种优良的船型在世界航运业受到很高的赞誉，被航运界誉称为“中国江南型”。74000 吨散货船就是以70000吨级“中国江南型”散货船为母型开发设计出的新船型.这艘74000吨散货船是江南造船厂为德国MPC公司建造的，设计要求如下：4上海交通大学硕士学位论文：七万四千吨散货船总体性能研究航区：本船设计航区为无限航区.本船按ABS规范设计，入ABS级定员：33人航速:压载状态（32000吨排水量），主机SMCR,1 6.4节满载状态，主机CSO（15%裕度），1 4.4节续航力：23000海里上海交通大学硕士学位论文：七万四千吨散货船总体性能研究第二章总体设计2.1主尺度确定1.母型船资料江南造船厂自行开发设计的70000吨巴拿马型散货船是一个较成熟的船型，该船型 快速性指标先进，设计合理，是一种经济高效的船舶。设计船在船型和结构上与该船型 具有很大的相似性。为了达到和超过它的各项优良指标，设计船取该船型作为母型船.母型船的主要参数为：船长 Lpp：21 5.00 米船宽B：3 2.26米型深D：1 8.7米设计吃水Td:1 2.5米结构吃水Ts:1 3.6米2.主尺度确定从船舶主尺度确定方法的不同特点来看，可分为两类问题，第一类船舶主尺度确定 的主要影响因素是船舶的总布置，称为布置型问题；第二类船舶主尺度确定的主要影响 因素是重量、容量；称为非布置型问题。解决布置型主尺度确定问题的一般过程是：首先根据总布置要求初步拟定长、宽及 型深的最小值，然后根据尺度比的适宜值对长、宽、型深作适当调整，计算重量，选择 吃水，计算方形系数，最后进行性能校核，根据性能校核的结果，再调整主尺度，最后 确定主尺度。散货船的货物外形没有规则，主要的矛盾是容积是否满足要求，属典型的非布置型 问题，解决这类问题的一般思路是：根据母型船或系列船初步选定主尺度，然后从重量 入手，估算排水量，最后进行性能校核，确定最优主尺度方案。在本船主尺度确定时，为提高其经济性，主要从以下两方面去考虑：第一，在满足 容积及布置要求的情况下，力求减小其主尺度，特别是力求缩短船长，以便减小船体钢 料的消耗量，降低造价.第二，在主机功率一定的情况下，力求获得较高的航速，以便 缩短航次的航行时间，提高运输能力。为此，尽量选择阻力较低而推进系数较高的主尺 度方案。但上述两点是有矛盾的，降低钢材消耗及造价要求船长较短，而提高航速则可 上海交通大学硕士学位论文：七万四千吨散货船总体性能研究能要求船长加长.因而在设计过程中可以这样考虑，即在满足航速不低于1 4.4节要求 及满足容积要求的情况下，选择尽量小的船长。设计船因巴拿马运河对船宽的限制，在主尺度方案比较时取四种船长和型深组成十 六个方案进行计算,计算结果见表2.1.1。各方案的空船重量L,均由初始方案换算得到。换算中假定木作艇装重量W。及机电设备重量保持不变，各方案均与初始方案相同，该 两项重量之和一律取为23 90t.为了较准确的反映主尺度变化对钢料重量的影响，各方 案的钢料重量即是由初始方案的钢料重量。按模数LpLBD2换算得到的，即Wh.-Wh.xLpp/-W 7(UoL5BoDo0-5)各方案的容积由初始方案按模数LBD换算，即V产VxLR/(LoDo)各方案的机舱长度，首尾长度不变，长度变化仅为货舱区域的长度变化。在初始方案中 各专用容积计算为：货物舱所需容积:Vl=Wcx u XK=71 000 x 1.48 x 1.005=105600 m3式中为除去油水以后的载货量一71 000tU为要求的最大货物积载因数一1.48 m7tK为舱内构件系数一L 005压载水舱所需容积根据压载航行状态的浮态要求确定。根据尾吃水全浸螺旋桨，最 大尾倾AO.01 5L,首吃水达到2.5 3%Lpp的要求，压载水舱所需容积约为V2r7600 M根据续航力及主机耗油量计算主机燃油总量应为24303主机燃油所需舱容为 V3=243 0/0.98=2480 m3,其中机舱区域深油舱等可提供约800 舱容,则在货舱区需提 供1680 nf舱容。则货舱区域所需总容积为V=1 24880 m航速估算根据兰泼法进行阻力计算所得有效马力曲线进行计算。7上海交通大学硕士学位论文：七万四千吨散货船总体性能研究表 2.1.1方案号Lpp(m)D(m)B(m)T(m)Lpp15BDq 5wH(t)w0+wM(t)LwDW(t)(t)CBV(m3)VA(Kn)1215.0019.03 2.2614.0443 3 0093 4023 901173 0740008573 00.85612273 014.412215.0019.23 2.2614.044560093 9023 901178074000857800.85712403 014.403215.0019.53 2.2614.0449100946023 901185074000858500.85812596014.3 94215.0020.03 2.2614.0454800958023 901197074000859700.85912919014.3 85217.0019.03 2.2614.0449500947023 901186074000858600.850123 88014.526217.0019.23 2.2614.0451800952023 901191074000859100.85112518014.517217.0019.53 2.2614.04553 00957023 901196074000859600.85212713 014.508217.0020.03 2.2614.0461100971023 901210074000861000.85313 093 014.499220.0019.03 2.2614.0458800966023 901205074000860500.84012559014.7110220.0019.23 2.2614.0461200972023 901211074000861100.84112691014.6911220.0019.53 2.2614.0464800979023 901218074000861800.84212889014.6812220.0020.03 2.2614.0470700992023 90123 1074000863 100.84313 220014.6713222.0019.03 2.2614.0465100980023 901219074000861900.83 412673 014.8214222.0019.23 2.2614.0467500985023 901224074000862400.83 512806014.8115222.0019.53 2.2614.0471200993 023 90123 2074000863 200.83 613 006014.7916222.0020.03 2.2614.04772001005023 901244074000864400.83 713 3 40014.78通过计算和比较，设计船最后的主尺度方案确定为：船长 Lpp：21 7.00 米船宽B：3 2.26米型深D：1 9.20米设计吃水Td：1 2.50米结构吃水Ts：1 4.00米2.2总体布置总布置设计是船舶设计中一项非常重要的任务.总布置的结果对船舶的使用效能、航行性能、安全性能以及结构工艺性能有直接影响。总布置设计也是后续设计和计算的 主要依据.因此，在方案构思、排水量及主尺度确定和型线设计时，就需对船的总布置 有所设想。在总布置设计当中，会涉及到许多方面的矛盾，必须抓住布置中的主要矛盾，在解决好主要矛盾上下工夫，同时也要注意兼顾解决好非主要矛盾。在总布置工作中，除了注意各类船舶布置上的特殊要求以外，还应遵循各类船舶在布置上的一般原则：首先应最大限度地提高船舶的使用性能，在对货船的布置设计中，应从保证货舱容 积、提高装卸货效率、保证货物运输中不受损伤等方面考虑；其次应注意对船舶原理性能、结构性能和安全性能的影响.在对货船的货舱布置设 计时，要注意解决好稳性和适航性间的矛盾，保证船舶在各种装载情况下有适宜的浮态 和稳性。从降低受风面积和重心高度以及改变开口位置等方面解决好大角稳性,合理的 布置水密舱壁以改善船舶的抗沉性和结构性能.保证良好的驾驶视线，合理的布置航行 和信号设备，以减少航行事故.此外，在布置上还要注意当事故发生时便于船员的施救8上海交通大学硕士学位论文：七万四千吨散货船总体性能研究和逃生等措施；在总布置设计中，还应该注意便于建造、修理、检查、保养以及设备的更换。在布 置各项设备时，除考虑设备自身占据的空间地位外，还要给予操纵、检查、维修等必要 的空间地位。确定结构空间（如双层底高度）要注意焊接工艺和装配的方便。确定机舱 开口时，要考虑到机器零件拆换时，吊出和吊入所需要的空间；最后，在经济、实用的前提下，适当注意造型美观和大方。在住舱和工作舱室的布 置时，还要适当注意船员生活的舒适性。本船设置一层连续甲板，八道水密横舱壁，双层底结构，双层底结构船中设置管弄 通道。在总体布置上按货舱区、机舱区、生活区来划分。首部F245防撞舱壁前设置首 尖舱。货舱区F3 7至F245设置六道槽型水密横舱壁，七个货舱，顶边舱作为压载水舱,5号和6号货舱双层底内设置燃油舱，其余双层底舱均为压载水舱，4号货舱在风暴航 行时可作为压载水舱。机舱区F1 1至F3 7设置两层平台，布置主机、发电机等机器设备 及燃油深舱、柴油、滑油、汽缸油等小型油水舱柜。尾部F1 1后设置尾尖舱、淡水舱、饮用水舱及舵机房,生活区设置五层上层建筑。详细布置如图2.2.1,图2.2.2（一）主甲板布置F245之前为系泊设备布置区，左右舷各设有一台电动锚机及一 只9.9吨斯贝克锚。F3 7至F245为货舱区，共七个货舱及舱口盖，在5号和6号舱口之 间左舷设有甲板储藏室。在5号货舱两舷外侧各设有一套引水员梯。FH至F3 7为居住 区，设有理货员办公室、防火控制站、苏伊士船员休息室、健身房、甲板工作间、低级 船员洗衣间、水手室、轮机员更衣室、医务室、冷库、操作间、食品储藏室、油漆灯间,空调间、氧气瓶储藏室和乙块瓶储藏室。F1 1以后为系泊设备布置区，左右舷各设有一 台电动绞缆机，尾部设有抛落式30人救生艇。（二）A甲板A甲板左舷设有一只6人救助艇，左右舷各有两只16人救生筏。生活区设有压载 控制室、高级船员休息室、高级船员餐厅、配餐间、低级船员休息室，低级船员餐厅、三个水手、厨房间、厨工室，A甲板左舷后部设有应急发电机室。（三）B甲板B甲板尾部设有一台4吨食物吊、机舱棚及四只风机间。B甲板生活区设有大管轮室、机匠室、水手长室、大副间、木匠室、三管轮室、4人实习生室、大厨室、高级船员洗衣间.9上海交通大学硕士学位论文：七万四千吨散货船总体性能研究（四）C甲板为了工作方面的需要，船长室通常布置在驾驶室的后面或下一层的右舷，驾驶部门 人员也尽可能集中布置在右舷，轮机部门人员则相对集中于左舷。因此C甲板生活区右 舷设有船长室、船长办公室、二副室、三副室，右舷设有轮机长室、轮机长办公室、二 管轮室、电机师室。（五）驾驶甲板为了保证驾驶人员的视线少受阻挡，驾驶室一般位于最上层的驾驶甲板。海图室设 在驾驶室内的后部，与驾驶室没有固定的围壁分隔。驾驶甲板后部设有引水员室、航海 设备储藏室和蓄电池储藏室.2.3总体设计的设计螺旋线思想总体方案设计是一个多次反复的过程。在排水量及主尺度确定的最初阶段，一般总 要对设计船的长度、型深、吃水、方型系数等要素有一个初步估计，以作为逐步近似过 程的第一次近似值或作为最优化过程的初始出发点。显然，根据初始估算的各要素，可 得出众多满足设计约束条件的可行性方案。新船的各主要要素各有其满足要求条件的一 定范围，在此范围内的可行性方案组成了满足设计要求的可行域。对新船提出的约束条 件不同，可行域就不同，约束条件越多越严格，可行域就越狭窄。对于可行域中的各方 案，它们的技术性能和经济性能是有很大差别的。如果进一步计算各方案的其他技术性 能，则可看出这些性能上的差别。这就提出了怎样从技术性能和经济性能的综合角度选 择最佳方案的问题，根据不同类型的船舶，选择最佳方案的衡准则有所不同，运输船舶 从经济性能指标为主要衡准，同时注意其各项技术性能。这是一个逐步近似、螺旋式前 进的过程，在初次近似时，只考虑少数最主要的因素，后一次则计入较多的因素，反复 进行几次近似，每后一次近似都是前一次结果的补充、修正和发展，因此经若干近似之 后，总可以得到一个符合要求的设计结果。这种逐步近似过程虽然是循环进行的，但却 不是简单的重复，而是个螺旋式上升的过程，每下一个循环都提高了复杂程度，但减少 了方案数量。在第一个循环时，可从初步估计值出发，采用较多的主尺度变值方案，经 过一些最基本核算后抛弃不符合要求的方案.到第二循环时做更可靠的核算，并扩大核 算项目，则这一循环末就可得出几种较有把握的可行方案。第三循环则从技术上进一步 对一个或几个方案做更多深入和扩大的设计与计算。最后确定最终的最佳方案。上海交通大学硕士学位论文：七万四千吨散货船总体性能研究B二二卬2 2.图11上海交通大学硕士学位论文：七万四千吨散货船总体性能研究rZ 7 7困上海交通大学硕士学位论文：七万四千吨散货船总体性能研究第三章重量重心计算3.1空船重量重心的估算排水量是表明船舶技术性能的一项重要数据，是船舶设计中各项性能计算的一个重 要依据。而排水量等干组成船舶的各项重量之和，因此在船舶设计中准确地计算船舶的 重量及其重心，是一项基本并极重要的计算工作。重量重心计算的准确与否，直接关系 到设计船技术性能好坏。重量计算的误差如果过大，船将不能漂浮在预定的吃水线上，因而保证不了预定的干舷；重心计算的误差如果过大，船将出现预想不到的纵倾或横倾,初稳性高度将出现不应有的增加或减少，因而将改变船舶预定的稳性及摇摆状况。所以,重量重心计算如不准确，船舶就满足不了原定设计要求，至少会使技术性能变差，影响 船舶任务的完成，严重了会使船舶无法投入使用。船舶重量还是影响船舶经济性的一个 重要因素。从经济性角度考虑，在满足使用和各项技术性能要求前提下，力求减少船舶 自重，这样既能降低造价和运输成本，又能增加营运收入。所以，准确地计算船舶自重，并设法降低船舶自重，对保证船舶经济性能数据可靠和提高经济效益极为重要。在不同的设计阶段，重量重心的计算方法和要求是不一样的。在设计初始阶段，应 根据母型船的资料选取适当的估算方法，但是如果设计船与母型船的差别太大，或是估 算与实际重量相差过大，就会影响船舶的技术性能，甚至导致设计方案的失败，因此在 初步设计时要特别注意。在技术设计阶段，就可以根据设计图纸，编制重量重心计算 书，分项精确计算结构、设备、人员和食品等的重量和重心.3.1.1 空船重量船的估算在初期设计阶段，空船重量估算通常有两种方法，载重量系数法和分项估算法。载 重量系数法把载重量与排水量之比称为载重量系数，根据相近的母型船的载重量系数，确定设计船的载重量系数，估算设计船的空船重量,分项估算法是把空船重量划分为船 体钢料重量W H,木作艇装重量W 0和机电设备重量W M三大类来估算。因为这样能把设备、结构性质和用途相近、影响重量因素相同、估算重量方法相似的项目归并在一起，便利 计算和寻求有关重量的规律性.本船采用分项估算法来估算空船重量.所选母型船重量重心资料如下：上海交通大学硕士学位论文：七万四千吨散货船总体性能研究1.船体钢料重量M的估算序号项目重量垂向(米)纵向(米)距基线中前中后1船体钢料9682.01 0.441.0552木作艇装1 1 1 6.320.637.923机电设备1 094.99.9669.06合计1 1 893.21 1.357.96影响船体钢料重量的因素很多，如船舶主尺度及系数，船的总布置及结构特征，船 级、规范和航区，船体结构材料等。很明显，在建筑及结构特征、结构材料、船级、规 范和航区确定后，影响船体钢料重量的主要因素是船舶的主尺度。本船采用立方模数法 来估算船体钢料，即Wh=ChLBD根据母型船资料计算钢料重量系数Cho=W|)0/LoBoDo=9682.0/(21 5x3 2.26x1 8.7)0.0746本船货舱区外板、内底板及所有纵向构件均采用AH3 2高强度钢，这样预计船体钢 料将减少5%,则本船钢料重量为Wh-ChoLBD=0.0746x(1-5%)x21 7x3 2.26x1 9.2=9525.5 t2.木作牺装重量%的估算木作艇装重置包括空船重量除去船体钢料及机电设备以外的所有重量项，种类多,项目杂，影响其重量的因素也很多。本船采用立方模数法来估算木作艇装重量，即W0=C0LBD根据母型船资料计算木作牺装重量系数CooWo0/L qBqDo=1 1 1 6.3/(21 5x3 2.26x1 8.7)14上海交通大学硕士学位论文：七万四千吨散货船总体性能研究=0.0086则本船木作艇装重量为W0=C0SLBD=0.0086x21 7x3 2.26x1 9.2=1 1 55.9 t3.机电设备重量机的估算在船舶设计中，影响机电设备重量的最主要因素是主机功率的大小，因此可以以主 机功率为变量来估算该部分的重量，即W产MpBHP x IO”式中MP-机电设备重量系数；BHP一一为主机额定功率(Kw)母型船采用6s60 MC主机，最大持续功率901 8Kw,转速90.3 r/min设计船采用5s60 MC主机，最大持续功率1 0200KW,转速1 05r/min根据母型船资料计算机电设备重量系数Mpo-Who/(BHP X 10-3)=1 094.9/(901 8x1 0 I=1 21.41则本船机电设备重量为Wh-MpoBHP=1 21.41 x1 0200 x1 0-3=1 23 8.4 t根据以上三项计算，本船空船重量为LW=WH+Wo+%=9525.5+1 1 55.9+1 23 8.4=1 1 91 9.8 t3.1.2空船重心的估算船舶型线一般都是左右对称的，其内部布置也总是要使其左右舷的重量相平衡，因 此船的重心一般都处在纵中剖面之内，即重心的横坐标Y0,所以以下的重心估算是指 15上海交通大学硕士学位论文：七万四千吨散货船总体性能研究重心的垂向坐标4和纵向坐标X,的估算。坐标系原点位于尾垂线船中基线处，X轴向首 为正，Y轴向左舷为正，Z轴向上为正。一、重心垂向坐标I的估算重心垂向坐标人的估算，可以认为与型深成正比例，即Zg=Cz D系数Cz取至重量垂向分布相似的母型船CzoZgo/Do=1 1.3 5/1 8.7=0.607则设计船的重心垂向坐标为Zg=Czo,D=0.607 x 1 9.2=1 1.65 m二、重心纵向坐标X,的估算重心纵向坐标儿的估算，可以认为与两柱间长成正比例，即X/C”Lpp系数&取至重量纵向分布相似的母型船CxO=X,o/LppO=9 5 x 21 5-7.96)/215=0.463则设计船的重心纵向坐标为X,-Cxo Lpp=0.463 x 217=1 00.47 m3.1.3总排水量及方行系数Cb的估算根据说明书的要求，载货量DW=74000吨。总排水量即为载货量与空船重量之和，即16上海交通大学硕士学位论文：七万四千吨散货船总体性能研究=DW+LW=1 1 91 9.8+74000=8591 9.8 t排水体积V为V=/(r k)=8591 9.8/(1.025x1.005)=83 407.2 m3式中 r-海水密度，1.025t/m3k-外板及附体系数，1.005则方形系数为CB=V/(LppxBxT)=83 407.2/(21 7x3 2.26x1 4)=0.851根据经验公式，散货船方形系数的一般范围为CB-(0.98 1,02)no式中载重量系数 td产0.7666+0.1304 x(DW/1 0s)-0.0775 x(DW/1 05)2+0.1 294 x(DW/1 05)-0.1441 x(DW/1 05)4+0,0469 x(DW/1 05)5=0.8403可得74000吨级散货船的方形系数CB=O.8235 0.8571。设计船的方形系数在该范 围之内.3.2准确性分析在初始设计阶段估算的空船重量重心与完工后的实船空船重量重心往往有一定的 误差，原因大致有这几方面：(1)估算误差：该船的重量重心估算是以母型船为依据来估算的，由于实船与母型 之间在结构上存在一定的不同之处，因此估算出来的重量重心与实船有差异.(2)设备变化:在设计和建造中，船东提出改变设备和装置,这使得设备和装置的重 量与母型有所不同，这也给重量重心的估算带来误差.(3)建造中代用品的采用：建造中经常会有某些材料采用代用品，代用品的采用也 上海交通大学硕士学位论文：七万四千吨散货船总体性能研究给重量重心的估算引起误差.（4）材料变化：为了增加载货量,该船的主要纵向构件均采用了 AH3 2高强钢，虽然在 估算时有所考虑,但仍然给估算带来了 一定的误差.根据该船最后的倾斜试验结果，该船的空船重量重心为：21 1 788.26 tXg=96.710 mY g=0.000 mZg=ll.540 m18上海交通大学硕士学位论文：七万四千吨散货船总体性能研究第四章快速性船舶在水中航行时会受到阻力，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提供给能量，通过推进器转换为推动船舶 前进的推力。船舶快速性是表征船舶在给定主机功率时，船舶航行速度快慢的一种性能。快速性是船舶诸性能中的重要性能之一。快速性的优劣，对民用船舶来说在一定程 度上决定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。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。快速性的优劣主要取 决于船舶航行过程中的阻力性能和船舶的推进效率。4.1 型线设计船体型线设计是关系到船舶全局性的设计项目之一，对新船设计的成败有着重要影 响。在船舶设计的初始阶段，确定总体设想及选择主要要素时就要进行综合考虑型线设 计的问题。型线对船舶的快速性、耐波性、稳性及抗沉性、操纵性等都有重大的影响.型线设 计时，除某些对耐波性有特别要求的船外，一般都把快速性放到首位来考虑，保证设计 航速的同时，使船具有良好的耐波性和操纵性。一般来说，在排水量、主尺度已定的情 况下，主要可以从快速性、耐波性、稳性和操纵性上来考虑船体水下部分的形状特征和 参数，从耐波性、稳性及抗沉性的角度来确定水上部分的外形和尺寸，并作到两者的合 理配合。船舶的排水量和主尺度决定之后，型线设计时需要选取的船体形状特征和参数主要 有侧面轮廓线-一甲板线、首尾轮廓线和龙骨线的形状，横剖面面积曲线的形状和参数,设计水线和横剖面型线的形状和参数。这些形状参数不仅与船的性能有关，而且在几何 上有其内在的联系.例如，方形系数Cb确定后，再选取某一中剖面系数Cm,就决定了 棱形系数Cp,从而在很大程度上确定了设计水线下排水体积沿纵向的分布，定处了各站 横剖面面积；各站横剖面面积与设计水线半宽、侧面轮廓线结合起来就决定了各剖面的 U、V度。不仅如此，水下部分形状还影响着水上部分的形状特征，设计水线过窄，甲板 过宽，干舷过小，从水下部分向甲板过渡时就会产生过度的外飘。可见，设计水线、横 剖型线、首尾轮廓线和横剖面面积曲线的特征之间，设计水线以下部分与甲板、干舷等 水上部分之间都在几何上形成互相联系、互相制约的关系。设计时必须相互协调，合理 19上海交通大学硕士学位论文：七万四千吨散货船总体性能研究选择，设计出较良好的型线。4.1.1 首尾部型线对快速性的影响船舶端部水下的横剖型线的形状很大程度上取决于横剖面面积曲线和设计水线端 部的配合情况，在一定的横剖面面积曲线下，尖瘦的端部设计水线将出现U形的横剖型 线形状；反之，较丰满的端部设计水线则出现V形的横剖型线形状。首部水下部分为V 形的横剖型线形状，其摩擦阻力较小。U形横剖型线形状的船舶的排水量集中在下部，设计水线瘦削，进水角较小，有利于减小兴波阻力。在耐波性上，当V形剖面首部下沉 进入浪中时，浮力和纵摇阻尼力矩逐渐增大，能减小纵摇及升沉运动，但船舶在波浪中 的航行阻力则会增大。对于74000吨散货船这样的大型船舶，由于船长和干舷都较大，航行中很少遇到波长超过船长的波浪，纵摇也不会很大，主要从减小在波浪中的阻力来 考虑，首部采用U形横剖型线形状较为合适。船舶尾部横剖型线主要从伴流和剩余阻力方面考虑。V形横剖型线的尾部除湿表面 积较小外，可使进入去流段的水流较顺滑地向内向上朝后沿斜剖线方向流动，因此可以 减小剩余阻力。而U形剖面则可以使尾部的伴流分布较均匀，船身效率较高，也有利于 降低螺旋桨的激振力1对单桨船，从减小轴功率方面考虑，低转速桨采用U形横剖型线 较为有利。对于肥大型的大型散货船，球鼻首的采用除了利用有利干扰，减小兴波阻力外，在 满载情况下，球鼻首船型可将侧流顺导向后，增大首部耻半径，改善批部的水流，减少 吸向船底的侧流在艇部与底流发生干扰而形成的底涡，从而减小航涡阻力。而在压载情 况下，球鼻改善了普通船型丰满的首部水线形状，从而减小了兴波阻力、碎波阻力以及 形状阻力。根据柯伦资料的统计，满载时球鼻首可使主机功率降低1020%,压载时可 降低 2020%.4.1.2 横剖面面积曲线对快速性的影响横剖面面积曲线是设计型线的关键，横剖面面积曲线下的面积相当于船的型排水体 积，面积的丰满度系数等于船的棱形系数Cp,面积形心的纵向位置相当于船的浮心纵向 位置Xb,曲线的最大坐标值代表最大横剖面面积Ama x,丰满船的横剖面面积曲线的中 部有一水平段，称为船的平行中体长Lp,棱形系数Cp的选择对船的剩余阻力Rr影响很 大。低速船的兴波主要发生在端部，选取小的Cp,可将排水量集中在中部，两端较尖瘦,对减小剩余阻力有利。但是，棱形系数Cp的选择不但要考虑到快速性，而且要考虑到 20上海交通大学硕士学位论文：七万四千吨散货船总体性能研究船舶总的经济性和总布置。一般运输货船，首先根据载货量及主尺度选用方型系数Cb,然后取尽可能大的几何上与Cp恰当配合的中剖面系数Cm值，以降低棱形系数Cp。浮心纵向位置Xb决定了中前和中后船体的相对丰满度，表明排水量沿船长分布情 况，它对船的剩余阻力有较大影响。当浮心位置向首部移动时，船的兴波阻力增大，而 旋涡阻力降低，浮心位置移向尾部时则产生相反的效果。对于低速货船，由于方型系数 较大，其兴波阻力所占比重较小，所以浮心纵向位置Xb应在船中以前，以免在船尾产 生大量旋涡，增加旋涡阻力。对于傅汝德数Fn 0.24以上的中高速船，因船形较为瘦 削，不至发生大量旋涡，因此浮心纵向位置Xb需在船中以后，以使前端变得较为尖锐,从而减少兴波阻力.选择适当的平行中体长度，将使船的排水容积相对移向中部，而船的两端形状变成 瘦削.平行中体长度对阻力的影响主要是由它的最适宜的长度及最有利的位置所决定 的。平行中体在船的后半体的长度增大，必然导致形状阻力的增加。在船的前半体平行 中体过长也很难实现进流段向平行中体的光滑过渡。这样会使平行中体起点处所产生的 波浪强化，势必增加兴波阻力。因此一定的船型必有较为适宜的平行中体长度Lp和进、去流段长度Le、Lr与之配合。在设计中往往都是依据方型系数Cb来确定各段的长度。表4.L1为不同方型系数Cb下的各段适宜长度。表4.1.1不同方型系数Cb下的各段适宜长度方型系数进流段长度平行中体长度去流段长度CbLe(%L)Lp(%L)Lr(%L)0.812444.0320.802443.53 2.50.7924.542.03 3.50.7825.53 9.03 5.50.772637370.76273 4.53 8.50.752833390.7429.53 1.53 9.50.733129.53 9.50.723327400.713623410.703820-1 8420.691 4,5,.横剖面面积曲线的进流段和去流段的形状，表明排水体积在进流段和去流段范围内 的分布情况.对于低速船，兴波集中在首端段，因此希望曲线的首端尖瘦,但由于低速船 的Cp均较大，这样可能会使其与平行中体连接处出现硬的肩点,反而对兴波阻力不利，因 此低速船常采用直线形的首端.对于中高速船，兴波不断加剧，兴波范围不断增大且后移,21上海交通大学硕士学位论文：七万四千吨散货船总体性能研究为保持整个进流段内曲线呈和缓的变化，以便降低兴波高压区内的阻力，则应增长进流 段，使进流段的首端更瘦削.为避免水流分离而产生旋涡，去流段形状应使平行中体向后 过渡较为缓和，过渡段越长，可使曲度变化越均匀。4.1.3 设计水线形状对快速性的影响设计水线形状的选取也是型线设计中一个很重要的问题，它对剩余阻力主要是兴波 阻力有很大的影响。设计水线的形状主要决定于设计水线面面积、设计水线中段长度、设计水线首尾端形状、设计水线首端的半进流角等。设计水线面面积的大小，可用设计水线面面积系数Cw的大小来表征。Cw越大说明 水线越丰满，水线面对纵轴的惯性矩越大，则稳性半径加大，初稳性可以提高。Cw增大 对降低纵摇及升沉运动也很有利。如果稳性及布置的约束不严，可以从快速性的要求来 绘制设计水线，最后再确定Cw的值。设计水线中部宽度不变的一段长度为设计水线中 段长度，它的具体确定只要看水线面面积大小及水线首尾端