第五章 型线设计(F)
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Lcb ( Fn, C p )
3） Lcb与型线相配合—隧道型船，Lcb应适当前移
（三）平行中体长度和位置
1）平行中体 低速船（兴波集中于端部） —改善兴波阻力； 中速船—兴波有利干扰 ； （Fn<0.24） 增加载货能力 ； 2）最大横剖面位置 Fn >0.24时，不设平行中体； Fn <0.3时，应设于船中处； Fn >0.5时，应设于5%（中后）处；
1
同理可得：
C pa (1 2 xba ) 1 C pa
ha
C pa
2(1 C pa )
2
1 2C
pa
(1 xba )
（3）
面积曲线变化量 C pf 、 C pa
根据浮力平衡条件：
2C p C pf C pa
和力矩平衡条件：
2C p xb h f C pf ha C pa 2(C p C p )(xb xb ) 可得： 2 C pf C p (ha xb ) xb (C p C p ) h f ha 2 C pa C p (h f xb ) xb (C p C p ) h f ha
C w (0.97 ~ 1.01)C p
2
3
（二）水线首端形状与半进流角
首部： Fn<0.16时，凸形 Fn∈[0.16,0.19]时，微凸或直线型 Fn∈[0.19,0.22]时，直线或微凹 Fn∈[0.22,0.32] 凹形——中速 Fn>0.32时，直线或微凸形，——高速 • 半进流角ie：对兴波阻力有影响，（图5-8）
1）梯形作图法
（1）作等腰梯形AEFD。图中：
BE FC LWL (1 C p )
（2）作斜梯形AE1F1D。当设计船浮心Xb 不在船中时，可利用迁移法对其进行改 造，其中梯形面积心G的高度：
OG 4C p 1 6C p AM
（3）按照面积相等原则绘制面积曲线。
2）自行修改型船面积曲线
2、绘首尾轮廓线，满载水线，甲板轮廓线
1） 首尾轮廓 2） 满载水线：Cw， Cp，首尾端形状 3） 甲板轮廓线：甲板总布置要求
3、绘各站横剖线
• 各站具体形状参照优秀型船对应站的形 状； • 甲板以下，设计水线以上部分按曲线趋 势确定 。
1）中横剖线
2）其他站上的横剖线：
（由中向首、尾绘制）
（一）比例变换法
xi x 0 i y i y 0i z i z 0i
（ xi , yi , zi ）——设计船上任一点； （ x0i , y0i , z 0i）——与设计船对应的母型船上的点； 船舶尺度间的关系（变换前后）：
L L0 ,
Lcb Lcb0
1）“1-Cp”法
（1）
形变函数表达式
设：形变函数δ x=a(1-x)
C pf x dy
0
1
a(1 x)dy a( dy xdy)
0
1
1
1
a
C pf
a(1 C pf ) x
0
0
C pf
曲线的Xb（图5-36）：
（1）在基线上取K点，其距中值等于型船的Xb0； （2）取B点的水平距中值为设计船的Xb，其垂 直距离为 （3）过基线上各站2，4，6，…作KB的平行线； （4）过型船面积曲线上各站面积坐标点作水平 线交上述各平行线于2‘，4’，6‘，…； （5）连接2‘，4’，6‘，…得设计船面积曲 线。
绘制原则： （1）面积应等于横剖面面积曲线相应位置 上的数值； （2）设计吃水处半宽应等于设计水线上相 应横剖面处的半宽。
U型、V型和中间型横剖面作图法：
4、绘半宽水线图和纵剖线图 *三面投影光顺，协调 *斜剖线：可检验舭部光顺性 5、编制型值表、注尺寸、字、符号
二、改造母型法
（一）比例变换法 （二）移动横剖面变换法 1、 改造面积曲线的方法 2、由母型船型线转绘为设计船型线的 方法
折角线船型
-工艺简单
四、船首、船尾形状
（一）船首形状
（二）船尾形状
1、方尾：
--与巡洋舰尾 特点恰相反
五、船尾螺旋桨的布置
间隙： ①有适当浸深（满载、压载） ②减少激振→加大间隙 ③ 减少阻力→减少间隙 a： 小，有利于回收舵剖面处的旋转能量 b： 大，虽w减少不利，但螺旋桨吸水显 著降低，有利于提高船身效率 c： 小，有利于提高直径 d：
应校核：
Ai C p 1 ( )dx 2 A m
1 2
Ai 12 ( Am ) xdx Xb Cp
1 2
3）作图法修改型船面积曲线
修改曲线的棱形系数（图5-35）：
（1）用无因次坐标绘制型船面积曲线； （2）取 CE DF C p C p0 C p （3）截取aa’=11’；bb’=22’；… （4）连接a’，b’，c’，…成光顺曲线。
5-3
型线设计及绘制方法
1) 自行设计法 2) 改造母型法： •1-Cp； •Lakenby； •二次式变换（夏安福） ；
一、自行设计法
1、设计、绘制横剖面面积曲线 满足：▽，Lpp，B，d，Cb，Cp，Cm， Lcb…的要求 1）梯形作图法 2）自行修改型船面积曲线 3）作图法修改型船面积曲线 4）图谱法（系列船型资料法）
其中，
(4)
xdy C
0
1
pf
式中
1
0
x 2 dy 2C pf xbf
Af C pf (1 2xbf ) Lpf (1 C pf )
（4）式是通过δ Cpf和δ Lpf来对面积曲线进行变换的。
（2） 面积曲线变化部分形心距中 h f , ha
C pf 对船中之矩：
C pf h f x dy ( x
0 1
1
x
2
)
C pf
1 C pf
1 1 xx dy (x) 2 dy 0 2 0 1 1 C pf 2 1 2 0 x(1 x)dy 2 (1 C pf ) 0 (1 x) dy
“1-Cp”法:
优点：变换式简单；满足Cb和Lcb要求；易光顺
缺点： 1)平行中体长度不能控制：
Lpf
C pf
1 C pf
(1 Lpf )
2)不适用于无平体时Cp减少的情况
2）“Lakenby 法”
① 形变函数 δ x=c(1-x)(x+d) (1)
边界条件： x=1时, δ x=0
B B0 d d 0 , D D0 , Z b Z b 0
▽=λ β γ ▽0 不能改变Cb,Cp,Cm等； 当λ =β =γ 时，设计船与母型船几何相似。
（二）移动横剖面变换法
---当设计船与母型船Cp及Lcb不同时
1、 改造面积曲线的方法 1）“1-Cp”法 2）“Lakenby 法” 3）二次式变换函数法 4) 迁移法
5-4 几种典型的船舶型线
• • • • • • • 1、球鼻首 2、球尾 3、双尾鳍 4、不对称尾 5、涡尾 6、隧道船型 7、纵流船型
1、球鼻首（Since 1920`s）
1）减阻机理：
满载节能：10%~20%
低速船、整流 （减少破波阻力） 压载节能：20%~25% 中高速船：形成有利干扰
2）球首形式
3）、球首几何参数
球首适宜尺寸：
2、球尾---广泛用于现代商船 （Since1930′s）
1）减阻机理 阻力：摩擦阻力有所增加， 但可显著降低漩涡阻力； 推进：整流，使t小，w大，大 振动：减少螺旋桨激振
2）球尾参数
3、双尾鳍（Since1980`s）
---适用于：Cargo,Ferry,Passenger
将上式展开，其中 ：
xdy C
0 1 2
1
pf
1 0 x dy 20 2 x ( x dy) 2 xbf C pf C pf (1 2 xbf ) C pf 得，h f [1 2C pf (1 xbf )] 2 1 C pf 2(1 C pf )
1）改造母型法 1—Cp法 Lakenby法 二次式函数法（夏氏法） 系列船型资料法 2）自行设计法 3）数学船型法 参数设计法：吃水函数法，纵向函数法， 曲面法。
5-2 主要型线要素
表征船体外形特征的参数 ： 1）主尺度及船形系数 2）横剖面面积曲线 3）设计水线形状 4）横剖线形状 5）首尾轮廓及甲板线
曲线的形状特征：
①V，▽ ②Lcb ③Cp ④Am ⑤Lp ，Le，Lr ⑥最大横剖面位置 ⑦曲线端部形状
实船面积曲线例 ：
（一）Cp的选择
1）对阻力的影响
对剩余阻力有利的 Cp （ 泰 勒 理 论 值 （ 曲 线1）） ： Fn<0.3时，Cp≈0.52 Fn>0.45时，Cp≈0.65
实际上：
当x=Lpf时，δ x=δ Lpf
又 C pf 0 x dy
1
（2）
（3）
由条件（2）（3）可求得系数c,d,代入（1）中，得
1 C pf C pf L pf 1 L pf L pf ( x L ) x (1 x) pf 1 L pf Af
2）尾鳍形式 直立、八字、倒八字。 内旋：推进效率高 外旋：操纵性好
4、 不对称尾及涡尾（Since1960`s） 机理：“预旋流作用”，节能5~7%
涡尾：
• • • • 平头纵流涡尾 尖头涡尾 球首涡尾 外旋涡尾
5、隧道船型（内河船）
机理：大直径、低转速螺旋桨
机理：大直径低转速，增大伴流，使流场分布均匀
第五章 型线设计
5-1 概述
型线设计：
1）保证船具有良好的性能
水下部分：浮性，稳性，快速性，操纵性，耐波性； 水上部分：耐波性，稳性，破损稳性； 2）与总布置、结构相互协调 容积，甲板，舱壁位置，舱口尺寸，机舱布置，浮 态调整； 3）使结构合理、施工、维修方便 曲面、平面、折角线型；
型线设计方法：
（四）面积曲线端部形状
首部: • Fn<0.22时，凹型、直线型 （凹型易产 生肩点，增加兴波） • Fn∈[0.22,0.28]时，由于兴波增强，取 消平体，首端易呈凹或微凹 • Fn>0.28时，首端微凹或直线 尾部： 直线或微凹
二、设计水线形状
（一）Cw 的影响 • 稳性； • 布置； • 耐波性； • 快速性； *确定Cw的着眼点是快速性、其次是其他 • • *Cw与Cp的协调：
0 ：转速每降低10%，可使螺旋桨效率提高3%→螺旋桨直
径与转速的关系：
n0 0.56 D ( ) D0 n
螺旋桨转速降低后：
h o r
显著增加 不变
略有下降
1 t H 1 w
6、纵流船型
（内河及限制航道水域）
水流沿纵剖线流动： ① 有利于消波 ②减少阻力 ③ 甲板面积大 *缺点：风浪中易发生拍击
（三）水线尾端形状
• 尾部： 光顺、避免漩涡； 一般为直线。
三、常规横剖面形状
常规横剖面:
1、 横剖线形状与面积曲线和 设计水线的关系
U型：对应于ie较小的设计水线 V型：对应于ie较大的设计水线
2、 U型和V型横剖线：
---阻力、推进、耐波性、稳性
• 实际： 大型运输船
用U型剖面
中速船舶 小船、快艇 用V型剖面 双桨船
1） 节能机理
阻力：①尾部隧道为纵流线型，有利减阻； ②两个尾体细长，阻力小； ③细长体L/B大，B/d小，有利于减少粘 压阻力； ④ Fn<0.2时，摩擦阻力为主要成分； Fn>0.2时，兴波阻力为主要成份； ⑤双尾鳍船可缩短去流段，加长进流段 ，使阻力减少。
推进： ①每只螺旋桨负荷低，有利于提高船身效率； ②降低激振力。
Cb a)对中低速船运输船，由于 C p ，而此时Cb值较大 Cm
→Cp无法达到阻力最佳值→取经济Cp值
b)当Fn较高时，阻力最佳与Cp经济值较接近
2) 对总布置及建造工艺的影响 Cp小：船两端尖廋、工艺性差
3）与其他参数及型线的协调
Cb Cp Cm
（二）Lcb 的选择 1） 阻力：存在阻力意义上的最佳 低速货船： Lcb 在中前； Fn>0.24时： Lcb 在中后。 2） 调纵倾—使Lcb与船重心位置Xg相配合
3） Lcb与型线相配合—隧道型船，Lcb应适当前移
（三）平行中体长度和位置
1）平行中体 低速船（兴波集中于端部） —改善兴波阻力； 中速船—兴波有利干扰 ； （Fn<0.24） 增加载货能力 ； 2）最大横剖面位置 Fn >0.24时，不设平行中体； Fn <0.3时，应设于船中处； Fn >0.5时，应设于5%（中后）处；
1
同理可得：
C pa (1 2 xba ) 1 C pa
ha
C pa
2(1 C pa )
2
1 2C
pa
(1 xba )
（3）
面积曲线变化量 C pf 、 C pa
根据浮力平衡条件：
2C p C pf C pa
和力矩平衡条件：
2C p xb h f C pf ha C pa 2(C p C p )(xb xb ) 可得： 2 C pf C p (ha xb ) xb (C p C p ) h f ha 2 C pa C p (h f xb ) xb (C p C p ) h f ha
C w (0.97 ~ 1.01)C p
2
3
（二）水线首端形状与半进流角
首部： Fn<0.16时，凸形 Fn∈[0.16,0.19]时，微凸或直线型 Fn∈[0.19,0.22]时，直线或微凹 Fn∈[0.22,0.32] 凹形——中速 Fn>0.32时，直线或微凸形，——高速 • 半进流角ie：对兴波阻力有影响，（图5-8）
1）梯形作图法
（1）作等腰梯形AEFD。图中：
BE FC LWL (1 C p )
（2）作斜梯形AE1F1D。当设计船浮心Xb 不在船中时，可利用迁移法对其进行改 造，其中梯形面积心G的高度：
OG 4C p 1 6C p AM
（3）按照面积相等原则绘制面积曲线。
2）自行修改型船面积曲线
2、绘首尾轮廓线，满载水线，甲板轮廓线
1） 首尾轮廓 2） 满载水线：Cw， Cp，首尾端形状 3） 甲板轮廓线：甲板总布置要求
3、绘各站横剖线
• 各站具体形状参照优秀型船对应站的形 状； • 甲板以下，设计水线以上部分按曲线趋 势确定 。
1）中横剖线
2）其他站上的横剖线：
（由中向首、尾绘制）
（一）比例变换法
xi x 0 i y i y 0i z i z 0i
（ xi , yi , zi ）——设计船上任一点； （ x0i , y0i , z 0i）——与设计船对应的母型船上的点； 船舶尺度间的关系（变换前后）：
L L0 ,
Lcb Lcb0
1）“1-Cp”法
（1）
形变函数表达式
设：形变函数δ x=a(1-x)
C pf x dy
0
1
a(1 x)dy a( dy xdy)
0
1
1
1
a
C pf
a(1 C pf ) x
0
0
C pf
曲线的Xb（图5-36）：
（1）在基线上取K点，其距中值等于型船的Xb0； （2）取B点的水平距中值为设计船的Xb，其垂 直距离为 （3）过基线上各站2，4，6，…作KB的平行线； （4）过型船面积曲线上各站面积坐标点作水平 线交上述各平行线于2‘，4’，6‘，…； （5）连接2‘，4’，6‘，…得设计船面积曲 线。
绘制原则： （1）面积应等于横剖面面积曲线相应位置 上的数值； （2）设计吃水处半宽应等于设计水线上相 应横剖面处的半宽。
U型、V型和中间型横剖面作图法：
4、绘半宽水线图和纵剖线图 *三面投影光顺，协调 *斜剖线：可检验舭部光顺性 5、编制型值表、注尺寸、字、符号
二、改造母型法
（一）比例变换法 （二）移动横剖面变换法 1、 改造面积曲线的方法 2、由母型船型线转绘为设计船型线的 方法
折角线船型
-工艺简单
四、船首、船尾形状
（一）船首形状
（二）船尾形状
1、方尾：
--与巡洋舰尾 特点恰相反
五、船尾螺旋桨的布置
间隙： ①有适当浸深（满载、压载） ②减少激振→加大间隙 ③ 减少阻力→减少间隙 a： 小，有利于回收舵剖面处的旋转能量 b： 大，虽w减少不利，但螺旋桨吸水显 著降低，有利于提高船身效率 c： 小，有利于提高直径 d：
应校核：
Ai C p 1 ( )dx 2 A m
1 2
Ai 12 ( Am ) xdx Xb Cp
1 2
3）作图法修改型船面积曲线
修改曲线的棱形系数（图5-35）：
（1）用无因次坐标绘制型船面积曲线； （2）取 CE DF C p C p0 C p （3）截取aa’=11’；bb’=22’；… （4）连接a’，b’，c’，…成光顺曲线。
5-3
型线设计及绘制方法
1) 自行设计法 2) 改造母型法： •1-Cp； •Lakenby； •二次式变换（夏安福） ；
一、自行设计法
1、设计、绘制横剖面面积曲线 满足：▽，Lpp，B，d，Cb，Cp，Cm， Lcb…的要求 1）梯形作图法 2）自行修改型船面积曲线 3）作图法修改型船面积曲线 4）图谱法（系列船型资料法）
其中，
(4)
xdy C
0
1
pf
式中
1
0
x 2 dy 2C pf xbf
Af C pf (1 2xbf ) Lpf (1 C pf )
（4）式是通过δ Cpf和δ Lpf来对面积曲线进行变换的。
（2） 面积曲线变化部分形心距中 h f , ha
C pf 对船中之矩：
C pf h f x dy ( x
0 1
1
x
2
)
C pf
1 C pf
1 1 xx dy (x) 2 dy 0 2 0 1 1 C pf 2 1 2 0 x(1 x)dy 2 (1 C pf ) 0 (1 x) dy
“1-Cp”法:
优点：变换式简单；满足Cb和Lcb要求；易光顺
缺点： 1)平行中体长度不能控制：
Lpf
C pf
1 C pf
(1 Lpf )
2)不适用于无平体时Cp减少的情况
2）“Lakenby 法”
① 形变函数 δ x=c(1-x)(x+d) (1)
边界条件： x=1时, δ x=0
B B0 d d 0 , D D0 , Z b Z b 0
▽=λ β γ ▽0 不能改变Cb,Cp,Cm等； 当λ =β =γ 时，设计船与母型船几何相似。
（二）移动横剖面变换法
---当设计船与母型船Cp及Lcb不同时
1、 改造面积曲线的方法 1）“1-Cp”法 2）“Lakenby 法” 3）二次式变换函数法 4) 迁移法
5-4 几种典型的船舶型线
• • • • • • • 1、球鼻首 2、球尾 3、双尾鳍 4、不对称尾 5、涡尾 6、隧道船型 7、纵流船型
1、球鼻首（Since 1920`s）
1）减阻机理：
满载节能：10%~20%
低速船、整流 （减少破波阻力） 压载节能：20%~25% 中高速船：形成有利干扰
2）球首形式
3）、球首几何参数
球首适宜尺寸：
2、球尾---广泛用于现代商船 （Since1930′s）
1）减阻机理 阻力：摩擦阻力有所增加， 但可显著降低漩涡阻力； 推进：整流，使t小，w大，大 振动：减少螺旋桨激振
2）球尾参数
3、双尾鳍（Since1980`s）
---适用于：Cargo,Ferry,Passenger
将上式展开，其中 ：
xdy C
0 1 2
1
pf
1 0 x dy 20 2 x ( x dy) 2 xbf C pf C pf (1 2 xbf ) C pf 得，h f [1 2C pf (1 xbf )] 2 1 C pf 2(1 C pf )
1）改造母型法 1—Cp法 Lakenby法 二次式函数法（夏氏法） 系列船型资料法 2）自行设计法 3）数学船型法 参数设计法：吃水函数法，纵向函数法， 曲面法。
5-2 主要型线要素
表征船体外形特征的参数 ： 1）主尺度及船形系数 2）横剖面面积曲线 3）设计水线形状 4）横剖线形状 5）首尾轮廓及甲板线
曲线的形状特征：
①V，▽ ②Lcb ③Cp ④Am ⑤Lp ，Le，Lr ⑥最大横剖面位置 ⑦曲线端部形状
实船面积曲线例 ：
（一）Cp的选择
1）对阻力的影响
对剩余阻力有利的 Cp （ 泰 勒 理 论 值 （ 曲 线1）） ： Fn<0.3时，Cp≈0.52 Fn>0.45时，Cp≈0.65
实际上：
当x=Lpf时，δ x=δ Lpf
又 C pf 0 x dy
1
（2）
（3）
由条件（2）（3）可求得系数c,d,代入（1）中，得
1 C pf C pf L pf 1 L pf L pf ( x L ) x (1 x) pf 1 L pf Af
2）尾鳍形式 直立、八字、倒八字。 内旋：推进效率高 外旋：操纵性好
4、 不对称尾及涡尾（Since1960`s） 机理：“预旋流作用”，节能5~7%
涡尾：
• • • • 平头纵流涡尾 尖头涡尾 球首涡尾 外旋涡尾
5、隧道船型（内河船）
机理：大直径、低转速螺旋桨
机理：大直径低转速，增大伴流，使流场分布均匀
第五章 型线设计
5-1 概述
型线设计：
1）保证船具有良好的性能
水下部分：浮性，稳性，快速性，操纵性，耐波性； 水上部分：耐波性，稳性，破损稳性； 2）与总布置、结构相互协调 容积，甲板，舱壁位置，舱口尺寸，机舱布置，浮 态调整； 3）使结构合理、施工、维修方便 曲面、平面、折角线型；
型线设计方法：
（四）面积曲线端部形状
首部: • Fn<0.22时，凹型、直线型 （凹型易产 生肩点，增加兴波） • Fn∈[0.22,0.28]时，由于兴波增强，取 消平体，首端易呈凹或微凹 • Fn>0.28时，首端微凹或直线 尾部： 直线或微凹
二、设计水线形状
（一）Cw 的影响 • 稳性； • 布置； • 耐波性； • 快速性； *确定Cw的着眼点是快速性、其次是其他 • • *Cw与Cp的协调：
0 ：转速每降低10%，可使螺旋桨效率提高3%→螺旋桨直
径与转速的关系：
n0 0.56 D ( ) D0 n
螺旋桨转速降低后：
h o r
显著增加 不变
略有下降
1 t H 1 w
6、纵流船型
（内河及限制航道水域）
水流沿纵剖线流动： ① 有利于消波 ②减少阻力 ③ 甲板面积大 *缺点：风浪中易发生拍击
（三）水线尾端形状
• 尾部： 光顺、避免漩涡； 一般为直线。
三、常规横剖面形状
常规横剖面:
1、 横剖线形状与面积曲线和 设计水线的关系
U型：对应于ie较小的设计水线 V型：对应于ie较大的设计水线
2、 U型和V型横剖线：
---阻力、推进、耐波性、稳性
• 实际： 大型运输船
用U型剖面
中速船舶 小船、快艇 用V型剖面 双桨船
1） 节能机理
阻力：①尾部隧道为纵流线型，有利减阻； ②两个尾体细长，阻力小； ③细长体L/B大，B/d小，有利于减少粘 压阻力； ④ Fn<0.2时，摩擦阻力为主要成分； Fn>0.2时，兴波阻力为主要成份； ⑤双尾鳍船可缩短去流段，加长进流段 ，使阻力减少。
推进： ①每只螺旋桨负荷低，有利于提高船身效率； ②降低激振力。
Cb a)对中低速船运输船，由于 C p ，而此时Cb值较大 Cm
→Cp无法达到阻力最佳值→取经济Cp值
b)当Fn较高时，阻力最佳与Cp经济值较接近
2) 对总布置及建造工艺的影响 Cp小：船两端尖廋、工艺性差
3）与其他参数及型线的协调
Cb Cp Cm
（二）Lcb 的选择 1） 阻力：存在阻力意义上的最佳 低速货船： Lcb 在中前； Fn>0.24时： Lcb 在中后。 2） 调纵倾—使Lcb与船重心位置Xg相配合