船舶设计方案原理.docx
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船舶设计方案原理
1.1.1空船重量（LW）：
1）包括所有由规范和规格书要求的设备和装置在内的船体、机器和电气重量。
但下列各项不计入空船重量：
●超过规范和规则推荐的备品
●船员及其行李
●在船舶管系和液舱中的油水
●非永久固定的属具
●所有船东供应品
2）主机、辅机和锅炉内直接用于推进以进入工作状况所必需的油水。
但下列各项不计入空船重量：
●饮用水舱、淡水舱、辅机冷凝器和造水机中的淡水
●除日用油舱（柜）到主机外的管系中的燃油
●辅机冷凝器、造水机及其有关管系中的海水
●滑油泄放舱、滑油循环舱、滑油储藏舱及其有关管系中的滑油
1.1.2载重量（DW）
包括货物,船员及其行李,燃油,滑油及炉水,食品,淡水,备品及供应品等重量.
1.1.3满载排水量
船舶装载了预定的全部载重量的载况称为满载,其相应的排水量称为~
货船通常取4种载况
1.1.5浮力,船体所排开水的重量
△=P▽=PKLBTCb
浮性公式△=∑Wi=LW+DW=PKLBTCb
1．重量重心的控制的重要性
1.2.1若重量估算过轻,导致减载航行或不减载,但干舷减少;
1.2..2若重量估算过重,导致船舶尺度偏大,增加船舶建造的原材料和工时,或,实际吃水小于设计吃水,可能影响推力,海上航行耐波性也变差;
1.2.3如果重心纵向位置计算误差过大,则实船会出现较大纵倾,影响浮态与快速性及耐波性;
1.2.4如果重心高度位置计算误差过大,则实船初稳性高将产生较大的减少或增加,从而影响船舶稳性与横摇性能
二.空船重量估算
1.分类
LW=Wh+Wf+Wm
Wh船体钢料重量
Wf木作舾装重量
Wm机电设备重量
2.1.2布置特征对钢料的影响
甲板层数---取决于布置特点和使用要求
舱壁数---取决于规范和使用要求
上层建筑的大小—与船型和使用要求有关
2.1.3船级,规范,航区对钢料重量的影响
IACS国际船级社协会制定的共同规范平均钢材会增加5%
*CSR-COMMONSTRUCTURALRELES应用了先进的波浪载荷模型,将腐蚀也考虑进去,采用了极限强度的概念,运用直接计算技术,针对货船和油船
*2.1.4结构材料对钢料的影响
一般强度钢,屈服强度235N/mm2,按韧性又分为A,B,D,E四个等级
高强度钢屈服强度315N/mm2和屈服强度355N/mm2
高强度钢的使用可节越钢料重量约20%
2.2船体钢料的粗略估算
前提都要有母型船作依据
方法有四种：
百分数法
平方模数、
立方模数、
统计公式法
2.2.2平方模数法
Wh=ChL（B+D）
只适用于总纵强度不突出的小船
2.2.3立方模数法
Wh=ChLBD
A）Wh=ChLB【D+（Sa+Sf）/6+∑LiHi/L】
（考虑设计船的舷弧高度和上建与母型的差异）
B）Wh=ChLBL/D1/2+｛1+【Cb+（1-Cb）（D-T）/3T】/2｝
L/D1/2从强度出发，考虑不同尺度比对钢料重量的影响；
1+【Cb+（1-Cb）（D-T）/3T】/2考虑船体肥瘦的影响；
适用于中型、大型船舶
4机电设备重量Wm的估算
机电设备重量包括主机、辅机、轴系、动力管系与电气设备等。
对于我们专业用主机功率估算这部分重量是最有可行性，
Wm=Cm（P
Cm机电设备重量系数，可取自母型船或图表如P34
或Wm=9.38（P/N）0。
34+0.68（P0.7
P主机额定功率,KW
N主机额定转速r/min
1.空船重心纵向位置：
1）粗估：
与船长成正比，系数取自母型船。
2）分项换算:
如果母型船的资料较详细,可用该方法。
分项方法可参照重量计算的方法。
3）Xg=（WhXgh+WfXgf+WmXgm）/（Wh+Wf+Wm）
船体钢料重心位置Xgh正比于船长
舾装重心位置Xgf也正比于船长
机电重心位置可按其重心距机舱后壁的距离正比于机舱长度的方法
2.载重量重心纵向位置：
货、油、根据总布置估算，或按型线取舱容的形心位置；行李备品根据居住区域估算。
3.空船重心高度：
1）粗估：
与型深成正比，系数取自母型船
2）分项换算：
Zg=（WhZgh+WfZgf+WmZgm）/（Wh+Wf+Wm）
3）储备：
将整个空船的重心高度提高0.05~0.15m作为储备
4.载重量重心高度
货、油、根据总布置估算，或按型线取舱容的形心位置；人员可按甲板上1m取，客船通常按救生甲板上1m取；行李备品按居住区域的甲板上1m估算；双层底的油水按2/3估算。
问答题
1、在船舶设计中改善稳性的措施有哪些？
答：
在船舶设计中改善稳性的措施有：
①合理调整B（或B/T）、水线面系数、重心高度，适当控制初稳性高度。
②尽可能降低，增大D/T（或F/T），采用大的舷弧和外飘的横剖线，控制好静稳性曲线的形状特征。
③注意液舱数量及大小的布置，尽量减少自由液面对初稳性和稳性曲线的影响。
④增大横摇阻尼（如设置舟比龙骨，减小舟比部半径等），减小横摇角。
⑤减小横倾力矩（如：
控制好上层建筑的布置，减小受风面积及风压中心的高度；限制旅客横向活动范围；降低拖钩位置；防止货物横向移动等）。
2、何谓最佳船长、经济船长？
答：
最佳船长是指对于中高速船舶，对应于阻力最小的船长；
经济船长是指从造价和营运经济角度出发，对应于阻力稍有增加的较短船长。
3、什么叫最小干舷船、结构吃水？
答：
最小干舷船：
按“载重线”法规所要求的最小干舷来确定型深的船舶，称为最小干舷船。
对于富裕干舷船，在设计时保证最小干舷所求得最大装载吃水Tmax，并使船体结构设计符合Tmax的要求，则此Tmax称为结构吃水。
4、什么是船舶的耐波性？
答：
是指船舶在风浪中遭受外力干扰产生各种摇摆运动以及砰击、上浪、失速等情况下，仍能维持一定航速在水面上航行的性能。
5、常用的船体型线的生成方法有哪几种？
答：
常用的船体型线的生成方法有改造母型法、系列型线、自行绘制、数学型线。
6、CCS规范对标准肋距有何规定？
答：
我国《钢质海船建造规范》规定：
首尾尖舱范围内的S≯600mm。
首防撞舱壁至距首垂线0.2Lbp区域内，S≯700mm；离尾垂线0.15Lbp至尾尖舱壁之间的间距S≯850mm。
7、在船舶设计中，纵倾调整可采用哪几种方法？
答：
①改变油舱和淡水舱的布局，但须注意油水消耗后浮态的变化。
②可适当移动机舱的位置，或压缩机舱的长度。
③改变浮心的位置：
不单从快速性来考虑，而要结合总布置的合理性。
④设置首部平衡空舱或深压载舱。
8、横剖面面积曲线的形状特征和参数包括哪些？
答：
①横剖面面积曲线下的面积相当于船的型排水体积；
②曲线面积的丰满系数等于棱形系数；
③面积形心的纵向坐标表示船的浮心纵向位置；
④曲线的最大纵坐标值代表最大横剖面面积（船丰满时通常是中剖面面积）；
⑤丰满船的横剖面面积曲线中部水平段长度即船舶的平行中体长度；
⑥平行中体前后两段分别称为进流段和去流段；
⑦无平行中体船的最大横剖面位置；
⑧曲线两端端部形状。
9、何谓船的续航力和自持力？
答：
续航力：
一般指在规定的航速和主机功率情况下，船一次所带的燃油可供连续航行的距离。
自给力：
是指船上所带的淡水和食品在海上能维持的天数
10、民船空船重量由哪几部分组成？
为什么要加排水量储备？
答：
民船空船重量由船体钢料重量、木作舾装重量、机电设备重量、固定压载（货船不允许）、排水量裕度（2~5%LW）组成。
设计中通常加一定的排水量裕度，其原因主要有：
①估算重量时有误差；
②设计过程中设备的增加；
③建造过程中材料的代用，重量的变化及位置的改变；
④考虑一定的安全裕度。
船舶设计原理
一、判断题
1.总吨位是量计全船所有“围蔽处所”的吨位。
（）
2.船的快速性的好坏取决于船的阻力的大小，推进性能的优劣以及船体与推进器的配合。
（）
3.增大船长L，会使船舶的摩擦阻力变大，快速性变差。
（）
4.砰击是指船舶在纵向摇摆时水相对船舶随机变化而产生的水动力冲击。
（）
5.可浸长度是指沿船长方向以某一点为中心的舱室破损后，不致淹过甲板的最大允许舱长。
（）
6.改造型船法中所谓合适的母型船，应该满足：
其航行性能是优良的；母型船的Fn，Cp，Xb，Lpp/B及B/T等参数与设计船相近。
（）
7.网格优化法的优点在于用少数的变量，就能得到目标函数的等值曲线，精确地找出主要要素解的位置。
（）
8.船舶钢料重量粗略估算方法中，立方模数法适用于内河船舶及小型船舶。
（）
9.设计一艘船舶过程中，第一步首先要根据设计任务说明书计算船舶的排水量。
（）
10.高速船安装球鼻首，对船舶阻力无影响。
（）
1.X2.O3.X4.O5.X6.O7.X8.X9.X10.X
二，选择题
1.下面关于抗沉性知识叙述不正确的是（）
A.线界限是指在船侧该甲板上表面以下不小于76mm处所绘的线
B.许可舱长＝可浸长度X分舱因数
C.可浸长度指沿船长方向以某一点为中心的舱室破损后，不致淹过甲板的最大允许舱长
D.渗透率是指该处所能被水浸占的百分比
2.设计过程中在选择船宽的时候，要针对不同的船舶找到起主导作用的主要矛盾,以下针对不同船舶主要矛盾说法错误的是：
（）
A.拖船因为工作的原因，在选择船宽时主要应该考虑稳性对船宽的要求
B.集装箱的船宽是按货箱的布置情况来决定的
C.客船应该着重考虑快速性
D.海洋客船应该着中考虑耐波性
3.下面关于船舶稳性判断错误的说法是（）
A.增加B和B/T对改善初稳性非常有效
B.增加Cwp对改善初稳性甚为有效
C.当船舶B/T较大时，增加T则常使初稳性下降
D.增加Cb对增加初稳性有一定的好处
4.以下关于快速性说法正确的是（）
A.增大船长会增大船舶的阻力
B.增大方形系数会减小船舶的阻力
C.增大船长会减小船舶的兴波阻力
D.增大方形系数会增大船舶的阻力
5.下面不属于船舶经济指标的选项是（）
A.单位运输成本
B.投资回收期
C.必要运费率
D.年度总收入
6.下列关于船舶的主要要素确定过程中问题叙述正确的是（）
A.客船属于布置地位型船舶
B.油船属于布置地位型船舶
C.在确定油船主尺度时主要校核其操纵性
D.在确定客船主尺度时主要校核其快速性
7.关于船舶净吨位使用说法正确的是（）
A.计算河运的通行费
B.表示运输船舶的大小
C.计算造船或租船费用
D.船舶检验、船舶登记、丈量的收费标准
8.以下开支不属于船舶营运开支的是（）
A.燃料费B.货物通关税费
C.船员工资D.保险费
三，填空题
1.风浪失速是指船舶在海上航行，由于风和浪的扰动，使得在保持不变的情况下航行的速度较静水条件时的减小量。
2.船舶技术性能包括快速性，，，，操纵性等等。
3.船舶的主要要素中，对船体钢料重量影响最大的的是。
4.全船重量可分为空船及二大部分，其中空船重量又可分为船体钢料重量，，。
5.横剖面面积曲线，就是以为横坐标，并以设计水线下个各为纵坐标所绘制的曲线。
6.受风面积包括满实面积和。
7.总布置设计的工作包括：
对船舶主体及上层建筑进行总体规划，调整船舶的浮态，，，造型设计。
8.自持力是指船上所带和能在海上维持的天数。
9.船舶的耐波性是指船舶在风浪中遭受外力干扰产生各种摇摆运动以及，，失速情况下，仍能维持一定航速在水面安全航行的性能。
10.船舶的主要尺度包括船长，，，，干舷。
四，名词解释
1.试航速度:
2.货物的积载因数：
3.最小干舷船：
4.抗沉性：
5.受风面积：
五，简答题
1.民船的四种典型载况分别是什么？
并简述四种典型载况的装载特点。
2.请用简易框图的形式表示出确定载重型船舶主要要素的主要流程。
3.何谓初稳性的上限值和下限值？
六，计算设计题
1.使用母型船改造的方法设计新船，已知母型船排水量27000t，主要尺度分别为垂线间长145米，船宽22.8米，型深13.2米，吃水10米；而设计船排水量为22000t，使用母型船比例换算法求设计船的主要尺度。
[Lpp<160m时，D=D0（Lpp/Lpp0）5/3]（8’）
========================标准答案=========================
一、判断题（1’x10）
1.X2.O3.X4.O5.X6.O7.X8.X9.X10.X
二，选择题（2’x10）
1～4CCDC5～8DAAB
三，填空题
1.功率（P112第四章）
2.稳性，抗沉性，耐波性（P47第四章）
3.船长（P18第二章）
4.载重量，木作舣装重量，机电设备重量（P15第二章）
5.船长，横剖面面积
6.非满实面积（P81第四章）
7.布置船舶舱室及设备，规划及设计交通路线（P265第七章）
8.淡水，食品
9.砰击，上浪（P106第四章）
10.船宽，型深，吃水（P119第四章）
四，名词解释
1.是指满载试航速度，即主机在最大持续功率情况下，静深水中的新船试航测得的速度。
（P6第一章）
2.是每吨货物所占据的货舱容积，即货舱容积与载重量之比。
（P36第三章）
3.对于积载因数小的重货船，可按《载重线规范》决定其最小干舷，从而确定出船的型深D。
（P131第四章）
4.指船舶在遭受海损而破舱后，仍能保持其一定浮性和稳性的能力。
（P92第四章）
5.指船正浮时实际水线以上船舶各部分在船的中线面上的侧投影面积。
（P81第四章）
五，简答题
1.满载出港：
设计状态。
满载到港：
这时船上的油水等重量，为定为设计状态时油水储备的10％，不包括滑油。
空载出港：
穿上不载运货物，油水等为设计储备量的100％。
空载到港：
船上不载运货物，油水等为设计储备量的10％。
（P17第二章）
2.（P10第一章图1－3）
3.①保证船舶安全和使用要求的初稳性的下限值GMmin
②保证船舶横摇缓和的初稳性上限值GMmax（P71第四章）
船舶设计基础试题卷（A）
1、设计布置地位型船舶时，通常应先确定（）
A.主尺度、系数；B.排水量；C.载重量；D.空船重量
2、最小干舷船的
是根据（）确定的。
A.积载因数；B.载重线规范；
C.型深；D.容积
3、在主尺度一定的情况下，（）标志着船舶经济性。
A.货舱舱容；B.航速；
C.主机功率；D.耗油量
4、某船排水量为10000t，现要对该船进行改造，使其增加1000t，则改造后的船舶排水量为（）
A.11000tB.10000tC.大于11000tD.小于11000t
5、空船重量不包括下面哪一项（）
A.机电设备B.燃油C.船体钢料D.木作舾装
二、名称解释：
1、富裕干舷船：
2、积载因数：
3、载重型船舶：
4、干舷甲板：
5、失速：
三、问答题：
1、船舶容量包括哪几个方面？
分别适用于哪类船舶？
试举例说明。
2、如何衡量快速性好的标准是什么？
其对哪些方面会产生较大的影响？
3、从所发生海难事故分析，船舶是否会因破损浸水而不沉没或倾覆，与哪些因素有关？
4、在总布置设计过程中，一个重要内容是纵倾调整工作，为保证确定的浮态，纵倾调整的原则方法有哪些？
5、船舶在风浪中失速的种类有哪些？
改善的方式有哪些？
四、综合分析题：
分析下面50000t油轮的设计任务书，回答问题：
本轮为载重量50000t，载运散装原油的尾机型柴油机远洋轮，航行于国际航线。
主机采用低速柴油机，使用燃料油。
当主机发出连续使用功率为15600KW时，服务航速约为15kn。
续航力为20,000nmile。
主机燃油储备量按15600KW，15kn计算。
本轮的满载最大吃水不得超过12m，方形系数不得小于0.684，其他尺度按最佳状态选取。
分析：
1、简述该船设置专用压载水舱的必要性，并说明设置压载水舱的有关要求？
2、设计低速肥大型油船时，从兴波阻力角度和经济性角度来选择棱形系数
时为什么存在着相反的结论？
如何来处理这一矛盾选择设计船的
？
船舶设计基础参考答案
一、ABACB
二、
6、富裕干舷船：
当设计积载因数较大的货船时，按载重线求得最小干舷F，所决定的型深D，往往不能满足货舱容积的要求。
型深D需要根据舱容决定，即D>Fx+T，船的实际干舷大于最小干舷，这种船称为富裕干舷船。
7、积载因数：
单位重量（重力）的货物所占货舱的容积。
单位为m3/kg（m3/kN）
8、载重型船舶：
油船、散货船等载重量占排水量比例较大的船舶
9、干舷甲板：
用以计算干舷的甲板，通常是最高一层露天全通甲板，该甲板上所有的露天开口有永久性的封闭装置，其下在船侧的所有开口有永久性的水密封闭装置。
对具有不连续甲板的船舶，露天甲板的最低线及其平等于升高部分甲板的延伸线取为干舷甲板。
10、失速：
船舶在海上航行，由于风和浪的扰动，使得在功率保持不变的情况下航行速度较静水条件时的减少量。
包括自然失速和主动失速。
三、问答题：
6、船舶容量包括哪几个方面？
分别适用于哪类船舶？
试举例说明。
答：
船舶容量常包括两方面内容，即货舱容积和甲板面积。
货舱容积多用于载运货物的船舶，如散货船；甲板面积常适用于甲板上需要载运货物或乘客的船舶，如客船。
7、如何衡量快速性好的标准是什么？
其对哪些方面会产生较大的影响？
答：
衡量快速性的好坏常从两个方面来说明：
2）在满足设计任务书各项要求的同时，达到规定的航速指标，船舶所需的主机功率最小；
3）在主机功率一定的情况下，在满足其他要求的情况下，航速最高。
航行速度的好坏对于船舶的经济性、使用要求影响较大。
8、从所发生海难事故分析，船舶是否会因破损浸水而不沉没或倾覆，与哪些因素有关？
答：
常与以下因素有关：
船舶设计时对抗沉性问题考虑的合理、周密程度；船舱破损的位置、尺寸和进水量；发生海损时的环境条件——海况；海损后船员所采取的损管措施。
9、在总布置设计过程中，一个重要内容是纵倾调整工作，为保证确定的浮态，纵倾调整的原则方法有哪些？
答：
船舶装载情况变化，船的浮态也随之发生变化，营运船舶在各种装载情况下应有适宜的浮态。
满载出港时主要解决适宜纵倾问题，有效的方法有：
改变油舱、淡水舱的布局；适当移动机舱位置。
对空船压在状态，通过重新分配压载舱来调整。
10、船舶在风浪中失速的种类有哪些？
改善的方式有哪些？
答：
船舶在风浪中失速一种是恶劣海况时为了避免发生因剧烈纵摇及升沉运动而引起的严重的甲板上浪、首部砰击或飞车而被迫降低航速或适当改变航向的主动失速；还有一种是为阻力增加而产生的被动失速。
改善失速的方法，一是减小船在风浪中阻力的增加；二是改善在恶劣海况中船的运动，以求被迫减速的幅度不大。
四、综合分析题：
分析下面50000t油轮的设计任务书，回答问题：
本轮为载重量50000t，载运散装原油的尾机型柴油机远洋轮，航行于国际航线。
主机采用低速柴油机，使用燃料油。
当主机发出连续使用功率为15600KW时，服务航速约为15kn。
续航力为20,000nmile。
主机燃油储备量按15600KW，15kn计算。
本轮的满载最大吃水不得超过12m，方形系数不得小于0.684，其他尺度按最佳状态选取。
分析：
1、简述该船设置专用压载水舱的必要性，并说明设置压载水舱的有关要求？
本船设专用压载舱，对防止污染有利，同时能使油舱及压载分开，装卸货油与排抽压载水可同时进行，因而可缩短停港时间，增大运输能力。
设置压载舱的有关要求：
本船的型深应当比无志用压载舱的者适当增加，船长及船宽则基本保持在正常范围。
与同吨位不设专用压载舱的油船相比，本船的长度型深比及宽度型深比将会小些。
3、设计低速肥大型油船时，从兴波阻力角度和经济性角度来选择棱形系数
时为什么存在着相反的结论？
如何来处理这一矛盾选择设计船的
？
棱形系数
对船的剩余阻力影响很大，从兴波阻力的角度考虑，要求减小
以减小兴波；而从经济性角度考虑，
大者便于布置，
小两端尖瘦，不利布置。
因此从这两个方面看，结论是相反的。
但油船主要是从经济性角度考虑，因其速度低，兴波阻力是次要的，因此在阻力增加不大的情况下，尽量增大
，在经济性上是有利的。
《船舶设计原理》
•1、设计的初始阶段，如何确定新船的重心高度？
在设计初期即主尺度及排水量确定阶段，船舶的主要图纸均并不具备，设计船的重量重心只能依据母型或统计资料进行较为粗略的估算。
①粗估法
通常假定Zg正比于型深，即：
D、D1——型深和相当型深；
、
——系数，通常取自于母型船，通常仅用于设计初期
②、分部分项换算
（1）条件：
母型船的分部重量重心资料
（2）方法：
分部换算法估算设计船钢料、舾装、机电各部分的重心度，然后用力矩法求取空船重心高
通常，船体钢料与木作舾装的重心高
、
正比于型深或相当型深，机电设备重心高
正比于舱深（D-hd）
•2、重力与浮力不平衡，对新船性能会产生哪些不良影响？
如何区分船舶的排水量及设计排水量两定义
如果重力大于浮力；实际吃水将超过设计吃水。
此时可能出现以下情况：
①新船不能在预定的航线上航行，或必须减载航行，这是因为，对于沿海和内河船舶，往往是航道水深限制了船舶吃水；对于远洋船舶，则是停靠港的泊位水深限制了船舶吃水。
②船舶干舷减小，储备浮力减少，船舶大角稳性与抗沉性难以满足，甲板容易上浪，船舶结构强度也可能不满足要求．
如果重力小于浮力，实际吃水小于设计吃水。
螺旋桨可能露出水面而影响推进效率，海上航行时船舶耐波性也可能变差。
同时船舶尺度选择势必偏大，船舶建造所需的原材料与工时消耗增加，显然，船舶经济性降低。
•3、在影响钢料重量的主尺度及系数中，影响最大的因素是什么？
影响最小的因素是什么？
为什么会产生这样的影响？
主尺度及方形系数对Wh的影响程度是不同的，其顺序为L、B，D、T，Cb。
它们对Wh的具体影响程度因船舶类型、建筑及结构特征，主尺度的大小等而异，
，影响最大的因素是L；大多数构件（如外板、底部结构、甲板、舱壁、舷侧结构等）都与船长有关；
从强度方面看，船长L越长，其在水中所承受的纵向弯矩M越大，对船体结构纵向构件的尺寸要求也大。
影响最小的因素是Cb；Cb增大（一般当Cb>O．6时），则需增大船体梁剖面模数W．这会引起总纵强度构件重量增加；
另外，Cb增大，会引起外板、甲板，底部结构、舱壁等构件尺度和数量微小的增加。
总之，方形系数Cb增大，会使船体钢料重量Wh有所增加，不过影响甚微。
4、说明在不同设计阶段船舶的重量重心计算方法是不一样的
1）计算特点：
1贯穿于整个设计过程的始终
2逐步近似
2）计算方法：
不同设计阶段是不一样的
（1）技术设计、施工设计及完工设计时：
按图纸进行详细的分项计算
（
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