船舶设计原理(第六章)型线设计

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1、上海交通大学 2015年 船舶海洋与建筑工程学院 船舶设计原理 第第 六章六章型线设计型线设计 课号：课号：001-(2015-2016-1) 教学班：教学班：NA404 封面 船舶原理与设计船舶原理与设计 第六章、第六章、型线设计型线设计 6.1 概概 述述 型线图是性能计算、结构设计，各种布置和建造放样的依据。型线型线图是性能计算、结构设计，各种布置和建造放样的依据。型线 设计是船舶总体设计的一项重要内容。设计是船舶总体设计的一项重要内容。 首先，型线与阻力性能关系重大，尾部型线与螺旋桨的配合对推进效率首先，型线与阻力性能关系重大，尾部型线与螺旋桨的配合对推进效率 和振动有很大的影响。此外

2、，型线与船舶的稳性、操纵性、横摇阻尼、船在和振动有很大的影响。此外，型线与船舶的稳性、操纵性、横摇阻尼、船在 波浪上的运动特性、砰击等都有关系。在使用方面，型线影响布置和舱容，波浪上的运动特性、砰击等都有关系。在使用方面，型线影响布置和舱容， 例如机舱内的布置条件、货舱和压载舱的容积、甲板的布置地位等。在建造例如机舱内的布置条件、货舱和压载舱的容积、甲板的布置地位等。在建造 方面，型线的平直部分、可展曲面部分可以简化施工的工艺，而复杂曲面增方面，型线的平直部分、可展曲面部分可以简化施工的工艺，而复杂曲面增 加了施工难度和工作量。加了施工难度和工作量。 由此可见，型线设计需要考虑许多方面的要求，

3、有些要求还会相互抵触，由此可见，型线设计需要考虑许多方面的要求，有些要求还会相互抵触， 设计者必须加以权衡。设计者必须加以权衡。 船舶原理与设计船舶原理与设计 6.1 概概 述述 型线设计中应注意的几个方面：型线设计中应注意的几个方面： 保证良好的航海性能。除了某些有特殊要求的情况以外，通常把快速保证良好的航海性能。除了某些有特殊要求的情况以外，通常把快速 性（阻力与推进）放在主要地位来考虑，同时兼顾耐波性、操纵性和性（阻力与推进）放在主要地位来考虑，同时兼顾耐波性、操纵性和 稳性。稳性。 考虑总布置的要求。总布置所需的甲板面积，货舱大开口的尺寸，纵考虑总布置的要求。总布置所需的甲板面积，货舱

4、大开口的尺寸，纵 倾的调整等对型线设计都有一定的要求，型线设计中应加以考虑和满倾的调整等对型线设计都有一定的要求，型线设计中应加以考虑和满 足。必要时，当布置与性能对型线的要求发生矛盾时，通常是足。必要时，当布置与性能对型线的要求发生矛盾时，通常是适当降适当降 低低对性能方面的要求，来满足布置和使用的需要。对性能方面的要求，来满足布置和使用的需要。 考虑船体结构的合理性和工艺性。例如，不必要的复杂曲面的船体形考虑船体结构的合理性和工艺性。例如，不必要的复杂曲面的船体形 状，不仅增加建造工时，多耗材料，而且不易保证施工质量，影响结状，不仅增加建造工时，多耗材料，而且不易保证施工质量，影响结 构强

5、度。构强度。 外观造型。水线以上的首尾轮廓线、甲板边线以及外露的折角线应考外观造型。水线以上的首尾轮廓线、甲板边线以及外露的折角线应考 虑美观和造型方面的要求。虑美观和造型方面的要求。 第六章、型线设计 船舶原理与设计船舶原理与设计 6.1 概概 述述 型线设计的精度：型线设计的精度： 应符合要求的排水体积，其误差要求与设计中对排水量考虑的余量应符合要求的排水体积，其误差要求与设计中对排水量考虑的余量 有关。如果重量裕度在有关。如果重量裕度在12时，排水体积允许的误差约为时，排水体积允许的误差约为0.5。 应符合要求的浮心纵向位置。文献应符合要求的浮心纵向位置。文献1建议，在纵倾允许误差为建议

6、，在纵倾允许误差为 0.2L时，型线设计结果的浮心纵向位置允许误差约为时，型线设计结果的浮心纵向位置允许误差约为0.3L。 第六章、型线设计 横剖面面积曲线；横剖面面积曲线； 设计水线和甲板边线；设计水线和甲板边线； 横剖线形状；横剖线形状； 侧面轮廓线。侧面轮廓线。 控制船体型线的要素：控制船体型线的要素： 船舶原理与设计船舶原理与设计 6.2 横剖面面积曲线横剖面面积曲线 第六章、型线设计 横剖面面积曲线下的面积相当于船的型排水体积（），曲线下面积的丰满横剖面面积曲线下的面积相当于船的型排水体积（），曲线下面积的丰满 度系数等于船的纵向棱形系数度系数等于船的纵向棱形系数CP（CP=/（AM

7、 LPP）；）； 面积形心的纵向位置相当于船的浮心纵向位置面积形心的纵向位置相当于船的浮心纵向位置XB； 丰满船的横剖面面积曲线的中部有一平行段，称为船的平行中体，长度为丰满船的横剖面面积曲线的中部有一平行段，称为船的平行中体，长度为LP， 平行中体前、后的两段长度分别称为进流段长平行中体前、后的两段长度分别称为进流段长 LE 和去流段长和去流段长 LR； 方形系数小的船一般都没有平行中体，最大横剖面常位于船中（方形系数小的船一般都没有平行中体，最大横剖面常位于船中（MS）之后。）之后。 横剖面面积曲线的特征：横剖面面积曲线的特征： 去流段长度LR进流段长度LE平行中体长度LP LPP/2LP

8、P/2 Ai或 Ai/AM X或X/L 船舶原理与设计船舶原理与设计 6.2 横剖面面积曲线横剖面面积曲线 第六章、型线设计 棱形系数棱形系数CP 对船的剩余阻力对船的剩余阻力RR 影响很大，而对摩擦阻力影响很大，而对摩擦阻力RF 影响极影响极 小。小。CP 对剩余阻力的影响主要反映在兴波阻力上，它是随船的相对速度对剩余阻力的影响主要反映在兴波阻力上，它是随船的相对速度 （傅汝德数（傅汝德数Fn）而变化的。）而变化的。 从阻力的影响来看，从阻力的影响来看，CM 是不重要的，因此，是不重要的，因此，CM 的选择很大程度上的选择很大程度上 是考虑与是考虑与CP 的配合。的配合。 一、一、 棱形系数

9、棱形系数CP 和中剖面系数和中剖面系数CM 的选择的选择 低速船低速船（如（如Fn0.2），兴波阻力所占比例不大，），兴波阻力所占比例不大，CP 对总阻力影响较小，对总阻力影响较小， 但选取较小的但选取较小的CP 总还是有利的。低速船一般总还是有利的。低速船一般CB 都比较大，所以这种情况下都比较大，所以这种情况下 CM 都取得很大，以利减小都取得很大，以利减小CP。一般运输货船。一般运输货船CM 为为0.980.99，大型船甚至，大型船甚至 达到达到0.995。 船舶原理与设计船舶原理与设计 6.2 横剖面面积曲线横剖面面积曲线 第六章、型线设计 一、一、 棱形系数棱形系数CP 和中剖面系数

10、和中剖面系数CM 的选择的选择 中等航速的船中等航速的船（如（如0.20.3），随着），随着Fn的增加，船首兴波的区域逐渐的增加，船首兴波的区域逐渐 扩展到船长的很大部分，此时，在一定的扩展到船长的很大部分，此时，在一定的CB 下，过小的下，过小的CP 会导致船体中会导致船体中 部过分凸起，从而造成更大的兴波阻力，因此部过分凸起，从而造成更大的兴波阻力，因此CP 不宜过小。不宜过小。 船舶原理与设计船舶原理与设计 6.2 横剖面面积曲线横剖面面积曲线 第六章、型线设计 二、二、 浮心纵向位置浮心纵向位置XB 的选择的选择 浮心纵向位置浮心纵向位置XB 决定了船前后半体的相对丰满度。决定了船前后

11、半体的相对丰满度。 XB 的选择主要从的选择主要从快速性上有利的最佳浮心位置和与总布置所确定的快速性上有利的最佳浮心位置和与总布置所确定的 重心纵向位置重心纵向位置相配合这二个方面来考虑。相配合这二个方面来考虑。 从阻力方面看，当浮心位置改变时，前体兴波阻力和后体形状阻力的相从阻力方面看，当浮心位置改变时，前体兴波阻力和后体形状阻力的相 对比例发生变化。浮心位置向后移动，前体丰满度就减小，后体丰满度增对比例发生变化。浮心位置向后移动，前体丰满度就减小，后体丰满度增 大，因而形状阻力由小变大，而兴波阻力由大变小。因此，对应于给定速大，因而形状阻力由小变大，而兴波阻力由大变小。因此，对应于给定速

12、度的船，存在着一个阻力最小的最佳浮心位置。度的船，存在着一个阻力最小的最佳浮心位置。 船舶原理与设计船舶原理与设计 6.2 横剖面面积曲线横剖面面积曲线 第六章、型线设计 二、二、 浮心纵向位置浮心纵向位置XB 的选择的选择 浮心位置的选取，还必须与重心纵向位置相配合，使船有适宜的浮态。浮心位置的选取，还必须与重心纵向位置相配合，使船有适宜的浮态。 当阻力上最佳的浮心位置与重心配合不当而引起不允许的纵倾时，如果在当阻力上最佳的浮心位置与重心配合不当而引起不允许的纵倾时，如果在 总布置方面调整有困难，或者会造成牺牲过多时，通常是适当地损失快速总布置方面调整有困难，或者会造成牺牲过多时，通常是适当

13、地损失快速 性去兼顾布置上的适宜性。性去兼顾布置上的适宜性。XB 偏离最佳位置不大时对阻力影响较小。偏离最佳位置不大时对阻力影响较小。 船舶原理与设计船舶原理与设计 6.2 横剖面面积曲线横剖面面积曲线 第六章、型线设计 三、横剖面面积曲线形状的选择三、横剖面面积曲线形状的选择 （1）平行中体长度和位置）平行中体长度和位置 在一定的在一定的 Fn范围内，船体采用适量的平行中体，无论从阻力性能方面范围内，船体采用适量的平行中体，无论从阻力性能方面 还是在使用和建造方面都是有利的。还是在使用和建造方面都是有利的。 船舶原理与设计船舶原理与设计 6.2 横剖面面积曲线横剖面面积曲线 第六章、型线设计

14、 三、横剖面面积曲线形状的选择三、横剖面面积曲线形状的选择 （1）平行中体长度和位置）平行中体长度和位置 从阻力方面看，将排水体积适当地向中部集中，采用一段平行中体，对从阻力方面看，将排水体积适当地向中部集中，采用一段平行中体，对 于前体可使进流段尖瘦些，降低兴波阻力；对于后体，可削瘦去流段的于前体可使进流段尖瘦些，降低兴波阻力；对于后体，可削瘦去流段的 船体形状，有利于改善形状阻力。但是，设置太长的平行中体后，过短船体形状，有利于改善形状阻力。但是，设置太长的平行中体后，过短 的进流段和去流段，会使平行中体的两端形成过硬的“前肩”和“后的进流段和去流段，会使平行中体的两端形成过硬的“前肩”和

15、“后 肩”，这对阻力是不利的。肩”，这对阻力是不利的。 在船舶的使用方面，因平行中体一段的横剖面形状完全相同，使中部的在船舶的使用方面，因平行中体一段的横剖面形状完全相同，使中部的 船舱方整，便于装载货物。船舱方整，便于装载货物。 设置平行中体还简化了工艺和降低建造成本。设置平行中体还简化了工艺和降低建造成本。 因此，从实用出发，平行中体长度希望取长些，但以不引起阻力性能恶因此，从实用出发，平行中体长度希望取长些，但以不引起阻力性能恶 化为限。化为限。 船舶原理与设计船舶原理与设计 6.2 横剖面面积曲线横剖面面积曲线 第六章、型线设计 三、横剖面面积曲线形状的选择三、横剖面面积曲线形状的选择

16、 （1）平行中体长度和位置）平行中体长度和位置 航速高的船不能设置平行中体。原因是这种船一般船体已很瘦削，设置航速高的船不能设置平行中体。原因是这种船一般船体已很瘦削，设置 平行中体后，平行中体和过分瘦削的首部连接处会形成凸肩，航行时产生平行中体后，平行中体和过分瘦削的首部连接处会形成凸肩，航行时产生 的肩波和严重的肩部旋涡使阻力性能恶化。的肩波和严重的肩部旋涡使阻力性能恶化。Fn0.25（CB0.785两端均用直线形两端均用直线形前肩曲度尽量小。前肩曲度尽量小。 0.750.78 0.182 两端均用直线形两端均用直线形 前端微凹，后端直线形前端微凹，后端直线形 据爱末生据爱末生(Emerson)试验试验,CP=0.70.78 时前肩曲度尽量小，船首下部切去使时前肩曲度尽量小，船首下部切去使 船首倾斜，对阻力有利。船首倾斜，对阻力有利。 0.700.75 0.238 前端微凹，后端直线形前端微凹，后端直线形 前后端均应微凹