55000吨远洋散货船毕业设计学位论文(4)

武汉理工大学毕业论文（设计）

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13.2.3航速校核

根据经验公式V＝2.42Lpp0.17273B-0.22589T-0.0664Cb-0.41631（Ps/0.736）0.205N-0.01033

经计算，所得航速V=15.6kn，大于设计书要求的14.2kn，将根据情况在后面适当改变主机，以获得最佳效益。

3.2.4稳性校核

根据文献[3]的公式：

GM?a1*T?a2*B2T??*D=1.534m

在此式中:

a1?0.948?0.68Cb/Cwp?0.23(Cb/Cwp)2?0.509； a2?(0.083*Cwp1.81)/Cb?0.0809, 其中水线面系数Cw=(1+2CB)/3=0.913 ξ＝0.61～0.65，这里取0.64

根据规定，GM=1.534>0.15m,故满足要求。

3.2.5横摇周期校核

由以下公式计算：

T??0.58fB2?KG2

GMO B/d＝2.56，f取1.02。

GMo—未计及自由液面修正的初稳性高，KG=ξ*D=0.64*17.9=16.235m

T?=16.235s

满足规范要求的最小值8s。

3.3主尺度优化

以上主尺度的确定只是一个初步设计方案，但并不是一个最佳的设计方案，在实际设计中设计方案的优化是非常重要且是必须的。优化的主要步骤有：

1．确定设计变量。一般而言有船长，船宽，型深，吃水，方形系数。主机功率或航速。在设计中长将以上参数无量纲化。

2．建立目标函数。

船舶设计是多目标多学科多参数多约束的设计问题，目标函数的确定直接关系到设计的优越性。一般而言将选择对设计质量有重大影响的指标列出，根据其影响程度给与加权。

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运输传播设计的经济性方面的主要目标有PFR,NPV等。

3．约束条件。一般根据航道港口的限制条件，船东的技术要求，规范法规公约的具体要求定出。

4．确立设计的模型。

5．选择优化方法。主要的优化方法有网格法，最优化法，模拟退火法，遗传算法。 本次设计根据老师的要求就不具体进行优化。但实际中一定要优化。

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第四章 型线设计

4.1概 述

型线设计是船舶总体设计的一项重要内容。初步设计阶段中的型线设计通常是在船舶主尺度（L、B、D、d、CB）确定后与总布置设计配合进行的，但在设计方案构思；和选择主尺度时，就要对船体型线有所考虑，并在型线设计中加以体现和检验。正式的型线图是性能计算、结构设计、各种布置和建造放样的依据，必须认真对待。综合起来，型线设计应注意以下几个方面：

4.1.1保证良好的航海性能

型线设计时，通常是把快速性（阻力与推进）放在主要地位来考虑的。一般来说从快速性、耐波性、稳性、及抗沉性上来考虑船体水下部分的型线；同时从耐波性、稳性以及砰击等方面来考虑水上部分的型线，力求做到船体水下和水上两部分型线在几何上的合理配合。

4.1.2考虑总布置要求

包括需要的甲板面积、船舱尺度、舱口尺寸、机舱和设备的布置、浮态调整等总布置的要求。在总布置和性能相矛盾时，应适当降低对某些性能的要求，以照顾布置上的经济、合理、实用和安全。

4.1.3考虑船体结构的合理性和工艺性

在型线设计中考虑船舶性能、总布置、结构、工艺等要求时，首先要根据不同类型船舶的不同使用特点，综合权衡。另外，设计中可参照优秀的母型船型线，并按设计船要求用适当的方法作适当的修改。

4.1.4 外观造型

水线以上的首尾轮廓线、甲板边线以及外露的折角线应考虑外观和造型方米昂的要求。对于客船、游船等更应考虑型线与上层建筑等相互的协调，使之成为一个优美的整体。

本次设计根据老师要求，采用型船改造法进行型线设计。

4.2主要型线要素的选择

型线设计的结果是以型线图来表达船体外形的几何形状。控制船体型线的要素主要是：

a. 横剖面面积曲线 b. 设计水线和甲板边线 c. 横剖线形状 d. 侧面轮廓线

4.2.1棱型系数Cp

Cp的大小反映了浮力沿船长的分布情况。波主要发生在首端，首波峰高压区主要在首

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端Cp大，浮力沿船长分布得比较均匀；Cp小，浮力相对集中在船中，船的首尾两端尖瘦。对中低速船，船的兴波阻力在船首附近。Cp小，满载水线呈微凹形，这样不但可减少首波波高，而且可减少波峰区的水动压力在船舶前进方向上的分力，以降低兴波阻力。对于中低速船，由于选取Cb接近经济方形系数，因此Cp无法达到最佳值。所以，在较小Fn下，从Cb的经济值及与之适应的Cm值出发选择Cp较为适宜。选用比Cp最佳值大的经济值，有利于在同尺度条件下舱容最大，也有利于尾机型船舶的机舱及轴系布置。

设计型线时参考指导老师给出的型船资料：本船Cb=0.8694，型船Cm=0.9970 , 则Cp=Cb/Cm=0.8720。

4.2.2浮心纵向位置Xb

在一定棱形系数下，浮心纵向位置Xb表示了船的排水体积在中前和中后的相对大小，即反映中前和中后的相对丰满度。当Xb在中前时，船首丰满，会使兴波阻力增加，船尾瘦削可降低旋涡阻力。当Xb在中后时，则产生相反的效果。

本船在设计中Xb占船长百分比取与型船相同值。型船Xb＝93.302m，占垂线间长178m的52.417％。因此，设计船浮心纵向位置位于船中前2.417％处。

4.2.3船首形状

设计水线以上的首柱做成倾斜的,这样不仅可以是水线以上的面积迅速增加，有利于减小迎浪航行中纵摇和升沉运动，而且倾斜首柱使设计水线以上的水线变得瘦削，可减少首端激波。另外，倾斜首柱增加了甲板面积，并且使船外形美观大方。从经济性和实用性角度来考虑，前倾过大，会增加总长和造价，增大吨位，增长泊位，降低进出港时的安全。因此设计水线以下的首柱形状时继续保持水上的倾斜度，并和底龙骨圆滑的连接。查了诸多型船的船首，选择有球首的，简图4.1如下：

图4.1 球首

4.2.4船尾形状

船尾轮廓线的形状的选择主要是考虑舵和螺旋桨的布置以及与横剖面型线的配合，现代单桨运输船舶一般都采用巡洋舰尾，其侧面轮廓图见下图4.2：

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图4.2船尾

4.2.5船底

船底采用水平龙骨，根据首尾部轮廓按照光顺性和协调性的要求绘制出船底线。

4.3型线绘制

在本次的设计中，也采用CAD绘制迁移图进行型线对母型船的改造。

母型船方形系数为0.8776，棱形系数为0.8806，中剖面系数CM为0.9970,水线面系数为Cw＝0.9538,浮心纵向位置为Xb＝93.302m,垂线间长Lpp＝178m，船宽B=23.7m,吃水T＝10.4m。

设计船中剖面系数取CMo=CM=0.9970,则CP=CB/CM=0.8720。

因为设计船和母型船的浮心纵向位置相同，所以要按型船的横剖面面积曲线绘制设计船的横剖面面积曲线。只需修改面积曲线的棱形系数具体如下：

根据型船横剖面图量测得的各站面积值，经无因次化后得到横剖面面积比。以站号为x轴，面积比为y轴绘制型船横剖面面积曲线（见图4.3曲线1）

用”1-Cp”法进行横剖面面积曲线修改：

设计船的棱形系数Cp=0.8720，型船棱形系数Cpo＝0.8806

因此

Cp?Cpo?0.8720?0.8806?0.0086；且Cpo>Cp

设计船Cp小，则将型船面积曲线向内迁移。迁移量参照新老船舶Cp差值（在面积曲线图内，将X轴（整个0站—20站）作为参照Cp，最大值为Cpmax=1，在面积为1处的值为新老船Cp差0.0086，面积0处Cp为0，两点连成直线，则可以很清楚地得到每一对应面积面积曲线向内迁移的迁移值），得到曲线2。（见图4.3曲线2）

改造前后的横剖面面积曲线如下图4.3所示：

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