《快艇性能設(shè)計(jì)案例》4300字

快艇性能設(shè)計(jì)案例綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u11199快艇性能設(shè)計(jì)案例綜述 1239561.1性能設(shè)計(jì)概述 130941.2重量重心計(jì)算 1321921)空船重量重心計(jì)算 155422）重力與浮力的平衡校核 366451.3靜水力計(jì)算 3125331.4快艇穩(wěn)性計(jì)算 5103351.4.1初穩(wěn)性校核 6215851.4.2大傾角穩(wěn)性計(jì)算 99261.5阻力計(jì)算 1724378圖5-13興波云圖（一） 1818188圖5-14興波云圖（二） 191.1性能設(shè)計(jì)概述船艇性能，是每一個(gè)造船設(shè)計(jì)師在任何一種船型設(shè)計(jì)時(shí)都要仔細(xì)考慮的問題。船艇特性設(shè)計(jì)是評(píng)估快艇在航速、安全和穩(wěn)定、快速性等各個(gè)方面的特性。此性能設(shè)計(jì)一般包含快艇的空船重量重心的計(jì)算、靜水力的計(jì)算、快艇滿載出港及滿載到港兩種載況下的穩(wěn)定性校正、靜穩(wěn)性計(jì)算和大傾角穩(wěn)性計(jì)算結(jié)果等一系列特性的計(jì)算結(jié)果。通過這一系列計(jì)算結(jié)果,可以詳細(xì)地分析所設(shè)計(jì)快艇的各項(xiàng)運(yùn)行性能特點(diǎn)。1.2重量重心計(jì)算本快艇的重量包括；空載重量、半載重量、滿載重量。其中，半載重量指的是船只載貨按設(shè)計(jì)規(guī)定的載貨量但油水等供給品為設(shè)計(jì)儲(chǔ)存量的50%時(shí)的重量。而滿載重量為船上裝載按設(shè)計(jì)規(guī)定的儲(chǔ)備量且油水等供給品為設(shè)計(jì)儲(chǔ)備量100%時(shí)的重量?？沾亓恐匦挠?jì)算空船重量重心的計(jì)算結(jié)果對(duì)于其他方面性能計(jì)算有較大的影響，此次對(duì)空船重量重心的計(jì)算由2.2中得知，假定重心垂向坐標(biāo)約在（0.8~0.9）之間。此次設(shè)計(jì)取為0.8。本快艇的重心縱向位置取的40%。這里知空船重量LW=1032.78kg，重心距基線高Vcg=0.7904m，重心距船舯距離Lcg=2.7m。在重量重心的計(jì)算中，假設(shè)供應(yīng)品。儲(chǔ)藏品100kg，其他雜物10kg。乘員的垂向重心高度取為主甲板上人員的一半處。對(duì)本快艇的輕載、半載、滿載等不同載況進(jìn)行重量重心的計(jì)算，結(jié)果見表5-1。表5-1重量重心計(jì)算結(jié)果項(xiàng)目重量/kg巡邏艇輕載重量1032.780.792.740.00燃油50%212.000.223.130.80淡水50%96.500.221.060.00乘員10位910.001.901.000.00個(gè)人用品140.001.901.000.00供應(yīng)品、儲(chǔ)藏品50%21.000.304.350.00其他雜物50%1.000.344.350.00污水50%100.000.312.830.80載重量（半載）1488.501.414.580.05巡邏艇半載重量2521.281.163.830.00燃油100%424.000.293.130.00淡水100%193.000.311.060.00乘員10位910.001.901.000.00個(gè)人用品140.001.901.000.00其它雜物100%10.000.304.350.00載重量（滿載）1727.001.274.530.00巡邏艇滿載重量2759.781.093.860.00將計(jì)算所得沿海旅游快艇空載重量、半載重量、滿載重量以及三個(gè)方向X、Y、Z上的重心坐標(biāo)值如表5-2所示。表5-2沿海旅游快艇重量重心位置匯總項(xiàng)目重量/kg巡邏艇輕載重量1032.780.792.740.00巡邏艇半載重量2521.281.163.830.00巡邏艇滿載重量2759.781.093.860.002）重力與浮力的平衡校核根據(jù)浮力原理，快艇的重力與浮力應(yīng)大小相等，方向相反且位于同一鉛垂線上。對(duì)于本艇而言，滿載出港的載重量與設(shè)計(jì)吃水處的排水量應(yīng)相等。由表5-2計(jì)算得本艇的滿載載重量等于輕載重量加上載重量，等于2.76t；而根據(jù)靜水力的計(jì)算，新艇在設(shè)計(jì)吃水處的排水量為2.84t。浮力與重力的差值小于5%。因此，可認(rèn)定本艇的重力與浮力平衡，無需調(diào)整主尺度。1.3靜水力計(jì)算靜水力計(jì)算采用Excel表格以及AutoCAD繪圖進(jìn)行，從而計(jì)算出浮態(tài)及穩(wěn)性所需數(shù)據(jù)并繪制靜水力曲線圖。靜水力計(jì)算表如表5-3~5-5所示。表5-3靜水力計(jì)算結(jié)果（一）水線號(hào)Si（m2）（m3）（t）XF（m）XC（m）150WL4.9170.3690.387-0.575-0.575300WL10.8671.5531.591-0.591-0.583400WL13.5652.7742.844-0.433-0.548600WL11.4311.6741.816-0.200-0.426800WL16.8968.9079.129-0.031-0.312表5-4靜水力計(jì)算結(jié)果（二）水線號(hào)ZB（m）TPC（t/cm）BM/(m)BMLMTC（t/cm）150WL0.1500.0500.72442.7040.024300WL0.2290.1111.75321.1250.058400WL0.2850.1391.77317.2630.072600WL0.3980.1581.12410.1890.086800WL0.5090.1730.8307.8110.104表5-5靜水力計(jì)算結(jié)果（三）水線號(hào)CVCWCBCM150WL0.5000.2520.1260.164300WL0.4760.5570.2650.333400WL0.5110.6960.3560.443600WL0.6130.7910.4850.595800WL0.6590.8660.5710.681根據(jù)靜水力表格計(jì)算內(nèi)容在AutoCAD繪制出靜水力曲線圖，如圖5-1所示。大圖見附錄D。圖5-1靜水力曲線圖在AutoCAD軟件中繪制邦戎曲線圖如圖5-2所示。大圖見附錄E。圖5-2邦戎曲線圖1.4快艇穩(wěn)性計(jì)算1.4.1初穩(wěn)性校核1）船舶在外力作用下會(huì)偏離其原平衡位置而傾斜，當(dāng)外力消失后，能自行回復(fù)到原平衡位置的能力，稱為船舶穩(wěn)性[3]。船舶穩(wěn)性與初穩(wěn)性高密切相關(guān)。此次穩(wěn)性校核取船舶典型載況中的滿載出港和滿載到港兩種載況進(jìn)行計(jì)算校核。本快艇的滿載出港和滿載到港時(shí)的重量重心如表5-6所示。表5-6滿載出港、滿載到港重量重心項(xiàng)目重量/kgZ/mX/mY/m滿載出港2759.781.093.860.00輕載重量1032.780.792.740.00燃油10%42.400.162.830.00淡水10%19.300.164.930.80乘員10位910.001.901.000.00個(gè)人用品140.001.901.000.00供應(yīng)品、儲(chǔ)藏品10.000.303.740.00其它雜物8.000.303.740.00續(xù)表5-6載重量1129.701.784.900.01滿載到港2162.481.313.870.01由計(jì)算表可得快艇在這兩種典型載況時(shí)的重量分別約為2.76t和2.16t。從靜水力曲線圖中找到滿載出港和滿載到港對(duì)應(yīng)排水量的點(diǎn)，分別測(cè)量出這兩種載況下的艇體吃水，如圖5-3所示。圖5-3滿載到港及滿載出港數(shù)據(jù)狀態(tài)由靜水力曲線測(cè)量得，滿載出港時(shí)排水量為2.76t，吃水約為0.4m；滿載到港時(shí)排水量為2.16t，吃水約為0.374m。兩種載況的數(shù)據(jù)如表5-7所示。表5-7穩(wěn)性計(jì)算結(jié)果匯總序號(hào)項(xiàng)目/單位滿載到港滿載出港1船舯吃水/m0.3740.42水線長度/m6.676.75續(xù)表5-73排水量/t2.162.764水線面面積/m20.3740.45菱形系數(shù)（CP）0.3740.46方形系數(shù)（CB）0.3740.47最大中橫剖面系數(shù)（CM）12.38813.5658水線面系數(shù)（CWP）0.7970.8029浮心縱向位置/m0.30940.35610漂心縱向位置/m0.3870.44311浮心垂向高度（KB）/m0.6350.69612重心垂向高度（KG）/m-0.521-0.54813橫穩(wěn)心半徑BMt/m-0.536-0.43314縱穩(wěn)心半徑BML/m0.2530.28515每厘米吃水噸數(shù)（TPC）t/cm1.311.0916每厘米縱傾的力矩（MTC）t/cm1.8151.773由上表5-6、5-7計(jì)算結(jié)果可對(duì)這兩種載況的初穩(wěn)性高進(jìn)行計(jì)算。初穩(wěn)性高度的計(jì)算按照公式（5-1）進(jìn)行計(jì)算：GM=KB+BM-KG（5-1）初穩(wěn)性高的結(jié)果如表5-8所示。表5-8初穩(wěn)性高結(jié)果項(xiàng)目、項(xiàng)目滿載到港滿載出港GM/m0.7580.968KB/m0.2530.285BM/m1.8151.773KG/m1.3101.090ZM/m2.0682.058由表可得，在滿載到港時(shí)，快艇的初穩(wěn)性高GMt為0.758m；滿載出港時(shí)，快艇的初穩(wěn)性高GMt為0.968m，均大于規(guī)范所要求的下限0.35m，滿足沿海旅游小艇相關(guān)規(guī)范對(duì)初穩(wěn)性的要求。2）橫搖周期估算與校核船舶的橫搖周期與初穩(wěn)性高有一定的關(guān)聯(lián)。初穩(wěn)性高越大，橫搖周期越小。反之，則橫搖周期越大。船舶的橫搖周期可由公式（5-2）計(jì)算：（5-2）其中兩種典型載況的橫搖周期計(jì)算結(jié)果如表5-9所示。表5-9橫搖周期結(jié)果載況d/mLwl(m)C值滿載到港0.3746.670.5300249483.165665717滿載出港0.46.750.51959752.7462035091.4.2大傾角穩(wěn)性計(jì)算1）繪制乞氏剖面手工計(jì)算大傾角穩(wěn)性時(shí)，為了盡量使計(jì)算簡(jiǎn)便，一般都采用乞氏法。一般取9~12個(gè)站號(hào)，此次設(shè)計(jì)取9個(gè)站號(hào)，在AutoCAD中將其分為9個(gè)剖面。如圖5-4所示。圖5-4乞氏剖面圖2）選取計(jì)算水線計(jì)算水線一般取4~5根。此次設(shè)計(jì)取4根水線，在選取水線時(shí)，最高水線略高于滿載水線而最低水線略低于空載水線，分別為200WL、300WL、400WL、500WL。3）量取入水和出水寬度a和b首先，在AutoCAD中繪制出各傾斜水線間的等分角線φ=5°、15°、25°、35°、…，其對(duì)應(yīng)的傾斜水線分別為φ=10°、20°、30°、40°、…。然后，量取每一等分角線處各橫剖線入水和出水部分的坐標(biāo)a和b。如圖5-5所示。圖5-5入水及出水楔形量取圖根據(jù)量取的坐標(biāo)值，計(jì)算出穩(wěn)性插值曲線結(jié)果如表5-9~5-11所示。表5-9穩(wěn)性插值曲線計(jì)算結(jié)果（一）水線橫傾角10°20°30°200WL排水體積（t）0.8871.4232.201靜穩(wěn)性臂（m）0.2190.5250.723續(xù)表5-9300WL排水體積（t）1.8872.5283.432靜穩(wěn)性臂（m）0.3480.5770.745400WL排水體積（t）3.1503.8384.747靜穩(wěn)性臂（m）0.3380.5570.715500WL排水體積（t）3.7944.5271.172靜穩(wěn)性臂（m）0.3530.6010.730表5-10穩(wěn)性插值曲線計(jì)算結(jié)果（二）水線橫傾角40°50°60°200WL排水體積（t）3.1893.9044.434靜穩(wěn)性臂（m）0.8440.8540.861300WL排水體積（t）4.2424.8501.310靜穩(wěn)性臂（m）0.8180.8280.808400WL排水體積（t）1.3261.7436.042靜穩(wěn)性臂（m）0.7710.7890.780500WL排水體積（t）1.5571.7871.939靜穩(wěn)性臂（m）0.7870.8080.802表5-11穩(wěn)性插值曲線計(jì)算結(jié)果（三）水線橫傾角70°80°90°200WL排水體積（t）4.8641.2451.606靜穩(wěn)性臂（m）0.8270.7680.691300WL排水體積（t）1.6816.0026.299靜穩(wěn)性臂（m）0.7650.7050.629400WL排水體積（t）6.2766.4726.647靜穩(wěn)性臂（m）0.7480.6960.627續(xù)表5-11500WL排水體積（t）6.0456.1296.198靜穩(wěn)性臂（m）0.7720.7200.649據(jù)表5-9~5-11中的計(jì)算結(jié)果繪制穩(wěn)性插值曲線圖，如圖5-6所示。圖5-6穩(wěn)性插值曲線圖利用變排水量的計(jì)算方法，根據(jù)穩(wěn)性插值曲線圖可量取滿載到港水線對(duì)應(yīng)的排水體積下的靜穩(wěn)性臂，并計(jì)算出動(dòng)穩(wěn)性臂的值。在穩(wěn)性計(jì)算中，應(yīng)該把自由液面對(duì)其的影響進(jìn)行修正。計(jì)算結(jié)果如表5-12，其中修正因子k在圖5-7中查得iT。表5-10自由液面修正計(jì)算項(xiàng)目燃油艙1.22.50.30.128500.0056254.78125淡水箱0.60.80.320.410000.0021845332.184533333圖5-7最小操作狀態(tài)下的修正因子k自由液面的修正通過公式（5-3）計(jì)算：（5-3）經(jīng)過自由修正之后快艇滿載到港狀態(tài)下靜穩(wěn)性和動(dòng)穩(wěn)性計(jì)算數(shù)據(jù)如表5-11所示。表5-13靜穩(wěn)性和動(dòng)穩(wěn)性曲線計(jì)算數(shù)據(jù)/m/m/mM/kN·mLd/m·radTR/kN·m00.0000.000000.00000.000100.0410.00000.0418.3840.0040.732200.0140.00000.0142.8290.0081.712300.0170.00000.0173.4820.0112.2644）穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)K校核根據(jù)表5-11所計(jì)算的數(shù)據(jù)及公式（5-4）可計(jì)算出穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)：K=lq/lf計(jì)算結(jié)果及校核結(jié)果如表5-14所示。表5-14穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)K校核橫傾角10°20°30°靜穩(wěn)性臂（m）0.0410.0140.017動(dòng)穩(wěn)性臂（m）0.0040.0080.011穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)K10.251.751.55由表5-12結(jié)果可知，本快艇的穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)K均大于1，故本艇大傾角穩(wěn)性符合規(guī)范要求。5）繪制靜、動(dòng)穩(wěn)性曲線圖由表5-12及5-13計(jì)算數(shù)據(jù)繪制靜、動(dòng)穩(wěn)性曲線。如圖5-8所示。圖5-8靜、動(dòng)穩(wěn)性曲線圖6）重物移動(dòng)對(duì)GZ曲線影響我們可以利用初穩(wěn)性高GM來求出重物移動(dòng)后的橫傾角，由公式(5-5）計(jì)算可得:?0由上式計(jì)算得當(dāng)所有乘客都集中在一舷時(shí)，其橫傾角?0為3.79°，參考規(guī)范得知當(dāng)所有乘客歸于一舷時(shí)其橫傾角一般不大于1.7）動(dòng)橫傾分析動(dòng)橫傾狀態(tài)下快艇航行時(shí)會(huì)出現(xiàn)一種不穩(wěn)定的狀態(tài)，通常中高速艇都需要校核動(dòng)橫傾現(xiàn)象。若一艘快艇的面積載荷系數(shù)Ap/?23≤5.8,而重心位置系數(shù)(Lca圖5-9動(dòng)橫傾檢查圖豚躍是指快艇在靜水中以高速航行時(shí)，由于水動(dòng)壓力的改變，其航行縱傾角和升沉以一定的振幅和頻率像海豚一樣在水中不斷躍動(dòng)的現(xiàn)象[2]。周期性的升沉和振蕩運(yùn)動(dòng)對(duì)艇體具有重要影響。在本次設(shè)計(jì)中采用薩維斯基限制曲線進(jìn)行豚躍現(xiàn)象的校核?？捎晒剑?-6）、（5-7）、（5-8）計(jì)算得：（5-6）（5-7）（5-8）計(jì)算所得結(jié)果如表4-11、4-12所示。表5-15豚躍計(jì)算結(jié)果（一）靜載荷系數(shù)CB艇寬傅氏數(shù)CV水動(dòng)力系數(shù)C0.2924.0550.0410.268表5-16豚躍計(jì)算結(jié)果（二）β01020τcr1.結(jié)合所得結(jié)果可由下圖5-10判斷是否發(fā)生豚躍現(xiàn)象。圖5-10豚躍檢查圖由圖5-10可知，本艇不會(huì)發(fā)生豚躍現(xiàn)象1.5阻力計(jì)算此次設(shè)計(jì)的船舶為高速滑行艇，可利用的阻力計(jì)算方法有：母型船系列資料法、穆雷法船模試驗(yàn)法、薩維斯基法等。根據(jù)建立的模型，本次計(jì)算采用薩維斯基法。