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1、 船舶与海洋工程专业工程设计指导书（一） 船 舶 静 水 力 曲 线 的 计 算 李志刚 编写 中国石油大学（华东）石油工程学院 海洋工程与流体力学系 1 第一节第一节 概概 述述 船舶静水力曲线计算属于船舶原理中船舶静力学的内容，船舶静力学以流体静力学为基础，研究船舶浮性、稳性和抗沉性。学生通过该部分内容的学习应具备近似计算方法在船体近似计算中的应用以及船舶静水力性能计算的能力。为了达到课程学习的要求，培养学生应用所学理论知识解决具体船舶静力学技术问题的能力，通常在学生学完该课程内容后，安排一周时间的实践环节，让学生进行船舶静水力曲线的计算，培养学生在船舶静力学方面的实际应用能力。在完成船舶
2、静水力曲线计算实践环节以后，学生应达到以下要求: 1. 深刻理解船体主尺度、主尺度比和船型系数的含义； 2. 熟练掌握近似计算方法在船体近似计算中的简单应用； 3. 熟练掌握静水力曲线的计算与绘制。 在船舶性能计算中，经常需要计算横剖面和水线面的面积、排水体积以及这些面积与体积的几何形心。为了计算船舶稳性，还需要计算水线面面积的惯性矩等。这些计算习惯上称为船体计算，是船舶设计中的基础工作之一。在理论上这些计算都可以用定积分直接求解，但由于船体型线比较复杂，因此一般都是根据型线图(或型值表)用数值积分法来进行计算的。在船体计算中，最常用的数值积分法有梯形法、辛普森法和乞贝雪夫法三种。 船舶静水力
3、曲线计算的主要内容为船舶排水量和浮心位置计算。船舶排水量和浮心位置，通常是指船舶在正浮状态下的排水体积和体积形心的位置。这些计算是根据型线图及型值表进行的。其基本方法是:计算船舶排水体积时用若干个与任意一个剖面平面(通常为中横剖面平面或中纵剖面平面)平行的平面，将船舶水下体积分割成若干个薄层微体积，算出这些薄层微体积，并求其总和，即为船舶的排水体积。计算排水体积的形心坐标的方法是：算出上述各薄层微体积对某一个坐标平面的静力矩，并求出这些静力矩的总和，然后将该总和除以排水体积，即为该排水体积下的形心距该坐标平面的距离，亦即浮心位置坐标。具体计算时，通常是把船体的水下体积沿垂向吃水方向或纵向船长方
4、向分割成若干个薄层微体积而进行的，这就是通常所说的根据水线面或横剖面计算船舶排水体积和浮心坐标位置的方法，或者称为垂向计算法和纵向计算法。 在船舶处于纵倾状态时，可以通过计算和绘制邦戎曲线来计算排水量和浮心位置，根据型线图及型值表等计算各站号处的横剖面，得出以吃水为纵坐标、不同吃水下的横剖面面积为横坐标的一组曲线(或数据表格)。邦戎曲线还可以包括横剖面面积对基平面的静力矩曲线(或数据表格)，从而计算在纵倾水线下的船舶排水体积和浮心坐标。 在船舶处于同时具有纵倾和横倾的状态时，需要通过计算绘制符拉索夫曲线来计算船舶的排水量和浮心位置。 2 第二节第二节 船舶静水力曲线计算任务书船舶静水力曲线计算
5、任务书 一、计算目的一、计算目的 通过计算，使学生进一步巩固所学基础知识；培养学生分析解决实际工程问题的能力，掌握静水力曲线的计算与绘制方法；培养学生耐心细致的工作作风和重视实践的思想，为以后的学习和工作打下良好的基础。 二、二、计算计算任务任务及要求及要求 按照静水力曲线计算的要求，在提供所设计船舶全套型线图纸的前提下，完成静水力曲线和邦戎曲线的计算和绘制。 要求正确识读船舶型线图，熟悉其主尺度和船型，根据型线图，利用梯形法列表近似计算船舶的静水力曲线和邦戎曲线(要求：必要时进行端点修正；手工计算；计算结果填入相关表格。)；绘制船舶的静水力曲线图和邦戎曲线图。具体数据详见下发的资料。 三三、
6、完成及提交内容完成及提交内容 1船舶静水力曲线计算书一份及静水力曲线图一张。 2邦戎曲线计算书一份及邦戎曲线图一张。 如果是多人合作完成，则每人至少计算一个水线面和一个横剖面，但曲线图必须是完整的。 四四、报告内容及装订顺序报告内容及装订顺序 1所计算船舶的基本情况，包括主要参数、型线图和型值表； 2静水力曲线计算书； 3静水力曲线图（用坐标纸手绘）； 4邦戎曲线计算书； 5邦戎曲线图（用坐标纸手绘）。 6总结 如果是多人合作完成，须在报告中注明合作者。 3 第三节第三节 船舶静水力曲线计算指导书船舶静水力曲线计算指导书 一、前言一、前言 静水力曲线是表达船在静水正浮各种吃水情况下的各种浮性及
7、初稳性参数，并作为稳性计算、纵倾计算及其他计算的基础。通过计算可得到船舶的各项性能参数，其主要内容如表1所示。邦戎曲线主要用来计算船舶在纵倾及波浪情况下的排水体积和浮心位置，它包含两组曲线，一组横剖面面积曲线；一组横剖面面积对基线面的静力矩曲线。 表表1 1 静水力静水力曲线曲线计算的主要内容计算的主要内容 序号 名 称 符号 单位 计算公式 1 排水体积 m3 2 排水量 T = (海：1.025t/m3 , 淡:1.0t/m3) 3 水线面积 AW m2 4 漂心纵向位置 xF M 5 浮心纵向位置 xB M 6 浮心垂向位置 zB M 7 横稳心半径(高度) BM（KM） M 8 纵稳心
8、半径（高度） BML（KML） M 9 每厘米纵倾力矩 MTC tm 10 每厘米排水量 TPC t/cm 11 水线面系数 CWP 12 中横剖面系数 AM 13 方形系数 CB 14 棱形系数 CP 二、设计前的准备和已知条件二、设计前的准备和已知条件 1设计前的预习与准备 设计前首先要熟悉所计算船的主尺度及各船型参数，然后是熟悉各类计算公式，选用计算方法。其次是进行计算，按计算结果绘制曲线图，最后进行检验和修改，完成静水力曲线的计算任务。 2已知条件 船舶各主要参数，型线图，型值表，梯形法计算表格等。 4 三、设计的主要任务三、设计的主要任务 1计算公式 式中l为等分坐标间距；yi为各站
9、号的纵坐标值，i = 1，n。 2端点修正 水线面艏艉型线的修正如图1所示。横剖线端部坐标的修正如图2所示。 曲线端点在坐标点上 曲线端点未到坐标点 曲线端点超过坐标点 图图1 1 水线面艏艉型线的修正水线面艏艉型线的修正 图图2 2 横剖线端部坐标的修正横剖线端部坐标的修正 5 3算例 (1)船舶基本资料 船名： 20t内河机动驳 平均吃水d： 100 m 总长Loa： 1770 m 站距l： 080 m 垂线间长L： 1600 m 水线间距h ： 025 m 型宽B： 400 m 水的密度： (淡水)1103kg/m3 型深D： 135 m 附属体系数： 1006 （2）静水力计算书 首先
10、需要根据船舶的型线图和型值表准备计算所需的数据。 表2是结合型线图和型值表得到的计算所需的基本数据，型线图和型值表在此处省略。注意填写数据时要进行端点修正，如5号水线的0号站半宽3580超过船之半宽是由于端点修正造成的。 表表2 2 由由型线图和型值表得到的型线图和型值表得到的计算所需计算所需的的基本数据基本数据 横剖面 站号 各水线半宽/mm 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 - - - - 780 3580 1 - -60 -70 180 1330 1840 2 50 420 630 870 1610 1920 3 400 920 1350 1580 1800 1955 4 72
11、0 1400 1670 1815 1915 1980 5 900 1620 1830 1930 1980 1995 6 1020 1740 1910 1970 1995 2000 7 1025 1800 1950 1995 2000 2000 8 1030 1840 1980 2000 2000 2000 9 1035 1860 1985 2000 2000 2000 10 1040 1880 1990 2000 2000 2000 11 1020 1860 1975 2000 2000 2000 12 1000 1835 1960 2000 2000 2000 13 950 1770 193
12、0 1995 2000 2000 14 900 1700 1880 1970 1990 2000 15 840 1540 1720 1870 1940 1970 16 740 1260 1470 1645 1805 1880 17 400 895 1130 1310 1500 1675 18 180 550 770 915 1100 1325 19 0 200 410 460 555 890 20 - - - 0 140 510 Li/m 13.9 14.32 14.59 14.78 16 16.84 Bi/m 2.08 3.76 3.98 4 4 4 6 表表3 3 水线面各参数计算表水线面
13、各参数计算表 水线号：水线号：1 1# # d=0d=025 25 m m 横剖面站号 yi/m 面矩乘数 惯矩乘数 面矩乘积 惯矩乘积 yi3 （） （） （） （）=（）2 （）= （） （） （）= （）（） （）=（）3 0 - -10 100 - - - 1 -0.06 -9 81 0.54 -4.86 0.000 2 0.42 -8 64 -3.36 26.88 0.074 3 0.92 -7 49 -6.44 45.08 0.779 4 1.4 -6 36 -8.4 50.4 2.744 5 1.62 -5 25 -8.1 40.5 4.252 6 1.74 -4 16 -6.9
14、6 27.84 5.268 7 1.8 -3 9 -5.4 16.2 5.832 8 1.84 -2 4 -3.68 7.36 6.230 9 1.86 -1 1 -1.86 1.86 6.435 10 1.88 0 0 0 0 6.645 11 1.86 1 1 1.86 1.86 6.435 12 1.835 2 4 3.67 7.34 6.179 13 1.77 3 9 5.31 15.93 5.545 14 1.7 4 16 6.8 27.2 4.913 15 1.54 5 25 7.7 38.5 3.652 16 1.26 6 36 7.56 45.36 2.000 17 0.895
15、 7 49 6.265 43.855 0.717 18 0.55 8 64 4.4 35.2 0.166 19 0.2 9 81 1.8 16.2 0.008 20 - 10 100 - - - 25.03 - - 1.705 442.705 67.873 修正值= （首项+末 项）/2 0.07 1.17 5.67 0.004 = -修正值 24.96 0.535 437.035 67.869 计算公式 Aw = 2l() CWP = Aw/(Li*Bi) xF = l()/() IL = 2l3() IF = IL-AwxF2 IT = 2/3l() 计算结果 39.936 0.742 0.017 447.524 447.512 36.197 单位 m2 - m m4 m
