型線改造(內(nèi)河貨船方案設(shè)計(jì))

1、4 型線設(shè)計(jì)4.1 概述主尺度確定之后， 型線設(shè)計(jì)應(yīng)與總布置設(shè)計(jì)互相配合進(jìn)行。 正式的型線圖是 后續(xù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)性能計(jì)算的依據(jù)。 型線設(shè)計(jì)的好壞直接影響到船舶的快速性、 穩(wěn) 性、耐波性等性能，同時(shí)也會(huì)影響到船舶的總布置和建造工藝。因此，型線設(shè)計(jì)主要考慮以下三個(gè)方面：（1）保證設(shè)計(jì)船具有良好的航行性能，（2）應(yīng)滿足總布置的要求，（3）保證結(jié)構(gòu)合理、簡(jiǎn)易，達(dá)到施工、維修方便。 型線設(shè)計(jì)的方法概括起來(lái)有三種： 自行設(shè)計(jì)法、 改造型線法、應(yīng)用系列型線。 實(shí)際上，各種方法不能截然地分開(kāi)。 自行設(shè)計(jì)法也要廣泛利用型船和系列型線資 料，改造型船法也要體現(xiàn)設(shè)計(jì)者的主觀意圖。結(jié)合設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)上的要求， 考慮到本船的

2、具體情況， 本船為一艘小型河散貨 船，型船資料比較豐富，故在本船的型線設(shè)計(jì)中采用型船改造法。4.2 型線設(shè)計(jì)的主要容型線設(shè)計(jì)的結(jié)果是以型線圖來(lái)表達(dá)船體外形的幾何形狀。 控制船體型線的要 素主要有橫剖面面積曲線，設(shè)計(jì)水線和甲板邊線， 橫剖線形狀， 側(cè)面輪廓線。 型線設(shè)計(jì)容分為型線特征參數(shù)的選取和型線生成的方法兩大部分。棱形系數(shù) CpCp 的大小反映了浮力沿船長(zhǎng)的分布情況。興波主要發(fā)生在首端，首波峰高 壓區(qū)主要在首端Cp大，浮力沿船長(zhǎng)分布得比較均勻；Cp小，浮力相對(duì)集中在船 中，船的首尾兩端尖瘦。對(duì)中低速船，船的興波阻力在船首附近。 Cp 小，滿載 水線呈微凹形， 這樣不但可減少首波波高， 而且可

3、減少波峰區(qū)的水動(dòng)壓力在船舶 前進(jìn)方向上的分力，以降低興波阻力。對(duì)于中低速船，由于選取Cb接近經(jīng)濟(jì)方形系數(shù)，因此Cp無(wú)法達(dá)到最佳值。所以，在較小 Fn下，從Cb的經(jīng)濟(jì)值及與之 適應(yīng)的Cm值出發(fā)選擇Cp較為適宜。選用比Cp最佳值大的經(jīng)濟(jì)值，有利于在同 尺度條件下艙容最大，也有利于尾機(jī)型船舶的機(jī)艙及軸系布置。由于本船型線設(shè)計(jì)采用母型船改造法，加之設(shè)計(jì)船與母型船相差較小，故橫剖面系數(shù)參考母型船，取 Cw=0.988,貝U Cp=Cb/Cw=0.7554422浮心縱向位置Xb在一定棱形系數(shù)下，浮心縱向位置 Xb表示了船的排水體積在中前和中后的 相對(duì)大小，即反映中前和中后的相對(duì)豐滿度。當(dāng) Xb在中前時(shí)，船

4、首豐滿，會(huì)使 興波阻力增加，船尾瘦削可降低旋渦阻力。當(dāng)Xb在腫后時(shí)，則產(chǎn)生相反的效果。根據(jù)選定的Cp=0.7554，在參考文獻(xiàn)4 (p254)的較佳浮心縱向位置的圍 圖中顯示，Xb取值在0.4%3%Lpp圍可滿足阻力性能，而最佳浮心位置為 1.4%Lppo本船為雙槳船，實(shí)際值圍為上述值減去 1流右，即Xb取值在-0.6% 2%但由于該船布置比較緊，各分項(xiàng)重心都沒(méi)有太大的調(diào)整裕度， 浮心取最佳浮 心縱向位置會(huì)造成船舶重心調(diào)整的困難，故此處直接取Xb=Xg而不再過(guò)多考慮最佳浮心縱向位置曲線。利用主尺度確定過(guò)程中對(duì)重心的估算值，取值為 Xb=Xg=0.632m即船中偏前1.318%Lpp,在最佳阻力

5、性能?chē)＞唧w重心位置估算如下：表4.1重量估算重心計(jì)算表重量估算重量(t)Xg( m空船重量120.044-4.6貨物3502.75人員行0.71-19.5食品淡水0.64-21燃油2.835-20滑油0.142-18備品及供應(yīng)品1.195-22總和475.5700.632其中：母型船(1500t級(jí)半艙船)：垂線間長(zhǎng)Lpp2=70m空船重心Xg2=-6.7m 設(shè)計(jì)船空船重心：Xg1=(Lpp1/Lpp2) x Xg2 =-4.59m貨物重心：Xg2=24-2-38.5/2=2.75m423船首形狀本船采用前傾型首輪廓線。設(shè)計(jì)水線以上的首柱做成傾斜的，這樣不僅可以使水線以上的面積迅速增加，有利于

6、減小迎浪航行中縱搖和升沉運(yùn)動(dòng)， 而且傾斜 首柱使設(shè)計(jì)水線以上的水線變得瘦削， 可減少首端激波。另外，傾斜首柱增加了 甲板面積，利于首部錨泊設(shè)備的布置，并且使船外形美觀大方。前傾量從總長(zhǎng)， 造價(jià)，增大噸位，增長(zhǎng)泊位，降低進(jìn)出港時(shí)的安全。設(shè)計(jì)水線以下的首柱形狀繼 續(xù)保持水上的傾斜度，并與船底線圓滑的連接。前傾角取42度，船首形狀見(jiàn)圖。圖4.1首部形狀船尾形狀本船為雙機(jī)雙槳船，船尾輪廓線形狀的選擇參考母型船的布置， 采用隧道式 船尾。初步估算螺旋槳直徑約為0.6D，取1.0m。本船采用懸掛舵，初估舵面積Ar=y Ld=1.38 m2,本船為雙槳船，卩取1.8%, 舵高1.2m，舵寬1.15m,平衡比

7、為25%兩槳中心間距4.72m,占船寬59%隧道頂線根據(jù)母型船資料選取，隧道長(zhǎng)度取船尾到第5站的距離。船舶尾部型線的設(shè)計(jì)需要滿足以下要求：(1) 尾封板沉深：為防止空氣進(jìn)入螺旋槳區(qū)域，需使尾封板沉入水線以下一定深度，本船為小型河散貨船，波浪較小，尾封板沉深取值，本船取0.1m，后傾角取0度。(2) 螺旋槳間隙：為保證螺旋槳前后水流的通暢，避免螺旋槳與船體等之間 產(chǎn)生共振，螺旋槳與船體、螺旋槳與舵、螺旋槳與基線之間均應(yīng)留有一定距離的 間隙，選取尺寸如圖所示。(3) 其他長(zhǎng)度要求：如圖4.2，為避免轉(zhuǎn)舵時(shí)，舵葉與船體相撞，間距 H2應(yīng)不小于200mm另外，尾封板下方的船體外板應(yīng)保持一定的傾斜，這有

8、利于改 善尾部流場(chǎng)，提高螺旋槳效率。為保證該處外板斜度，可限制H1,使其不小于300400mm綜上所述，尾部形狀確定如圖4.2所示。圖4.2尾部形狀船底船底采用水平龍骨，無(wú)舭部升高。甲板線設(shè)計(jì)船梁拱取值參考母型船，由于船寬和母型船接近，取值與母型船相同，為 0.1m。首舷弧參考母型船，取值0.574m,折角線200m（ 18站到船首），17站值為 0.143m。尾舷弧取值0.378m,尾舷墻高度0.62m。尾樓高度的設(shè)置應(yīng)充分考慮到規(guī)對(duì)駕駛視線的要求；甲板梁拱取為0.1m,本船為小型貨船，采用圓形分布；首尾舷弧分別取 0.574m/0.378m，以拋物線分 布，首舷弧起弧點(diǎn)為第十五站處，尾舷弧

9、起弧點(diǎn)為第六站處。首尾舷弧形狀見(jiàn)圖 4.3，舷弧高度值見(jiàn)表4.2 :表4.2首尾舷弧咼度表站號(hào)20191817161514舷弧高度0.5740.4160.2530.0900.04100(mm)站號(hào)0123456舷弧高度(mm)0.3780.2830.1730.1010.0.0圖4.3首尾舷弧圖4.3型線繪制在本次的設(shè)計(jì)中，采用CAD繪圖進(jìn)行母型船改造。取設(shè)計(jì)船與母型船的中橫 剖面系數(shù)相同，型線設(shè)計(jì)各參數(shù)見(jiàn)表(3):表4.3型線圖各項(xiàng)參數(shù)表LppBdCmCpCbXb母型船59m9.2m1.6m0.9730.7640.7850.379m設(shè)計(jì)船48m8m1.6m0.9730.7890.7680.63

10、2m因?yàn)樵O(shè)計(jì)船和母型船的棱形系數(shù)，浮心縱向位置不同，本船型線有型船改造 法設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)船的橫剖面面積曲線參考母型船。 首先繪制母型船的橫剖面面積曲 線，再由母型船的橫剖面面積曲線繪制設(shè)計(jì)船的橫剖面面積曲線。平行中體與母型船相同，為912站。具體過(guò)程分為兩步：(1) 修改面積曲線的棱形系數(shù)：因?yàn)樵O(shè)計(jì)船的棱形系數(shù)大于母型船的棱 形系數(shù)，所以將型船的橫剖面積面積曲線變大，修改Cp過(guò)程如下：前半體：由 x a(1x);a Cpf /(1cpf)得 x? CPF1 CPF1 x 后半體：X? CPA1CPA其中，x即為橫剖面面積曲線在每一站的縱坐標(biāo)不變時(shí)橫坐標(biāo)的改變量由 此求出每一站面積曲線的修改量。(2

11、) 修改面積曲線的浮心縱向坐標(biāo)：經(jīng)過(guò)修正，Cp達(dá)到0.78893，滿足要求，此時(shí)浮心縱向坐標(biāo) Xb=0.00790,需 修正到池=0.013167, Yb=0.4390 (船長(zhǎng)為1)。采用遷移法對(duì)浮心縱向位置進(jìn)行修 改：Xby0.01799x Cy(x)其中，xB 0.00790， x即為橫剖面面積曲線在每一站的縱坐標(biāo)不變時(shí)橫坐標(biāo)的改變量由此求出每一站面積曲線的修改量。經(jīng)過(guò)修正，得到橫剖面積曲線 Xb=0.013155 (船長(zhǎng)為1)，C=0.78893，均處于誤差圍之。橫剖面面積曲線及其兩次修正的曲線如圖4.4所示：(3) CAD繪圖作圖步驟(1) 準(zhǔn)備工作要同時(shí)繪制母型船與設(shè)計(jì)船的橫剖面積曲

12、線，曲線的橫坐標(biāo)要縮放，最后對(duì) 應(yīng)母型船的船長(zhǎng)。繪制側(cè)面輪廓線，側(cè)面輪廓線的繪制需要滿足船舶總長(zhǎng)， 水線間長(zhǎng)，尾部螺 旋槳與舵布置，尾封板沉深的要求。繪制折角線、上甲板邊線、甲板邊線、舷墻 頂線,由于這些曲線與船舶性能關(guān)系較小，所以這些線的繪制使用自行設(shè)計(jì)的方 法，以光順、美觀、實(shí)用、便于建造為設(shè)計(jì)目標(biāo)，具體見(jiàn)型線圖。本船繪制400WL 800WL 1200WL 1600WL 2000WL五條水線。相鄰水線距 離400mm劃20站，每站間距2400mm縱剖線作1000、2000、3000縱剖線。(2) 畫(huà)半寬水線圖首先在設(shè)計(jì)船橫剖面積曲線圖上，找到面積與母型船各個(gè)站面積相等的新站 號(hào)(非整數(shù)站

13、)。再將母型船橫剖線圖縮放，縮放目標(biāo)為使之船寬與設(shè)計(jì)船船寬 相等，設(shè)計(jì)水線與設(shè)計(jì)船設(shè)計(jì)水線相等， 得到新橫剖線圖。得到的新橫剖線圖即 為設(shè)計(jì)船的各個(gè)新站號(hào)對(duì)應(yīng)的橫剖線圖。由新橫剖線圖繪制半寬水線圖，此時(shí)用 的是新站號(hào)，非整數(shù)站，去掉非整數(shù)站站線，劃上均勻的120站，即得到設(shè)計(jì)船的半寬水線圖。(3) 繪制設(shè)計(jì)船橫剖線圖跟據(jù)設(shè)計(jì)船半寬水線圖，結(jié)合先前確定的首尾輪廓和甲板線，用均勻的整數(shù) 站再畫(huà)一次橫剖線圖，即可得設(shè)計(jì)船的橫剖線圖。(4) 繪制縱剖線在繪制完成上述各線后，繪制縱剖線進(jìn)行廣順性調(diào)整，縱剖線應(yīng)同時(shí)通過(guò)橫 剖線與半寬水線的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，這樣才能檢驗(yàn)出船舶的光順性。縱剖線不光順處，需 要綜合三向視

14、圖進(jìn)行光順，直至同時(shí)三向視圖同時(shí)滿足光順性與一致性為止。(5) 檢驗(yàn)、量型值、標(biāo)注對(duì)不光順及投影關(guān)系不正確的地方進(jìn)行修改，以達(dá)到型線圖的要求“關(guān)順性、一致性、協(xié)調(diào)性”。檢驗(yàn)完畢后，在圖上讀出型值，并對(duì)進(jìn)行標(biāo)注。4.4靜水力計(jì)算型線繪制完成并光順后，將各站型值量出，填好靜水力性能計(jì)算要素表。通 過(guò)靜水計(jì)算程序stab計(jì)算得出靜水力計(jì)算結(jié)果。靜水力計(jì)算結(jié)果如表4.4所示。 計(jì)算結(jié)果誤差如表4.5所示，均在0.5%以，結(jié)果滿足要求。(靜水力計(jì)算輸入數(shù) 據(jù)表詳見(jiàn)附錄2.1，輸出結(jié)果見(jiàn)附錄2.2)表4.4靜水力計(jì)算結(jié)果表TVDZBXBSXFZMZML0.498.25298.8420.2111.65427

15、8.1371.11112.701332.7270.8216.226217.5240.4251.254300.6410.7376.807180.951.2340.098342.0.6351.317.0.445.019130.8691.6475.033477.8830.8520.679360.216-1.7484.509134.942621.703625.4341.0760.127370.763-1.4694.009111.447TCBCWCMCPCHID/CMM/CMDZI/CM0.40.640.7240.9060.7060.8832.7986.847-0.0650.80.7040.7830.9560.7360.8993.8.181-0.1.20.7380.8260.9710.760.8943.199.283-0.1.60.7730.9380.9780.7910.8243.62413.350.13220.810.9660.9820.8240.8383.7314.3810.114