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1、船舶原理与船舶原理与船舶原理与船舶原理与设计设计第三章、船舶分量重心第三章、船舶分量重心3.1 概述概述船舶的分量重心是船舶最重要参数之一，准确地估算或计算，并控制好船舶的分量重心是船舶最重要参数之一，准确地估算或计算，并控制好船舶的分量与重心位置是保证船舶各项性能的根本条件。船舶的分量与重心位置是保证船舶各项性能的根本条件。 1. 分量分类分量分类船舶的船舶的总分量即排水量分量即排水量分分为空船分量空船分量LW和和载分量分量DW两部分，空船分量是船舶的一两部分，空船分量是船舶的一项重要目的，重要目的，载分量是船舶的装分量是船舶的装载才干。才干。LW空船分量空船分量 t ；民船；民船设计设计中
2、通常将其分中通常将其分为为船体船体钢钢料分量料分量 WH、舾舾装装分量分量 WO 和机和机电设备电设备分量分量 WM 三大部分，即三大部分，即:DW载载分量分量 t ；包括；包括货货物、旅客、船物、旅客、船员员、行李、油水、行李、油水 燃油、滑油、淡燃油、滑油、淡水等水等 、食品、食品、备备品、供品、供应应品以及品以及压载压载水等。水等。船舶原理与船舶原理与船舶原理与船舶原理与设计设计3.1 概述概述第三章、船舶分量重心普通普通货船，通常取四种典型船，通常取四种典型载况：况： 满载出港出港设计排水量形状；排水量形状；满载到港到港船上的油水等耗船上的油水等耗费品分量品分量规定定为设计形状形状储
3、备量的量的10；压载出港出港船上不装船上不装载货物，但有所需的物，但有所需的压载水，油水水，油水贮藏藏 量量为设计形状之形状之值；压载到港到港船上不装船上不装载货物，但有所需的物，但有所需的压载水，油水水，油水为其其 总贮藏量的藏量的10。2. 2. 典型典型载载况况船舶原理与船舶原理与船舶原理与船舶原理与设计设计3.2 空船分量估算空船分量估算第三章、船舶分量重心1. 影响船体钢料分量的主要要素影响船体钢料分量的主要要素3.2.1 3.2.1 船体船体钢钢料分量的分析与估算料分量的分析与估算(1) 主尺度主尺度主尺度主尺度(L、B、D、d、CB中影响最大的是中影响最大的是L，其次是，其次是B
4、，d 和和 CB 对对WH 的影响较小，而的影响较小，而 D 的影响程度要根据详细情况来分析。如用指数函数的影响程度要根据详细情况来分析。如用指数函数的方式来表示其影响程度，即：的方式来表示其影响程度，即：式中：式中：、 称称为主尺度主尺度对船体船体钢料分量的影响指数。料分量的影响指数。各指数的大体关系各指数的大体关系为： 和和 及及 ，其中，其中 1。参。参见表表3.2.4船舶原理与船舶原理与船舶原理与船舶原理与设计设计3.2 空船分量估算空船分量估算 3.2.1 船体船体钢钢料分量的料分量的分析与估算分析与估算第三章、船舶分量重心1. 影响船体钢料分量的主要要素影响船体钢料分量的主要要素
5、2布置特征布置特征甲板层数甲板层数舱壁数量舱壁数量上层建筑和甲板室上层建筑和甲板室 布置决议的构造方式布置决议的构造方式 3运用要求运用要求新船要求的运用年限新船要求的运用年限 构造构造资料高料高强度度钢的运用比例的运用比例附体的大小和多少附体的大小和多少 船舶原理与船舶原理与船舶原理与船舶原理与设计设计3.2 空船分量估算空船分量估算 3.2.1 船体船体钢钢料分量的料分量的分析与估算分析与估算第三章、船舶分量重心2. WH 的粗估方法的粗估方法 1平方模数法平方模数法 式中：式中：CH1取自母型船：取自母型船： a、b权重系数权重系数 2立方模数法立方模数法式中：式中： D1 相当型深相当
6、型深 CH2 取自母型船取自母型船船舶原理与船舶原理与船舶原理与船舶原理与设计设计3.2 空船分量估算空船分量估算 3.2.1 船体船体钢钢料分量的料分量的分析与估算分析与估算第三章、船舶分量重心2. WH 的粗估方法的粗估方法 3指数法指数法 式中：式中：CH3取自母型船；取自母型船； 忽略忽略 d 和和CB 时，取时，取 为为 0。 4统计法统计法 统计公式。统计公式。例如：适用于例如：适用于1000050000吨散货船的统计公式：吨散货船的统计公式： 式中：式中：船舶原理与船舶原理与船舶原理与船舶原理与设计设计3.2 空船分量估算空船分量估算 3.2.1 船体船体钢钢料分量的料分量的分析
7、估算分析估算第三章、船舶分量重心3. 比较准确的估算方法比较准确的估算方法 1每米船长分量法每米船长分量法需具备新船和母型船的典型横剖面构造图和总布置图。需具备新船和母型船的典型横剖面构造图和总布置图。估算步估算步骤如下：如下： 全船性构造全船性构造钢料分量的估算：料分量的估算： 分分别计算出新船和母型船算出新船和母型船单元元长度每米度每米长度分量的构造分量度分量的构造分量 w 和和 w0 。按下式。按下式换算新船的全船性算新船的全船性钢料分量：料分量： 式中：下式中：下标为“o者是母型船之者是母型船之值； WHO为母型船母型船对应的全船性的全船性钢料分量。料分量。 部分修正和部分修正和计入其
8、它构造分量。入其它构造分量。 2分项分量换算法分项分量换算法船舶原理与船舶原理与船舶原理与船舶原理与设计设计3.2 空船分量估算空船分量估算 3.2.2 舾舾装分量的分析装分量的分析与估算与估算第三章、船舶分量重心1. 舾装分量的分析舾装分量的分析舾装部分分量的特点是：工程繁多，且各自独立，规律性差。采用舾装部分分量的特点是：工程繁多，且各自独立，规律性差。采用分类、分项估算较可靠。分类、分项估算较可靠。估算舾装分量，通常可分成以下四类，分别对照母型船的舾装分量估算舾装分量，通常可分成以下四类，分别对照母型船的舾装分量资料来分析和估算资料来分析和估算 与船的排水量和主尺度有关的分量与船的排水量
9、和主尺度有关的分量如船舶如船舶设备与系与系统，包括，包括锚、舵、系泊、消防、管系、油漆等。舵、系泊、消防、管系、油漆等。与船与船员或旅客人数有关的分量或旅客人数有关的分量如如舱室木作室木作衬板、天花板、甲板板、天花板、甲板敷料、家俱、敷料、家俱、卫生生设备、救生、救生设备等。等。与船的运用特点有关的分量与船的运用特点有关的分量如如货船上的起船上的起货设备及及舱口盖，拖船口盖，拖船上的拖上的拖带设备等。等。特殊工程分量特殊工程分量如减如减摇安装，安装，侧向推向推进安装等。安装等。船舶原理与船舶原理与船舶原理与船舶原理与设计设计3.2 空船分量估算空船分量估算 3.2.2 舾舾装分量的分析装分量的
10、分析与估算与估算第三章、船舶分量重心1. 舾装分量舾装分量WO 的估算方法的估算方法WO 的粗略估算方法也有类似于的粗略估算方法也有类似于WH 估算方法中的平方模数法和立估算方法中的平方模数法和立方模数法，即：方模数法，即：平方模数法：平方模数法：立方模数法：立方模数法：或：或：或：或：式中：式中：CO1、CO2、CO3、CO4均为取自母型船的对应系数。均为取自母型船的对应系数。船舶原理与船舶原理与船舶原理与船舶原理与设计设计3.2 空船分量估算空船分量估算 3.2.2 舾舾装分量的分析装分量的分析与估算与估算第三章、船舶分量重心1. 舾装分量舾装分量WO 的估算方法的估算方法WO 的其他估算
11、方法：的其他估算方法：统计公式；统计公式；较详细的分项估算。较详细的分项估算。 分项估算的详细程度根据设计的深度而定。对于已确定的详细舾装设分项估算的详细程度根据设计的深度而定。对于已确定的详细舾装设备，可参照设备样本提供的分量资料来确定，如救生设备、锚泊设备、舵备，可参照设备样本提供的分量资料来确定，如救生设备、锚泊设备、舵设备、起货设备等。对于舱口盖、甲板覆料、内装资料等可根据布置和选设备、起货设备等。对于舱口盖、甲板覆料、内装资料等可根据布置和选型结果，用型船资料或阅历公式等方法估算。对于设计暂未确定的其他杂型结果，用型船资料或阅历公式等方法估算。对于设计暂未确定的其他杂项的分量也可用型
12、船资料换算，换算中留意对新船和型船的不同处应进展项的分量也可用型船资料换算，换算中留意对新船和型船的不同处应进展适当的修正。适当的修正。船舶原理与船舶原理与船舶原理与船舶原理与设计设计3.2 空船分量估算空船分量估算 3.2.3 机机电设备电设备分量估分量估算算第三章、船舶分量重心1. 按主机功率按主机功率 的粗估方法的粗估方法机电设备分量可以近似地按主机功率平方根机电设备分量可以近似地按主机功率平方根 的关系进展换算的关系进展换算 ，例如：，例如： 式中：式中：PD主机功率主机功率MCRkW； CM系数，可用母型船系数，可用母型船资料料换算。缺乏母型算。缺乏母型资料料时， CM可按可按以下范
13、以下范围取取值：对于中速主机：于中速主机： CM =56，对于低速于低速主机：主机：MCR 在在10000kW以上以上时 CM =78；MCR在在10000kW 以下以下时 CM =89。2. 分项估算方法分项估算方法船舶原理与船舶原理与船舶原理与船舶原理与设计设计3.2 空船分量估算空船分量估算 3.2.4 固定固定压载压载和排水和排水量裕度量裕度第三章、船舶分量重心1. 固定压载固定压载固定压载属于空船分量的一部分。船舶加固定压载的主要缘由有：固定压载属于空船分量的一部分。船舶加固定压载的主要缘由有：某些船稳性缺乏，加固定压载以降低重心高度；某些船稳性缺乏，加固定压载以降低重心高度；某些特
14、殊船舶嫌满载吃水太浅或排水量太小，用固定压载加大吃水和排某些特殊船舶嫌满载吃水太浅或排水量太小，用固定压载加大吃水和排水量；水量；有的船因布置的特殊要求导致浮态不理想，用加固定压载来调整纵倾。有的船因布置的特殊要求导致浮态不理想，用加固定压载来调整纵倾。对于普通运输货船，设计成加固定压载是不允许的。某些特殊情况对于普通运输货船，设计成加固定压载是不允许的。某些特殊情况下，新船建造完工后，发现重心过高或浮态很不好，用加固定压载来下，新船建造完工后，发现重心过高或浮态很不好，用加固定压载来作为一种补救措施，以便在新船牺牲了部分装载才干后还能继续运用。作为一种补救措施，以便在新船牺牲了部分装载才干后
15、还能继续运用。船舶原理与船舶原理与船舶原理与船舶原理与设计设计3.2 空船分量估算空船分量估算 3.2.4 固定固定压载压载和排水和排水量裕度量裕度第三章、船舶分量重心设计中分量估算误差。设计中分量估算误差。未估计分量的添加，如在设计后期或建造过程中船东未估计分量的添加，如在设计后期或建造过程中船东提出添加设备等。提出添加设备等。建造中时常难免会采用代用品包括资料及设备等建造中时常难免会采用代用品包括资料及设备等导致空船分量添加。导致空船分量添加。2. 排水量裕度排水量裕度 排水量裕度也叫排水量贮藏。在估算空船分量时，通常都要排水量裕度也叫排水量贮藏。在估算空船分量时，通常都要思索加一定的排水
16、量裕度，其缘由大致有以下三个方面：思索加一定的排水量裕度，其缘由大致有以下三个方面：排水量裕度的取值视不同设计阶段而定，例如，在初步设计阶排水量裕度的取值视不同设计阶段而定，例如，在初步设计阶段，排水量裕度可取空船分量段，排水量裕度可取空船分量 LW 的的 46。或者对船体钢料分。或者对船体钢料分量量 WH 取取 35，对舾装分量，对舾装分量 WO 和机电设备分量和机电设备分量WM各取各取 8%10。船舶原理与船舶原理与船舶原理与船舶原理与设计设计3.3 载载分量估算分量估算第三章、船舶分量重心3.3.1 人员、行李、食品、淡水的分量人员、行李、食品、淡水的分量载分量载分量DW包括了货物、人员
17、及行李、食品、淡水、燃油、滑油、炉水包括了货物、人员及行李、食品、淡水、燃油、滑油、炉水以及备品和供应品的分量，假设设计形状还有压载水的话，那么还包括压载以及备品和供应品的分量，假设设计形状还有压载水的话，那么还包括压载水的分量。水的分量。 如设计义务书知如设计义务书知DW，为了思索各种舱室容积的要求和计算重心的位置，为了思索各种舱室容积的要求和计算重心的位置等，也必需对组成载分量的各部分分量进展计算或估算。等，也必需对组成载分量的各部分分量进展计算或估算。 人员和行李通常按每人平均人员和行李通常按每人平均70kg50kg计算。计算。 食品及淡水食品及淡水总贮藏量自持力藏量自持力人人员数数定量
18、定量R为续航力，为续航力，Vs是效力航速。是效力航速。食品和淡水的定量食品和淡水的定量规范范。船舶原理与船舶原理与船舶原理与船舶原理与设计设计3.3 载载分量估算分量估算第三章、船舶分量重心1. 燃油燃油WFt 航行航行时间时间 h ;g1主机耗油率主机耗油率kg/(kW.h)；p1主机常用主机常用额额定功率定功率 kW ； g2辅辅机机 主要指主要指发电发电机机组组 耗油率耗油率kg/(kW.h) ；p2航行航行时时运用的运用的辅辅机机总总功率功率 kW ；g3其他燃油其他燃油设备设备 如燃油如燃油锅锅炉炉 单单位位时间时间耗油量耗油量 kg/h ；k风风浪影响系数，可取浪影响系数，可取1.
19、11.2。2. 滑油滑油WL3. 炉水炉水WBW4. 备品供应品备品供应品备品和供应品的分量可取空船分量的一个百分数，如备品和供应品的分量可取空船分量的一个百分数，如0.5%1.0%LW。3.3.2 燃油、滑油、炉水及备品供应品的分量燃油、滑油、炉水及备品供应品的分量船舶原理与船舶原理与船舶原理与船舶原理与设计设计3.4 排水量的粗估和分量与浮力的平衡排水量的粗估和分量与浮力的平衡第三章、船舶分量重心在设计的最初阶段，初步选取主尺度时如何思索排水量的要求是设计在设计的最初阶段，初步选取主尺度时如何思索排水量的要求是设计者面临的第一个问题。在知载分量的情况下，排水量的第一次近似通常可者面临的第一
20、个问题。在知载分量的情况下，排水量的第一次近似通常可运用载分量系数的方法初步确定，即：运用载分量系数的方法初步确定，即：DW 的估算方法在有相近母型船的估算方法在有相近母型船资资料料时时，用母型船，用母型船资资料料较较可靠。也有一些可靠。也有一些统计统计公式可供参考运用，例如：公式可供参考运用，例如：式中式中DW 称称为载分量系数分量系数 。 DW 表示船舶表示船舶载分量分量DW占排水量的比占排水量的比例系数，例系数，对于一于一样排水量的船来排水量的船来说， DW大，表示空船分量大，表示空船分量轻，或者，或者说载重才干大。由此可重才干大。由此可见，一艘运，一艘运输货船船 DW的大小是反映的大小
21、是反映该船船设计建造建造质量的一个重要目的。量的一个重要目的。 该式适用于该式适用于DW=10000100000t的散货船。的散货船。船舶原理与船舶原理与船舶原理与船舶原理与设计设计3.4 排水量的粗估和分量与浮力的平衡排水量的粗估和分量与浮力的平衡第三章、船舶分量重心根据浮性方程：根据浮性方程：知粗估所得的新船排水量知粗估所得的新船排水量和初步和初步选取的取的L、B、D、d及及CB ，就可根，就可根据据这些要素估算出空船的分量些要素估算出空船的分量 LW以及以及载分量分量DW。此。此时，普通情况下，普通情况下，LW+DWkLBdCB ，需求，需求调整。整。设：设：那么那么的增量的增量为：经整
22、理归并后有：经整理归并后有：N 称为为诺曼系数。称为为诺曼系数。船舶原理与船舶原理与船舶原理与船舶原理与设计设计3.5 重心的估算方法重心的估算方法第三章、船舶分量重心或：或：4载分量的重心高度载分量的重心高度5新船重心高度的裕度新船重心高度的裕度 1船体钢料重心高度船体钢料重心高度式中：式中：CE 或或CE1 取自母型船，取自母型船，D1 为相当型深。为相当型深。2舾装重心高度舾装重心高度 3机电设备重心高度机电设备重心高度 1. 重心高度重心高度船舶原理与船舶原理与船舶原理与船舶原理与设计设计3.5 重心的估算方法重心的估算方法第三章、船舶分量重心2. 重心纵向位置重心纵向位置 Xg空船分量的重心纵向位置，在设计初始阶段可近似用比例于船空船分量的重心纵向位置，在设计初始阶段可近似用比例于船长长L的方法，用母型船资料换算，即：的方法，用母型船资料换算，即：式中式中CL 比例系数，取自母型船。比例系数，取自母型船。 在有了总布置方案以后，在有了总布置方案以后，XgE 的估算应分项进展的估算应分项进展 ，并根据布，并根据布置特征，采用相对位置来估算。置特征，采用相对位置来估算。
