课件第六章 船舶型线设计

棱形系数
傅汝德数
两端形状
>0.785
两端均值线
0.75~0.78 <0.182
两端均值线
>0.182
前微凹后直线
0.70~0.75 <0.238
前微凹后直线
>0.238
两端均微凹
0.65~0.70 0.164~0.253 前微凹，后直或微凹
>0.268
前直线，后直或微凹
<0.65
0.224~0.253 前后均微凹
20
21
2、从浮态和布置方面考虑
浮心纵向位置的选取，应注意与满载出港时 的重心纵向位置相配合，使船不致产生首倾或尾 倾。
3、与型线的配合
不同船型的最佳浮心位置有一定的差别，是 因为兴波阻力和形状阻力实际上还与型线的其他 特征相关。所以，在选取浮心纵向位置时，必须 考虑与船舶型线的配合与协调。
22
设计水线在尾端的宽度应能盖住螺旋桨 和舵，对桨和舵形成一定保护。
27
第四节 横剖线的设计
典型船中剖面形状
28
中剖面系数的确定
对于中低速船，若Cb与Fr配合偏大，则应尽量采用较大的Cm 以降低Cp；随着Cb和L B的减小，Cm也适当降低。 对于高速船，由于Cb较小，型线较瘦，为了使中部不致过分 凸起而造成明显的突肩，宜采用较小的Cm
从稳性来讲，水线面系数大则初稳性高些，并且 水上体积也增加了，从而稳性复原力矩增大
总之，水线面系数的选取要综合各方面因素。在设 计中一般有如下的取值范围：
24
二、设计水线首端形状
✓从阻力方面看：
当Fr =0.16~0.19时，由凸形到直线形 当Fr =0.20~0.22时，直线形或微凹形 当Fr =0.22~0.32时，微凹形 当Fr >0.32时,直线形
1、根据从半宽水线图上量取第i站设计水线半宽值yi， 得图中A点 2、从横剖面面积曲线图上量取第i站横剖面面积Ai，
作出该站的等面积矩形如下图，分别适用于横剖 面形状为U、V和中间型
49
3、仿照母型船对应站的横剖面形状，过A点及B点作 曲线ACB，使图中两块阴影部分面积相等，同时使 曲线在B点与底升线相切
• 改造母型法
利用与新船相近的母型船的型线资料，应用 适当的修改方法，将其改造成符合设计要求的新 船型线
43
• 系列型线
选择与新船特征相近的系列船型，直接利用 系列船型的型线资料，查得设计水线以上的船体 型值，需要时做局部的修改。
• 数学型线
应用数学函数来表达水线横剖线或船体曲面， 控制形状特征参数，由计算机程序完成型线生成 工作。
37
球鼻首的减阻机理
✓减小高速船舶的兴波阻力
• 鼻首产生波系与船体波系之间产生有利干扰
✓减小低速肥大型船舶的破波阻力
• 压载航行时，船首延伸，改变首柱附近的水压力 • 满载航行时，降低舭涡阻力和减少埋首现象。
38
二、特种尾型
球尾：雪茄形球尾和同心球尾
39
涡尾及不对称尾
40
双尾
41
第八节 型线图的设计与绘制
4、从甲板平面图和侧面轮廓图中量取该站甲板半宽及 甲板边线距基线的高度定出P点，与水下部分光滑连接
5、横剖线检验
50
四、母型改造法
母型改造法是：利用与新船相近的母型船的型 线资料，应用适当地修改方法，将其改造成符 合设计要求的新船型线。
1. 主尺度改造（船长、船宽及吃水）
51
2、横剖面面积曲线的改造（作图法） （1）修改型线的横剖面面积曲线的棱形系数。
29
二、端部横剖线形状
图6-7所示为四种常规船型的横剖型线，其 形状特征可分为：V形、中V形、中U形、 U形
U形-大型运输 船及中、高速 船舶 V形---小型船 舶 中V形或中U形 -中型船舶
30
第五节 首尾部轮廓线及船底线
一、首轮廓线
31
二、尾轮廓线
32
三、船底线
33
第六节 甲板线
18
Cb
,
Cm
,
C
的关系曲线
p
19
四、浮心纵向位置的选择
浮心纵向位置，表示船的排水体积在中前 和中后的相对大小，决定了船的前半体和后半 体的相对丰满度。
1. 对阻力的影响
当浮心位置改变时，前体兴波阻力和后体 形状阻力的相对比例发生变化。对于低速肥大 的船，兴波阻力比例较小，中前为宜；对于高 速船，兴波阻力比例逐渐增大，中后为好。因 此，对于给定速度的船，存在一个阻力最小的 最佳浮力纵向位置
➢ 确定步骤
脊弧线
梁拱值
舷弧线
35
二、甲板平面轮廓线
➢定义 甲板平面轮廓线是指甲板边线在基平面上的
投影。 ➢决定因素
总布置图；甲板使用要求；与横剖面形状 的协调
三、梁拱
梁拱一般取型宽的1/50~1/100；对于海船 常取1/50,对于内河船常取1/100
36
第七节
一、球鼻首
1、常见球鼻首
特种型线
保证设计船具有良好的航海性能 满足总布置要求 考虑船体结构的合理、简易以及施工、维
修的方便 外观造型
5
型线设计方法
➢母型改造法 ➢船模系列资料法
常见的系列船模：
美国的陶德60系列；英国的BSPA系列；瑞典的SSPA 系列；我国长江客货船系列
6
第二节 横剖面面积曲线
• 横剖面面积曲线是以船长为横坐标、设计水线以 下横剖面面积为垂向坐标所绘制的曲线。
第六章 船舶型线设计
本章学习目标
1. 能正确叙述横剖面面积曲线的特征参数及影 响因素
2. 能正确叙述设计水线的特征参数及影响因素 3. 能正确叙述横剖线的特征参数及影响因素
4. 能正确叙述首尾轮廓线和船底线的特征参数 及影响因素
5. 能正确叙述甲板线的特征参数及影响因素 6. 简单叙述特种型线的主要种类、特点和运用 7. 能正确叙述型线图的设计原理及绘制方法
10
目前 Le Lbp , Lr LBP 及相应的平行中体长度和位置 主要是根据试验资料得出的规律决定的。按贝克 理论，最短的去流段长度
11
2、最大横剖面位置
12
二、横剖面面积曲线的端部形状
典型的端面形状如下图 a-直线型；b-凹形；c-微凹形
13
贝克通过对面积曲线两端形状对剩余阻力的影 响做详尽的船模试验，得出面积曲线两端形状， 见下表
0.283~0.313 两端均直线
14
三、棱形系数和中剖面系数的选择
棱形系数的大小反映了浮力沿船长的分布情况， 棱形系数大，表示浮力沿船长分布的比较均匀， 反之，表示浮力相对集中在船中，而船的首尾两 端尖瘦。
1、对阻力的影响
棱形系数对船舶的摩擦阻力影响极小，而对 剩余阻力影响很大，对剩余阻力的影响主要反映 在兴波阻力上，棱形系数对剩余阻力的影响随船 的相对速度不同而发生变化。
（4）根据横剖线图绘制半宽水线图和纵剖面图，同 时校核三向投影。
54
55
<2>中剖面系数的改造
56
<3>横剖面形状的改造（横剖面面积不变）
57
甲板线在型线图的纵剖线图上用舷弧线 和脊弧线来反映，在半宽水线图中用甲板 平面轮廓线来反映。
34
一、舷弧线和脊弧线
➢ 定义 舷弧线：是甲板边线在中线面上的投影线 脊弧线：是甲板中心线在中线面上的投影线
➢ 影响因素 首舷弧：甲板上浪和干燥性； 尾舷弧：首舷弧的一半，考虑甲板上浪及小型船舶舵 机舱的高度
15
低速时 棱形系数小，剩余阻力小，但由于兴波阻 力所占比例小，所以棱形系数影响小
中速时 棱形系数小，兴波阻力小，但棱形系数对剩 余阻力影响显著。
高速时 取过小的棱形系数并不利，则取适当的棱形
系数兴波阻力反而小
16
17
2、对总布置及建造工艺的要求 棱形系数较小时，船舶两端尖瘦不利
于船舶的布置。特别是尾机型船舶，棱形 系数过小，机舱与轴系布置困难；对于双 桨船，尾端过于尖瘦，尾轴过早穿出船体， 对船体强度和振动极为不利。
8
一、平行中体的长度和位置，最大横剖 面位置
1、平行中体的长度和位置 ➢阻力方面
将排水体积适当地向中部集中，采用 一段平行中体，对于前体可使进流段尖瘦 些，降低兴波阻力；对于后体，可削瘦去 流段的船体形状，有利于改善形状阻力。
平行中体是不是越长越 好，会造成哪些问题
9
➢ 船舶使用方面
由于平行中体一段的横剖面形状完全相同， 使得中部的船舱方整，便于装载货物。设 置平行中体还简化了工艺，降低了建造成 本。因此，希望平行中体的长度取长些， 但应不引起阻力性能恶化为限。
44
三、自行绘制法
1、绘制格子线 2、绘制横剖面面积曲线 3、绘制侧面轮廓线、设计水线和甲板平面轮廓线 4、绘制横剖线图 5、绘制半宽水线图 6、绘制纵剖线图
45
横剖线图的绘制
（1）中横剖面图的绘制
① 丰满的中剖面——中剖面系数大的直壁式横剖 面线形状
46
47
② 中剖面系数较小的中剖面
48
绘制其余各站横剖线
第三节 设计水线
设计水线的特征参数主要包括：水线面 系数、前后半段的丰满度系数、平行中体 长度、漂心纵向位置、半进流角、半去流 角、首尾端部形状等。
23
一、水线面系数
从快速性来讲，傅汝德数大者，水线面系数应取 小一些
从耐波性来讲，水线面系数对耐波性的影响很大。 很多研究表明，水线面系数取大的值对改善耐波 性是有利的
2
第一节 概述
• 船体型线的影响因素
（1）横剖面面积曲线； （2）设计水线和甲板线； （3）横剖线形状； （4）侧面轮廓线
3
• 型线图的作用
（1）型线与阻力关系重大 （2）型线与稳性、操纵性、横摇阻尼、船在
波浪中的运动有关 （3）型线影响布置和舱容 （4）型线影响建造的施工工艺
4
设计型线中应注意的问题
7
横剖面面积曲线的特征
• 横剖面面积曲线下的面积相当于船的型排 水体积
• 面积的丰满度系数等于船的纵向棱形系数 • 面积形心的纵向位置等于船的浮心纵向坐
标 • 丰满船的横剖面面积曲线的中部平行段，
称为船的平行中体，平行中体前后段称为 进流段和去流段。 • 无平行中体的最大横剖面位置 • 曲线两端端部形状
一、型线绘制的基本要求
① 绘制格子线
手工时பைடு நூலகம்精度，上墨等
② 光顺性
凹凸度，曲率，均匀性，切点的位置
③ 投影一致性
高度，宽度的对应，各交点和交接线的投影
42
二、型线生成的方法
• 自行设计法
根据新船的具体要求，按型线设计的基本原 则和规律，参考相近母型船的优良型线资料，经 设计者分析思考，并对新船型线特征有所把握后， 自行设绘型线图
✓从耐波性看，设计水线首部适当丰满 比较有利
25
✓ 设计水线的半进流角对船首形状起决定作用，对 兴波阻力有重要影响。根据船模试验得下图
26
三、设计水线尾端形状
设计水线尾端的形状与船的稳性、布置 及尾部型线特征有关。从阻力来，尾端形 状主要影响形状阻力，它的作用仅次于首 端形状。为避免尾端水流发生分离形成漩 涡，一般以直线为佳，而不宜成凹形。
52
（2）修改横剖面面积曲线的xb(迁移法）
53
3、其他参数的改造及型值的产生
<1>面积曲线改造后型值的产生
（1）从母型船的横剖面面积曲线上，找出与设计船 某站横剖面面积相等的母型船的对应横剖面位置
（2）从母型船的半宽水线图上找到对应剖面处的各 水线半宽值
（3）根据此半宽值等比例进行换算，得新船的横剖 面型线