船舶設(shè)計(jì)原理-性能預(yù)報(bào)

1、 第四章 船舶性能預(yù)報(bào) 4-1快 速 性 1.快速性的初步估算 1.1海軍系數(shù)法 當(dāng)選用的母型船的主尺度比、船型系數(shù)、設(shè) 計(jì)排水量及相對(duì)速度等與設(shè)計(jì)船比較接近時(shí)、可 用母型船的海軍系數(shù)c預(yù)估新船的主機(jī)功率或航 速。 海軍系數(shù)c是一艘船的阻力與推進(jìn)性能的綜 合反映，如果新船與母型船在阻力或推進(jìn)方面有 較大差別時(shí)，應(yīng)對(duì)c值進(jìn)行修正。 4-1快 速 性 1.2經(jīng)驗(yàn)公式 經(jīng)驗(yàn)公式，是針對(duì)某類(lèi)型船舶的統(tǒng)計(jì)資料，分析歸 納出來(lái)的，如適用于油船及散貨船的瓦持生近似估算公 式。 1.3阻力及推進(jìn)系數(shù)估算方法 （1）阻力估算 泰勒法： 此法適用于船速較高，船型較瘦長(zhǎng)的雙槳船。 陶德法(系列60)： 其橫剖面為U

2、型，適用于單槳運(yùn)輸船。 SSPA系列： 其橫剖面型線(xiàn)為偏V型及中U型，適用于中保 速單槳運(yùn)輸船。 NPL系列： 英國(guó)國(guó)家物理研究所提供的高速排水型艇的系 列資料。 長(zhǎng)江客貨船系列： 上海船舶運(yùn)輸科研所提供的長(zhǎng)江客貨船 裸體有效功率估算資料 4-1快 速 性 （2）推進(jìn)系數(shù)估算 PC=O HR GS 1.4回歸公式法 埃及學(xué)者薩比脫應(yīng)用回歸分析方法，給出系列60阻力試 驗(yàn)數(shù)據(jù)的回歸方程。 2.設(shè)計(jì)中保證快速性的措施 (1)選取合適的尺度、系數(shù)； (2)選用合適的、優(yōu)秀的節(jié)能船型及節(jié)能推進(jìn)裝置； (3)對(duì)于高速小艇，應(yīng)盡量減小排水量； (4)采用低轉(zhuǎn)速、大直徑的螺旋槳，以獲得較高的敞水效率； (5

3、)減小附體阻力，其他附體應(yīng)與船體有良好的水動(dòng)力配合； (6)減小迎面受風(fēng)面積，以減小空氣阻力。 4-2穩(wěn)性 1.初穩(wěn)性及其估算 1.1衡準(zhǔn)方法及其實(shí)用數(shù)據(jù) 衡準(zhǔn)一艘船的初穩(wěn)性好壞的指標(biāo)是 值。我國(guó)海 船穩(wěn)性規(guī)范對(duì)各類(lèi)船舶的 值提出了要求。規(guī)范對(duì) 各種船舶的最低初穩(wěn)性值都有規(guī)定。 初穩(wěn)性上限值是從橫搖緩和性上考慮的，設(shè)計(jì)時(shí)，在 保證初穩(wěn)性下限的前提下，應(yīng)力求使船的橫搖緩和些。 (1)干貨船 這類(lèi)船在滿(mǎn)載到港時(shí)穩(wěn)住最差，對(duì)于船寬 12m的船舶，如果取滿(mǎn)載出港時(shí)的 GM/B為0.040.05， 一般即可保證滿(mǎn)載到港時(shí)仍有必要的初穩(wěn)性值(GM在 0.25m以上），對(duì)于中小型船舶，則GM/B需取更大的的

4、 值,如0.050.07。 (2)客船及客貨船 通常 在0.0450.055范圍；對(duì)于 小型客船滿(mǎn)載出港時(shí)的值應(yīng)取得更大。 (3)油船 布格氏認(rèn)為，修正自由液面影響后大于 即可。 GM GM /GMB 0.1/ L 4-2穩(wěn)性 (4)拖船 國(guó)內(nèi)這類(lèi)船的GM/B在0.120.13范圍。 (5)軍艦GM/B大體在0.060.10的范圍。 1.2初穩(wěn)性估算及影響因素分析 由船舶靜力學(xué)知，初穩(wěn)性高可由初穩(wěn)性方程計(jì)算。 影響因素： (1)型寬及 B/T (2)水線(xiàn)面系數(shù)CW (3)型深D 1.3初穩(wěn)性值的核算 在設(shè)計(jì)深入開(kāi)展，完成型線(xiàn)圖、總布置圖、結(jié)構(gòu)圖等及技術(shù)文 件后，要核算船具有的初穩(wěn)性精確值往往是

5、與核算浮態(tài)一起進(jìn)行 的。根據(jù)規(guī)范對(duì)基本核算載況的規(guī)定，按設(shè)計(jì)船的使用特點(diǎn)，選取 核算載況。然后進(jìn)行各載況的排水量與重心位置的計(jì)算，按表格核 算船的浮態(tài)與初穩(wěn)性。 GM 4-2穩(wěn)性 2.大傾角穩(wěn)性 大傾角穩(wěn)性是指船在外力作用(如較大的風(fēng)和浪作用)下，橫傾角 超過(guò)1015度時(shí)的穩(wěn)性，它涉及到船在航行中能抗多大風(fēng)浪或橫傾 力矩而不傾覆。 2.1規(guī)范主要內(nèi)容 規(guī)范以大傾角穩(wěn)佳作為船舶穩(wěn)性的基本衡準(zhǔn)并依船舶的使用 任務(wù)待點(diǎn)對(duì)最小初穩(wěn)性和需要核算的使用情況作了規(guī)定。 2.2核算步驟 (1)根據(jù)排水量從穩(wěn)性橫截曲線(xiàn)中找出各傾角處對(duì)假定重心的復(fù)原力 臂，修正重心高度的差別后就可其出實(shí)際復(fù)原力臂。繪出靜穩(wěn)性曲

6、線(xiàn)，檢驗(yàn)靜穩(wěn)性曲線(xiàn)各要累是否符合要求。繪制動(dòng)穩(wěn)性曲線(xiàn)。 (2) 計(jì)算自搖周期，進(jìn)而計(jì)算出橫搖角。 (3)用作圖法找出最小傾覆力臂或最小傾覆力矩。 (4)由總布置圖的側(cè)視圖計(jì)算受風(fēng)面積人及其形心距水面高度。 (5)由Z及船的航區(qū)查出計(jì)算風(fēng)壓。 (6)計(jì)算風(fēng)壓傾側(cè)力臂或風(fēng)壓傾側(cè)力矩。 (7)計(jì)算穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)是否大于1.0。 4-3分艙及破艙穩(wěn)性 船舶分艙及破艙穩(wěn)性是船舶在一艙或數(shù)艙進(jìn)水后，仍能保持一 定浮性和穩(wěn)住的能力 1.有關(guān)的名詞定義 (1)客船 載客超過(guò)12人的船舶。 (2)分艙載重線(xiàn) 用以決定船舶分艙的水線(xiàn)。 (3)最探分艙載重線(xiàn) 相應(yīng)于適用的分艙要求所允許的最大吃水的水線(xiàn)。 (4)艙壁甲板

7、 橫向水密艙壁所達(dá)到的最高一層甲板。 (5)安全限界線(xiàn) 在船側(cè)由艙壁甲板上表面以下至少76mm處所繪的線(xiàn)。 (6)某一處所的滲透率 短處所能被水浸占的百分比。當(dāng)該處所伸展至 限界線(xiàn)以上時(shí)，該處所體積僅量至限界線(xiàn)的高度。 (7)風(fēng)雨密 在任何風(fēng)浪情況下，水不應(yīng)運(yùn)入船艙內(nèi)。 2.分艙檢驗(yàn) （1）可浸長(zhǎng)度計(jì)算（2）許可艙長(zhǎng)（3）分艙檢驗(yàn) 3.破艙穩(wěn)性 根據(jù)總布置圖和各種載況穩(wěn)性的計(jì)算結(jié)果，分析并挑選穩(wěn)性最 差的載況作為核算載況假定有多種對(duì)穩(wěn)性和橫傾最不利的破損情 況則按船舶靜力學(xué)中的方法進(jìn)行計(jì)算。 4-4耐波性 船舶耐波性是指船舶在風(fēng)浪中遭受外力擾動(dòng)而產(chǎn)生各種搖擺運(yùn) 動(dòng)，以及砰擊、上浪、失速、飛車(chē)等

8、時(shí)仍能維持一定航速在水面 上安全航行的性能。 1.橫搖 1.1橫搖的影響因素 （1）初穩(wěn)性（2）船舶主要要素和船體形狀（3）其他因素 1.2設(shè)計(jì)衡準(zhǔn) (1)為使救生艇和工作隨在風(fēng)浪情況下能順利下放到水面，通常要求 橫格幅值不超過(guò)15度 (2)從對(duì)船上人員的身體運(yùn)動(dòng)能力的影響來(lái)看、橫格幅值不應(yīng)超過(guò)10 度，相應(yīng)的橫搖周期應(yīng)大于56s。 (3)為保證拖網(wǎng)漁船的正常工作，橫搖幅值應(yīng)不超過(guò)10度。 (4)為保證直升飛機(jī)安全起飛祁降落，應(yīng)使橫搖幅值小于3度。 1.3設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的因素 通常采用的最主要措施是控制GM值，加裝舭龍骨、適當(dāng)加大舭 部升高及豎向菱形系數(shù)等；只有對(duì)耐波性有持殊要求的船，才裝設(shè) 專(zhuān)

9、門(mén)的減格裝置。 4-4耐波性 2.縱搖與升沉運(yùn)動(dòng) 2.1主要影響因素分析 （1）航向角（2）波長(zhǎng)（3）調(diào)協(xié)因素（4）主尺度及船型特征 2.2設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的因素 (1)一般來(lái)說(shuō)，改變主尺度的可行范圍是不大的故通常從 線(xiàn)型上進(jìn)行考慮。對(duì)大型船舶來(lái)說(shuō)、首橫剖面形狀采用U 型、V型均可。而對(duì)于航區(qū)波長(zhǎng)相對(duì)于船長(zhǎng)較大的中小型 船舶，宜采用V型首橫剖面形狀： (2)應(yīng)保證船在空載時(shí)有必要的首、尾吃水，滿(mǎn)載時(shí)有充分 的首部干舵，以改善首底砰擊、螺旋槳飛車(chē)、甲板上浪 等。 4-4耐波性 3.甲板淹濕性與失速 3.1甲板淹濕性 甲板淹濕性是指當(dāng)船舶在波浪中的縱搖和升沉異常激烈時(shí)，在船 首住處船與波浪相對(duì)運(yùn)動(dòng)的幅

10、值大于船首柱處的干舷、波浪涌上 甲板的現(xiàn)象。 主要要素對(duì)甲板淹濕他的影響： 當(dāng)船首干舷一定時(shí)可得如下幾點(diǎn)結(jié)論： (1)甲板淹濕的概率隨方形系數(shù)的增大而減少； (2)甲板淹濕的概率隨船長(zhǎng)的增加而減?。?(3)甲板淹濕概率隨航速的增加而增加。 3.2失速 造成船在波浪中失速的原因，在一般海況時(shí)，是阻力的增加； 而在惡劣海況時(shí)，是為了避免發(fā)生因劇烈的縱搖及升沉運(yùn)動(dòng)而引起 的嚴(yán)重的甲板上浪、首部砰擊或飛車(chē)，船被迫降低航速(航速常常是 大幅度下降)或適當(dāng)改變航向；也有可能為避免嚴(yán)重的橫搖而適當(dāng)改 變航向。這些都會(huì)造成一定的速度損失。因此要改善船的失速， 一是減小船在風(fēng)浪中阻力的增加；二是改善在惡劣海況中

11、船的運(yùn)動(dòng)， 以求被迫減速的幅度不大。 4-5船舶最小干舷 1.概述 從船舶靜力學(xué)可知船的干舷是泛指船舶浮于靜水面時(shí)、自水面 至露天甲板上表面舷邊處的垂直距離。 規(guī)定船舶的最小干舷是從以下兩個(gè)方面來(lái)考慮的： 一方面是要減小甲板上浪。 另一方面是要保證有一定的儲(chǔ)備浮力。 2.規(guī)范基本精神 規(guī)范適用于船長(zhǎng)L24m、150總噸以上的一般民用國(guó)際和國(guó)內(nèi) 航行船舶。規(guī)范不適用于軍船及L24m的民船、150總噸以下的現(xiàn) 有船舶、非營(yíng)業(yè)游艇及漁船等。規(guī)范對(duì)最小干舷規(guī)定的基本著眼 點(diǎn)是保證船舶具有必要的儲(chǔ)備浮力，而儲(chǔ)備浮力的大小，除了干 舷以外，還取決如下因素： （1）甲板上浪程度（2）影響儲(chǔ)備浮力大小的其他因

12、素 （3）船主體灌水的可能性：A/B型船舶 3.最小干舷計(jì)算 3.1國(guó)際航行船舶的夏季最小干舷 FX=F0+f1+f2+f3+f4+f5 4-5船舶最小干舷 3.2國(guó)際航行船舶季節(jié)區(qū)的最小干舷 3.3國(guó)內(nèi)航行船舶的最小干舷 4.載重線(xiàn)標(biāo)志 ZC中華人民共和國(guó)船舶檢驗(yàn)局登記入級(jí)的船舶； BDD冬季北大西洋(WNA)； U冬季(W)； X夏季(S)； R熱帶(T)； Q夏季淡水(F) RQ熱帶淡水(TF)。 5.設(shè)計(jì)中實(shí)際考慮的因素 （1）最小干舷船 （2）富裕干舷船 （3）變吃水船 4-6操縱性 船舶操縱性包括以下三方面的內(nèi)容：航向穩(wěn)定性、回轉(zhuǎn)性、轉(zhuǎn) 首性。對(duì)于常規(guī)船型船舶操縱性并不難保證，只需要從舵面積的 選取及在舵、螺旋槳和船體型線(xiàn)的配合上加以注意即可。 1.舵面積的確定 目前通常采用統(tǒng)計(jì)方法和經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定舵面積、舵面積比。 舵面積比的選取與船舶類(lèi)型和航運(yùn)有關(guān)，設(shè)計(jì)時(shí)一般參照舵的 數(shù)目相同而布置上又相似的操縱性良好的母型船選取。 2.設(shè)計(jì)中要考慮的因素 (1)舵、螺旋槳、與船體盡部型線(xiàn)要有很好的配合 (2)受航道限制時(shí)應(yīng)持別注意船的回轉(zhuǎn)性能。 (3)推、拖船(尤其是港口拖