船舶設(shè)計(jì)原理4-1性能預(yù)報(bào)(11-12)

船舶總體設(shè)計(jì)重點(diǎn)：課題二、船舶重量重心-----------------船舶重量重心計(jì)算課題三、船舶容量與登記噸位---------船舶容量計(jì)算。課題四、船舶性能預(yù)報(bào)--------------------船舶靜水力及穩(wěn)性計(jì)算、干舷計(jì)算。課題五、船舶主尺度確定----------------載重型與布置型船主尺度確定。課題七、船舶總布置設(shè)計(jì)-------------1、如何進(jìn)行船舶總體布置。2、如何進(jìn)行縱傾調(diào)整？課題九、船體型材剖面設(shè)計(jì)---------船體構(gòu)件剖面模數(shù)計(jì)算。課題十、船體結(jié)構(gòu)規(guī)范設(shè)計(jì)----------船體結(jié)構(gòu)規(guī)范設(shè)計(jì)。課題十二、船舶總體設(shè)計(jì)-------------如何進(jìn)行船舶總體設(shè)計(jì)。課題四船舶性能預(yù)報(bào)船舶的快速性

快速性就是研究船舶盡可能消耗較小的機(jī)器功率以維持一定航行速度的能力的科學(xué)。船舶阻力船舶阻力水阻力空氣阻力靜水阻力洶濤阻力裸船體阻力附體阻力興波阻力摩擦阻力粘壓阻力船舶推進(jìn)船舶推進(jìn)器是將主機(jī)發(fā)出的功率轉(zhuǎn)化為推進(jìn)船前進(jìn)的推力的設(shè)備。如櫓、風(fēng)帆、明輪、螺旋槳（車葉）等。一、快速性的初步估算(一)海軍系數(shù)法

式中，P－主機(jī)功率(kW)；V－設(shè)計(jì)航速(kn)；△－設(shè)計(jì)排水量(t)；C一海軍系數(shù)。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C值進(jìn)行修正。(二)經(jīng)驗(yàn)公式

適用于油船及散貨船的瓦特生近似估算公式：式中，K＝Cb+1.68Fr(Fr為對應(yīng)于試航速度的傅氏數(shù))；N—螺旋槳轉(zhuǎn)速(r／min)；P－所需主機(jī)功率(kW)；L——用Lbp計(jì)算(m)。(三)阻力及推進(jìn)系數(shù)估算方法1、阻力估算(1)泰勒法-----中高速艦船試驗(yàn)、

船速較高，船型較瘦長的雙槳船。(2)陶德法(系列60)-----民用運(yùn)輸船、橫剖面為U型，適用于單槳運(yùn)輸船。(3)SSPA系列------橫剖面型線為偏V型(Cb＝0.525～0.60)及中U型(Cb＝0.60—0.75)，適用于中低速單槳運(yùn)輸船，美國泰勒水池瑞典國立水池(4)NPL系列英國(5)長江客貨船系列上海船舶運(yùn)輸科研所2、推進(jìn)系數(shù)估算式中，o、H、R、G、S－螺旋槳敞水效率、船身效率、相對旋轉(zhuǎn)效率和齒輪箱效率、軸系效率。(四)回歸公式法

根據(jù)試驗(yàn)資料進(jìn)行回歸分析

二、設(shè)計(jì)中保證快速性的措施

快速性是表征船在靜水中直線航行速度，與其所需主機(jī)功率之間關(guān)系的性能。它是船舶的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)，對船舶使用效果和營運(yùn)開支影響較大。船舶快速性涉及船舶阻力和船舶推進(jìn)兩個(gè)方面。合理地選擇船舶主尺度、船體系數(shù)(尤其是方形系數(shù)G和棱形系數(shù)G)和線型，是降低船舶阻力的關(guān)鍵。船舶以較小的功率消耗而獲得較高航速的能力。為提高船舶的快速性，應(yīng)盡力降低船舶的阻力，同時(shí)盡力提高推進(jìn)器的推力?！?—2

、船舶穩(wěn)性

船舶穩(wěn)性（stability）

是指船舶受到外力的作用而偏離原平衡位置發(fā)生傾側(cè)，當(dāng)外力消除后能自行恢復(fù)到原來平衡位置的能力。

根據(jù)船舶傾斜角度的大小，船舶的穩(wěn)性可分為兩類：

1）初穩(wěn)性（或稱小傾角穩(wěn)性），指船舶傾斜角小于，或上甲板邊緣開始入水前的穩(wěn)性。

2）大傾角穩(wěn)性，指船舶傾斜角大于，或上甲板邊緣開始入水后的穩(wěn)性。

船舶穩(wěn)性復(fù)原力矩MR=?GZWLG?B?G?B?WLL1W1B1Z一、初穩(wěn)性（傾角小于10~15）初穩(wěn)性公式MR=GZ=GMsin二、大傾角穩(wěn)性（傾角大于10~15）M橫穩(wěn)性船舶的傾斜分為橫向傾側(cè)和縱向傾側(cè)，因此，船舶必須具有橫穩(wěn)性和縱穩(wěn)性。

三、縱穩(wěn)性B1GW1L1MLWL1、船舶的平衡狀態(tài)

船舶正浮于水面上時(shí)，船舶所受到重力即船重W與浮力N是一對平衡力。重心和浮心位置分別為G和B。當(dāng)船舶發(fā)生傾斜時(shí)，由于排水體積形狀的改變，導(dǎo)致浮心移動到了B1點(diǎn)，重力和浮力不再是一對平衡力，而形成了一對力偶。

WLG?B?G?B?WLL1W1B1ZM

當(dāng)外力矩消失后，船舶在上述力偶所產(chǎn)生的力矩作用下恢復(fù)到初始位置。此力矩稱為復(fù)原力矩。當(dāng)船舶處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)時(shí)，稱船舶具有穩(wěn)性。

如果船舶的重心過高，或船寬較窄，當(dāng)船舶受外力矩作用橫傾時(shí)，由于船寬較窄的船舶浮心橫移的距離較小，因而重力和浮力組成的力偶所產(chǎn)生的力矩，反而使船舶繼續(xù)傾斜，以至于傾覆，此力矩稱為傾覆力矩，如圖所示。當(dāng)船舶處于不穩(wěn)定平衡狀態(tài)時(shí)，稱船舶沒有穩(wěn)性。

從上述兩種情況可以看出：在圖中，M點(diǎn)（船舶傾斜后新的浮力作用線與船舶中心線的交點(diǎn)）是在重心G點(diǎn)之上，船舶具有穩(wěn)性，M點(diǎn)叫做穩(wěn)心。若M點(diǎn)是在G點(diǎn)之下，船舶不具有穩(wěn)性。經(jīng)分析研究，船舶是否具有穩(wěn)性以及穩(wěn)性好壞，決定于G點(diǎn)與M點(diǎn)的相對位置和G和M間距離的大小，即GM值是衡量船舶穩(wěn)性好壞的標(biāo)準(zhǔn)，稱GM值為初穩(wěn)性高度。它與穩(wěn)性的關(guān)系是：

當(dāng)M點(diǎn)在G點(diǎn)之上時(shí)，GM＞0，船舶具有穩(wěn)性，GM值越大，穩(wěn)性越好，但船舶搖擺就會加??；當(dāng)M點(diǎn)在G點(diǎn)之下時(shí)，GM＜0，船舶不具有穩(wěn)性，一旦受到外力矩作用很容易使船傾覆；當(dāng)M點(diǎn)和G點(diǎn)重合一點(diǎn)時(shí)，GM=0，船舶也不具有穩(wěn)性，因?yàn)橐坏┦艿酵饬刈饔?，船舶處于隨遇平衡狀態(tài)，對船舶也極不安全。1）船舶的穩(wěn)定平衡

當(dāng)船舶受外力作用而橫向傾側(cè)至角時(shí)，若船舶的重心G較低，在穩(wěn)心M之下，重力W與浮力N形成力偶矩與船舶橫傾的方向相反，使船舶向原來位置復(fù)原，我們稱此力矩為復(fù)原力矩。

G?B?WLL1W1B1ZM復(fù)原力矩＝

2、船舶的中性平衡

當(dāng)船舶重G與穩(wěn)心M兩點(diǎn)重合，船舶傾側(cè)后重力W與浮力N恰好作用于同一鉛垂線上，力矩為零。船舶將保持在其傾斜位置，但不具備復(fù)原能力。

G?WLL1W1B1ZM船舶處于傾覆的邊緣喲，好可怕??！3、船舶的不穩(wěn)定平衡

當(dāng)船舶受外力作用而橫向傾側(cè)到角時(shí)，若船舶重心G較高，在穩(wěn)心M之上，致使重力W與浮力N形成的力偶矩與船舶橫傾的方向相同，這時(shí)它使船舶繼續(xù)傾斜直至傾覆。這個(gè)力矩稱為傾覆力矩。傾覆力矩＝

提高船舶穩(wěn)性的措施：

穩(wěn)性是與船舶安全密切相關(guān)的一項(xiàng)重要性能。有關(guān)規(guī)范規(guī)定了各類船舶應(yīng)具備的穩(wěn)性標(biāo)準(zhǔn)，所有船舶必須達(dá)到規(guī)定的指標(biāo)要求。為使船舶具有良好的穩(wěn)性，可采取措施降低船舶的重心，減小上層建筑受風(fēng)面積等措施。船舶初穩(wěn)性為船舶傾斜角小于10~15度，或上甲板邊緣開始入水前的穩(wěn)性，又稱小傾角穩(wěn)性。船舶大傾角穩(wěn)性為船舶傾斜角大于10~15度，或上甲板邊緣開始入水后的穩(wěn)性。

由復(fù)原力矩公式我們可以知道，復(fù)原力矩的大小是與成正比的，通常認(rèn)為值越大穩(wěn)定性就越好。但是事實(shí)上并不是值越大越好，如果值過大，則船舶的復(fù)原能力很強(qiáng)，稍有傾側(cè)，很快復(fù)原，這樣就使的船舶左右搖擺頻繁，即橫搖的周期短，這在客船中更是要不得，劇烈的搖擺會使乘客感覺很不舒服。

提高船舶穩(wěn)性的幾條措施

1）降低船舶重心是改善穩(wěn)性的根本措施；

2）提高橫穩(wěn)心M點(diǎn)的高度，使值增大；

3）盡量減小上層建筑的受風(fēng)面積，即減少傾覆力矩。

三、船舶抗沉性

抗沉性（insubmersibility）是指船舶在一個(gè)艙或幾個(gè)艙進(jìn)水的情況下，仍能保持不致于沉沒和傾覆的能力。

中國宋代造船時(shí)就首先發(fā)明了用水密隔艙來保證船舶的抗沉性。船舶主體部分的水密分艙的合理性、分艙甲板的干舷值和完整船舶穩(wěn)性的好壞等，是影響抗沉性的主要因素。

船舶在航行過程中，難免會發(fā)生意外的損壞。如果船舶不幸碰撞失事，船殼破損，海水大量涌入船中，就會產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。故此在船舶設(shè)計(jì)時(shí)就要考慮抗沉性的問題。為了保證抗沉性，船舶除了具備足夠的儲備浮力外，一般有效的措施是設(shè)置雙層底和一定數(shù)量的水密艙壁。一旦發(fā)生碰撞或擱淺等致使某一艙進(jìn)水而失去其浮力時(shí)，水密艙壁可將進(jìn)水盡量限制在較小的范圍內(nèi)，阻止進(jìn)水向其他艙室漫延，而不致使浮力損失過多。這樣，就能以儲備浮力來補(bǔ)償進(jìn)水所失去的浮力，保證了船舶的不沉，也為堵漏施救創(chuàng)造了有利條件。

對于不同用途、不同大小和不同航區(qū)的船舶，抗沉性的要求不同。它分“一艙制”船、“二艙制”船、“三艙制”船等?！耙慌撝啤贝侵冈摯先魏我慌撈茡p進(jìn)水而不致造成沉沒的船舶。一般遠(yuǎn)洋貨船屬于“一艙制”船。“二艙制”船是指該船任何相鄰的兩個(gè)艙破損進(jìn)水而不致造成沉沒的船舶?！叭撝啤贝源祟愅?。一般化學(xué)品船和液體散裝船屬于“二艙制”船或“三艙制”船。

對“一艙制”船也不是在任何裝載情況下一艙進(jìn)水都不會沉沒，因?yàn)榘纯钩列栽碓O(shè)計(jì)艙室時(shí)是按照艙室在平均滲透率下的進(jìn)水量來計(jì)算的。所謂滲透率是指某艙的進(jìn)水容積與該艙的艙空的比值。所以滿載鋼材的雜貨船，貨艙進(jìn)水時(shí)其進(jìn)水量就會較大地超過儲備浮力，就不一定保證船舶不沉。

還應(yīng)指出，船舶在破損進(jìn)水后是否會傾覆或沉沒，在一定程度上還與船上人員采取的抗沉性措施有關(guān)。船舶破損進(jìn)水后的措施有很多，如抽水、灌水、堵漏、加固、拋棄船上載荷、移動載荷或調(diào)駁壓載水等。抽水、灌水、堵漏、加固、拋棄船上載荷、移動載荷是為了保證船舶浮力，有時(shí)為了減少船舶傾斜、改善船舶浮態(tài)和穩(wěn)性，常常通過采用灌水或調(diào)駁到相應(yīng)的艙室的辦法來達(dá)到。船舶抗沉性

抗沉性是指船舶在一艙或數(shù)艙破損進(jìn)水后保證不沉不翻的能力。一、水密艙壁和干舷的作用外底內(nèi)底水密艙壁儲備浮力干舷二、對抗沉性的要求水密甲板邊線76mm安全限界線破損水線

§4－3分艙及破艙穩(wěn)性--------船舶抗沉性

抗沉性是指船舶在一艙或數(shù)艙破損進(jìn)水后保證不沉不翻的能力。●水密艙壁和干舷的作用外底內(nèi)底水密艙壁儲備浮力干舷●對抗沉性的要求水密甲板邊線76mm安全限界線破損水線

為了保證抗沉性，船舶除了具備足夠的儲備浮力外，一般有效的措施是設(shè)置雙層底和一定數(shù)量的水密艙壁。一旦發(fā)生碰撞或擱淺等致使某一艙進(jìn)水而失去其浮力時(shí)，水密艙壁可將進(jìn)水盡量限制在較小的范圍內(nèi)，阻止進(jìn)水向其他艙室漫延，而不致使浮力損失過多。這樣，就能以儲備浮力來補(bǔ)償進(jìn)水所失去的浮力，保證了船舶的不沉，也為堵漏施救創(chuàng)造了有利條件。

還應(yīng)指出，船舶在破損進(jìn)水后是否會傾覆或沉沒，在一定程度上還與船上人員采取的抗沉性措施有關(guān)。船舶破損進(jìn)水后的措施有很多，如抽水、灌水、堵漏、加固、拋棄船上載荷、移動載荷或調(diào)駁壓載水等。抽水、灌水、堵漏、加固、拋棄船上載荷、移動載荷是為了保證船舶浮力，有時(shí)為了減少船舶傾斜、改善船舶浮態(tài)和穩(wěn)性，常常通過采用灌水或調(diào)駁到相應(yīng)的艙室的辦法來達(dá)到。船舶耐波性

耐波性是指船舶在風(fēng)浪中遭受由于外力干擾所產(chǎn)生的各種搖蕩運(yùn)動及砰擊上浪，失速飛車和波浪彎矩等，仍能維持一定航速在水面安全航行的性能。船舶的搖蕩主要有六種形式：橫搖、縱搖、首搖、垂蕩、橫蕩、縱蕩。搖蕩會引起下列不良后果：1、劇烈的橫搖會使船舶橫傾過大而喪失穩(wěn)性，甚至傾覆。2、使航行速度降低，從而增加了燃料的消耗；

3、使甲板淹水造成工作困難，影響機(jī)器設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。4、使船體結(jié)構(gòu)的負(fù)荷增加，造成結(jié)構(gòu)和設(shè)備的損壞。5、使船上的居住條件惡化，引起旅客的嘔吐暈船