3500T油船性能设计毕业设计论文Word文件下载.docx
《3500T油船性能设计毕业设计论文Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《3500T油船性能设计毕业设计论文Word文件下载.docx（68页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
mainscale；
speediness;
design
前言
油船作为船舶的重要类型，在载货船中占有举足轻重的地位；
其中本次设计的3500油船属于小型油船，对航道、运河及港口具有较强的适应性.营运方使灵活，在近海海域.低净空桥梁和港口吃水限制等方面受限较少，既能靠泊海洋钻井平台.又能适应近远洋航运，具有很髙的经济性和很强的实用性。
3500t油船属于小型灵便型油船，由于对航道、运河及港口有较强的适应性，营运方便灵活，因而被称为“灵便型”。
灵便型油船大小港口都能进出，在近海海域、低近空桥梁和港口吃水限制等方面受限较少，既能靠泊海洋钻井平台，又能适应近远洋航运，具有很高的经济型和很强的实用性，被大量应用于二工程原油中转、进口原油转载、内河沿线港口码头原油运输，近海钻井平台油运等等。
在油船尺度及船型论证方面，上海船舶运输科学研究所与上海交迎大学合作开发了“标准经济船论证与主尺度分析程序”。
马坤、常会育等人介绍了沿海成品油油运市场对油船的要求情况以及沿海港口对成品油船设计的限制条件，探讨规范的变化对成品油船结构的影响并对现有成品油船技术状况及存在的问題进行分析.总结了现有油船船型的特点。
大连理工大学研究生张付喜通过对货源、港口、航璲等自然条件的分析得出结论：
0.5万-5万吨的成品油船适合于我国沿海成品油运输，并利用大量数据作为设计和分析的基础，应用巧VisualBasic语言来编写沿海成品油船技术经济论证程序.完成沿海成品油船技术经济论证的任务。
在油船总体设计方面，宋德华对闪点小于60C的成品油船总体设计中所需要的知识、设计要点、技巧.方法.资料等问题进行了详细说明：
在灵便型油船型线设计方面."
分段原理"
是TK在1960年前后针对低速肥大船型所提出的一种有效的新设计方法.在这种方法中船型可以分为：
三段.各自独立地设计：
进流段的设计要使得兴波阻力最小去流段的设计要保证有最好的推进效率，而平行中体的长度则根据排水量的要求来调整。
在优化方法方面，无约束优化问题的梯度很难求得，这种情况在物理、化学、经济、工程中会经常遇到，此时不用求梯度的算法是最佳选择。
步长加速法是Hookes和Jeeves在上世纪六十年代提出的、解决非线性无约束问题的一种免梯度方法。
在该方法提出的早期，由于传统的步长加速法收敛逨度慢，且收敛性没得到证明，而被人们所忽视。
1991年.Torczon首次证明了这种算法的收敛性，这种算法再次引起了人们的注意。
在改善收敛速度，减少计算量方面.除了把步长法应用于并行机，国内学者彭叶辉提出每次不成功迭代后，充分利用已有迭代点的信息，构造近似下降方向，产生新的迭代点。
在此基础上，他又提出和构造了模矢搜索和遗传算法的混合优化算法。
在模矢搜索方法的搜索步上，用一个类似于遗传算法的方法产生一个有限点集。
2006年.吴绪权提出在模矢搜索的第二阶段尝试一雄搜索以达到加快收敛速度的目的，并提出了构造多个初始点的方法。
在提高船舶使用的经济性方面，船舶设计水平的提高，设计软件（如强度有限元分析、疲劳分析）的普及，使得油船的结构及节点更合理、重量更轻、寿命更长，在大型油船的设计上更是如此。
另外，环保对于油船越来越重要，防污染要求和技术也越来越髙。
油船是船舶行业中的顶梁柱，对其的设计内容涵盖了主尺度要素确定、型线设计、螺旋桨设计、船体总纵强度校核等部分，综合考察了我们对船舶的分析和设计能力，是对大学四年知识的综合运用。
关于油船设计的参考文献众多，通过这一段时间的学习，我不仅接触了更加专业的设计实践，同吋锻炼了英文能力，学习了更多的专业英语词汇，为此后的设计打好了基础，做足了准备。
1油船设计任务书及分析
1.1油船设计任务书
航区及用途
本船航行于我国沿海各主要港口，以装载石油。
可装运各种液态物质，流体物应在整个舱室处所范围内均匀装载，并尽可能形成水平，以尽量减小货物移动的危害性。
船级
本船的船体、轮机、电气设备等设计和建造应符合中国船级社（CCS）的“钢质海船入级与建造规范（2012）”的要求，其它性能满足中华人民共和国海事局“国际航行海船法定检验技术规则（2008）”要求。
主尺度限制
设计吃水T≦。
装载量要求
设计吃水（T）时的载重量DW≧3500t
货舱舱容Vc≧4000m3
航速
本船满载试航速度Vt≧11Kn，
主机参数：
6BSD-18A2×
368kw/900rpm
旋向：
右旋减速比：
i=5:
1
续航力与自持力
续航力R=3000nmile，自持力为30d。
船员定额24人
舱室布置要求：
设单人间20人，其余为双人间。
1.2设计任务书的分析
本船为我国沿海油轮，要全年通航近海，因此吃水不受到太大限制，根据任务书要求，取为本船吃水。
考虑到空载时全船的重心较高，应注意到对横摇周期的影响，适当调整压载水的位置，并留出自由液面，利用它对横摇周期好的影响。
根据主机布置原则，尾机型在推进和货舱布置上占有优势，但空船时有尾倾，满载时可能有首倾，因此必须考虑到首尾或双层底内有足够压载水来调整。
本船要求满载试航时航速不小于11节，从母型船资料来看，这个航速不难达到，同时采用单桨单舵以改善阻力性能，推进性能，操纵性能。
以使主机功率得以充分发挥。
方型系数的选择要以从舱容和阻力性能两方面来考虑，在保证舱容的前提下，还要兼顾快速性。
从造价和对方形系数影响程度来增大型宽和型深的办法比较合适，在这种情况下方形系数可略减小。
另外大的型深可保证舱容和最小干舷的要求，大的型宽有利于改善水线面系数，对总布置也是有利的，取满足要求的最小进流段和去流段之后，尽可能加大平行中体长度，一方面对舱容有保证，同时简化了设计型线。
本船为了降低阻力，减小能耗，首尾部型线采用球鼻形。
为制造上的方便，球首、球尾采用折角线型。
折角线在纵向按流体的流线形成，船体上下部分用折线相连而不是用光顺的曲线连接，以减少船体加工，简化装配工作。
同时船舶尾端采用方艉，一方面为了制造上的方便，另一方面方艉的尾部纵剖线坡度缓和趋近直线，这样可以使水流大致沿纵剖线放向流动，减少高速水流的扭转和弯曲程度，从而减小能量损失，改善阻力性能。
1.3船型选择与设计技术措施
船型选择
本船为飞溅艏、方尾、单甲板、双底设顶边舱、双机双浆、柴油机驱动、具有多舱的艉机型油船。
设计技术措施
（1）参照母型船和保证货舱布置以及推进方面的原因，采用尾机型。
（2）根据主机，减速器的选择，确定机舱的长度。
（3）货舱长度由母型船在满足舱容前提下确定。
（4）螺旋桨直径尽可能取大一些，可保证深度和提高推进效率以及减小激力。
（5）首部采用飞剑艏以减小兴波阻力，尾部采用双方尾以改善推进性能。
（6）保证压载水舱，燃油舱，淡水舱的舱容。
（7）充分参考设计优良的母型船，来替代相应规范缺乏。
设计流程图
结合母型船，按如下流程进行设计（见图1-1）：
图1-1船舶主尺度论证流程
2主尺度认证及性能校核
船舶的排水量、主要尺度（船长、船宽、型深、吃水）以及船型系数（方形系数、棱形系数、水线面系数、中剖面系数）统称为船舶主要要素。
他们是描述船舶几何形状的一些最基本的特征数据。
这些要素对船舶技术经济性能（如：
快速性、稳性、耐波性、重量、容量、强度、总布置、经济性等）都有重大的影响，对船舶设计质量也起着决定性的作用。
因此合理地确定船舶主要要素是船舶设计中最基本最重要的工作之一。
船舶设计的理论和实践表明，船舶主要要素的确定必须满足如下的基本要求：
（1）满足浮力要求，即新船设计吃水时的浮力应等于设计排水量（LW+DW）；
（2）满足容量要求，即满足新船所需的舱容和甲板面积；
（3）满足新船的各项技术性能，包括快速性、稳性、操纵性、耐波性和强度等；
（4）满足用船部门（船东）对新船的使用要求；
（5）满足客观条件（航区航线、港口、建造厂等）对新船主要要素的限制；
（6）努力提高新船的经济性。
确定船舶主要要素有三个显著特点：
问题的综合性、求解的灵活性与多解性、求解过程的逐步近似。
由于主要要素的确定要处理错综复杂的矛盾且结果具有多解性，因此确定主要要素的过程往往是逐步近似的。
开始时着眼于主要要求，初选主要要素，继而进行各项性能估算，修正主要要素，最后，通过必要的绘图和较准确的校验调整并确定主要要素。
母型船资料
表2-1母型船资料
项目
Lbp（m）
B（m）
D
T
△（t）
V（kn）
Pm（kw）
2850t油船
排水量估算
按载重量系数法初步估算排水量Δ，则
确定主尺度及船型系数
（1）Lbp=Lo×
η×
1.0743=m取m
（2）B=Bo×
3=取
（3）T=To×
1.0743=取
（4）D=Do×
×
型深需要考虑两方面的要求：
①要满足舱容要求VC≮3800m3：
参考母型船取为0.92。
②根据海船规范，要满足L/B＞5,B/D≤2.5的要求：
当D取≤2.5。
此数合理。
（5）
（6）
综合上述，初步选取Lbp=B=T=D=Lbp=0.673
Lbp
重量校核
（1）空船重量估算
采用立方模数法：
（2）载重量估算
人员及行李（65+50）×
食品及淡水15×
24×
燃油60t
滑油60×
备品及供应品0.7%×
（3）重力与浮力的平衡
Δ
Dw+Lw=
（Lw+Dw-Δ
满足设计任务书的要求。
航速校核
海军系数法：
海军系数
有效功率
初稳性的估算
初稳性方程
其中
按母型船资料换算
初稳性高
故满初稳性足要求。
横摇周期的估算
合格
主尺度论证小结
初步确定主尺度及船型系数为：
Lbp=
D=
B=
T=
本章是先确定了载重量，然后再去用载重系数法确定排水量，接着根据母型船来确定主尺度和船型系数，然后估算空船重量再进行重量校核，最后进行了航速校核，稳性计算，和横摇周期的估算。
所做工作从理论方面做了阐述和计算分析，为后续过程的设计打下了良好的基础。
3型线设计
型线设计的任务是设计并绘制出型线图。
型线图是后续的结构设计、性能计算、模型试验、舱室布置和放样建造的依据。
型线设计实际上是与总布置设计平行或交叉进行的，且要与总布置的要求互相协调。
船体型线设计是船舶总体设计的重要内容之一，船体型线的好坏对船舶的技术性能和经济性有重大的影响。
船舶主要要素只表示船舶的主要特征，而确定船舶形状的则是船舶的型线。
因此，型线设计时必须注意以下几点：
（1）保证新船具有良好的快速性
型线对船的快速性和耐波性影响很大，对稳性、抗沉性及操纵性等都有一定的影响。
型线设计时，除对耐波性有特别要求的船外，一般都把快速性放在首位来考虑。
（2）满足总布置要求
与总布置有关的甲板地位、船舱尺度、机舱和设备的布置、浮态调整等的要求都应在型线设计中加以考虑。
当总布置与性能对型线的要求发生矛盾时，往往以适当地降低对某些性能的要求，来满足总布置的需要。
（3）考虑船体结构的合理性和施工、维修的方便
复杂多变的船体形状，不仅增加建造工时，多耗材料，而且不易保证施工质量，影响结构强度；
过长过浅的尾悬体影响尾部的强度和刚度；
外漂过渡、底部平坦的船首增加波浪的冲击和船底的抨击；
上翘过大的首尾龙骨影响进坞搁墩和强度等。
绘制型线图的方法归纳起来有：
改造母型法、自行绘制法、系列型线、数学型线等等。
本船采用改造母型法。
绘制母型船水线以下横剖面面积
图3-1母型船水线以下横剖面面积曲线
计算母型船水线以下各站横剖面面积
利用CAD的面域功能计算各站横剖面面积，
图3-2水线以下各站横剖面面积
表3-1母型船水下以下各站横剖面面积值
站号
横剖面积
11
12
2
13
3
14
4
15
5
16
6
17
7
18
8
19
9
20
10
绘制母型船横剖面面积曲线
图3-3母型船横剖面面积曲线
3.3（l-Cp）法求各站移动距离
表3-2母型船各站移动距离
母型船的垂线间长Lbpo=
m
设计船的垂线间场Lbp=
母型船菱形系数Cpo=
设计船菱形系数Cp=
母型船的浮心纵向位置占全船Lpp%
0.50%
中前
设计船船的浮心纵向位置占全船Lpp%
前体
Cpfo=Cpo+2.25Xbo=
Cpf=Cp+2.25Xb=
&
Cpf=Cpfo-Cpf=
Cpf/（1-Cpf）=
后十站
19站
X19=（1-0.9）*&
Cpf/（1-Cpf）*Lpp/2
18站
X18=（1-0.8）*&
17站
X17=（1-0.7）*&
16站
X16=（1-0.6）*&
15站
X15=（1-0.5）*&
14站
X14=（1-0.4）*&
13站
X13=（1-0.3）*&
12站
X12=（1-0.2）*&
11站
X11=（1-0.1）*&
后体
Cpao=Cpo-2.25Xbo=
Cpa=Cp-2.25Xb=
Cpa=Cpao-Cpa=
Cpa/（1-Cpa）=
前十站
9站
X9=（1-0.1）*&
Cpa/（1-Cpa）*Lpp/2
8站
X8=（1-0.2）*&
7站
X7=（1-0.3）*&
6站
X6=（1-0.4）*&
5站
X5=（1-0.5）*&
4站
X4=（1-0.6）*&
3站
X3=（1-0.7）*&
2站
X2=（1-0.8）*&
1站
X1=（1-0.9）*&
图3-4由母型船横剖面面积曲线得设计船横剖面面积曲线
选定绘图比例，绘制设计船的格子线。
绘制辅助水线半宽图
（1）在水线图上绘制辅助站位置；
（2）在辅助站上量取半宽Yi=B，其中Yi和B为设计船某辅助水线在各站的型值半宽和型宽。
Yio和Bo分别是母型船各水线的型值半宽和型宽，由此得到各辅助水线。
图3-5辅助半宽水线
绘制横剖面图以及半宽水线图
（1）在辅助水线上读出各理论站上辅助水线的半宽值
（2）画出辅助横剖面图
图3-6辅助横剖面图
（3）在横剖面图上画出辅助水线，Ti=Tio/To，其中T和To分别为设计船和母型船的设计吃水，已知T=5.7，To=5.3.
表3-3理论水线与辅助水线数值比较
数值（mm）
理论站
辅助站
（4）在辅助水线上量取每一站的半宽值就值实际半宽值
（5）在实际半宽水线上量取半宽值就是实际半宽值
表3-4设计船实际半宽值
平底线
水线
1000
2000
3000
4000
5000
5700
——
（6）利用表3-4中的实际水线半宽值，从而得到水线以下部分的横剖面图。
图3-7水线以下部分的横剖面图
绘制纵剖面图
把横剖面图以及半宽水线图中的纵剖线图个点投影到侧面图中，绘制各条纵剖面，并进行三面光顺。
图3-8纵剖面图
绘制首尾轮廓并进行三项光顺
把纵剖面图上首尾轮廓的点在半宽水线图上和横剖面图上进行光顺
图3-9有首尾轮廓线的纵剖面图
绘制型值表
图3-10型值表
最终型线图
按比例缩小图见附图0
图3-11型线图
4总布置设计
以满足船东提出的使用要求和航行性能为前提，合理经济地确定新船整体布置的工作，就是所谓总布置设计。
纵布置设计的任务是要完成新船总布置图的设计与绘制。
船舶总布置图，一般包括侧面图、各层甲板、舱底平面图及平台平面图，有的还要绘出横剖面图和阴影图。
总布置设计是船舶设计中极为重要的一环。
总布置设计的好坏对船舶的使用效能与经济性、航行性能与安全性以及结构工艺性都有直接的影响，总布置设计与型线设计一样，会影响全局，是后续设计绘图与计算工作的只要依据。
总布置设计的特点是涉及面广、考虑因素多、实践性强。
虽然是设绘一张总布置图，但涉及到船、机、电三个专业，其中，船体又包括总体性能、船体结构及舾装等三个方面；
考虑的因素包括船舶使用要求、航行性能与经济性；
同时，总布置又因船舶类型、用途、航区条件等的不同可有很大差异。
因此，进行总布置设计时必须注重调查研究。
通过调查，通彻了解使用者的意见，了解同航线上同类船舶的舱室布置、设备配置及布置要求，把握设计船布置上的特殊性；
通过分析研究，统筹处理好设计船的各种矛盾，抓住主要矛盾，拟订设计措施，发挥创造性，形成设计特色。
在总布置设计中，除了注意各类船舶布置上的特殊要求外，一般都应遵循的原则
（1）最大限度地提高船舶的使用效能。
客船应合理分区，客舱布置应经济实用，保证旅客的舒适安全，交通方便。
（2）保证船舶的航行性能。
合理地进行船上各项重量分布，以保证船舶在各种装载情况下有良好的浮态；
降低重心，减小受风面积及合理设计干舷甲板上的开口位置以改善大倾角稳性；
合理地布置水密舱壁以改善船舶抗沉性与结构强度；
采用舷弧或升高甲板保证首部干舷以减少甲板上浪；
良好的驾驶视线和航行信号设备布置以减少航行事故；
此外，还要注意当事故发生时便于船员对船舶及乘客进行施救与逃生等。
（3）满足各有关规范、规则及公约的要求。
（4）便于建造、检查、
升级会员 