1800吨成品油船初步设计方案

1800吨成品油船初步设计
1 绪论
1.1概述
本次毕业设计的课题是设计载重量为1800吨的成品油船，属于海船范围。

设计分为总体设计和性能设计。

本设计选用母型船改造的方法设计，即选定一个母型船资料作为一个规划基础，在母型船技术上进行改造、计算和修改，从而能够得出设计船的主尺度及主要性能参数。

当今的许多船只的设计都是选用母型船法。

母型船都是在以往的设计及使用中性能比较好的船，采用母型船设计的方法可以把母型船中好的性能保留下来，并能根据母型船使用过程中的经验改良船体。

另外，采用母型船设计的方法可以提高设计效率，降低设计难度，保证设计船舶的质量。

实践证明，利用母型船的设计方案是一种有效而且便捷的设计手段。

但在设计过程，这种设计方案是不能一步到位，必须经过反复的计算和校核，并且设计时，必须按照规范要求及根据实际的设计要求。

本次设计方案分为总体设计和性能设计。

1.1.1总体设计
总体设计部分包括：船体主尺度的选择、重量重心及排水量的计算和型线设计。

1.1.2性能设计
性能设计包括：静水力计算及静水力曲线图的绘制，螺旋桨的设计及螺旋桨图的绘制。

1.2 1800吨成品油船的设计任务书要求
1.2.1航区及用途
本船是属于海船范围，航行区域属于近海范围。

主要用于运送成品油。

1.2.2主要性能及尺度
本船是钢制海船，建造要符合中国船级社《钢制海船入级与建造规范》，采用无球鼻首船型。

本船采用单桨单舵，要求的服务航速应该在11节左右。

船长、型宽、型深及设计吃水应该与母型船的差别不大。

1.3 设计任务书分析
根据设计任务书，本次设计要进行以下步骤：
(1)查阅国内外油船设计的相关文献，翻译英文文献一篇；
(2)确定设计船舶的主尺度和排水量、重量和重心计算；
(3)用母型船采用型线变换设计型线；
(4)绘制型线图；
(5)静水力曲线计算；
(7)螺旋桨设计；
(8)绘制螺旋桨图；
(9)撰写论文准备答辩。

根据任务书的要求，可知本设计船舶是近海油船，载重量是1800吨，设计时应充分考虑近海油船的设计特点，对本设计船的分析如下：
1.3.1船型分析
根据近几年国内外船舶及运输事业的发展的过程，船型的发展与更新很快，船舶的使用年限也有明显缩短的趋势，如果一个船型不能快速的发展改进一直更新换代，在造船市场上将会失去竞争力，从而被运输效率更高、经济效益更好、使用效能更强的新船型所取代。

对于一个船型，其发展的根本动力是其经济性，作为商业用船，船型的改进几乎都是以其经济性为基础。

选择船型及进行船型论证的主要依据是：航线的水文、地理、气象条件；母港及目的港的情况，建造船厂的技术条件，经济资料；主要的机电设备的配套情况；船级国的运输船舶技术、营运经济资料；国内外同类型船舶的情况；国内外现行规范及公约。

1.3.2稳性
船舶的稳性主要是指船舶受外力作用离开平衡位置而倾斜，当外力消除后能自行回复到原来平衡位置的能力。

稳性对船的使用性能与安全性都用重要的影响，且受稳性规范的约束。

在设计中，一般又将稳性问题分为初稳性和大倾角稳性。

在初步设计阶段，一般只考虑初稳性，就是在初步选定主尺度以及在初步确定重量重心
和排水量后的初步稳性校核，在考虑这些之后也要控制影响大倾角稳性的因素。

1.4基本设计思路
1.4.1设计船舶的主要尺度的初步确定
船舶的主尺度直接与船舶的排水量相关。

所以在主尺度的选择时应首先确定船舶的排水量。

1.4.1.1排水量的确定
船舶的排水量是由多个部分组成的，包括载重量和空船重量。

载重量中又包括人员及行李重量、食品和淡水量、燃油量、滑油量及成品油的载重量1800吨。

载重量的每一项都可以根据《船舶设计原理》中的经验公式进行计算得出。

然后将所得出值进行求和，就会得出设计船的载重量。

本设计中由于采用的是母型船改造的方法，可以认为母型船和设计船的载重量系数是一样的，先求出母性船的载重量系数，利用载重量系数求出设计船的空船重量以及设计船的排水量。

1.4.1.2主尺度的确定
利用母型船的资料以及设计船求出的排水量，根据《船舶设计原理》中的立方模数法可以逐步求出各个主尺度。

1.4.1.3重心的确定
主要以母型船的资料根据经验公式来求。

1.4.2型线的设计
型线设计是利用P
1法，先根据母型船的型线图绘制出母型船的横剖面面积
C
曲线图，利用迁移法绘制出设计船的横剖面面积曲线图。

最终得出的是辅助站的位置以及在船上的实际位置。

根据辅助站的各个位置计算出型值表，绘制型线图
1.4.3静水力曲线的计算和绘制
这一部分的设计是在选定主机功率等一切机电设备后进行的，主要包括船体阻力计算（艾亚法）、船身效率计算、螺旋桨收到的马力计算、假定航速下的有效推马力计算。

1.4.4螺旋桨的设计
螺旋桨的设计是船舶快速性的一部分，其中的设计包括初步确定桨的要素、螺旋桨的空泡校核、确定螺旋桨的要素，校核强度、进行螺距修正和螺旋桨重量及惯性矩的计算。

最后进行螺旋桨计算的总结以及螺旋桨图谱的绘制。

1.5设计过程的简要总结
1.5.1总体方面
首先根据大致的母型船资料确定设计船的排水量，然后由立方模数法初步确定设计船的主要尺度，由设计任务书确定的要求计算各部分载重量，然后再初步求和得出船舶的排水量。

然后再根据设计任务书以及母型船的资料绘制出设计船体的性线图。

每个图纸的绘制都是用AutoCAD进行，绘制时参照规范，符合规范要求，并且在在最后要进行稳性及其他性能的校核。

要求尽量满足设计任务书的要求并且设计船的经济性要很好。

此外要注意，AutoCAD制图要求曲线光滑，各个型线满足设计要求。

1.5.2性能方面
按照估算出的设计船的要素，进行静水力计算，绘制静水力曲线。

用艾亚法估算设计船的阻力，在设计航速附近多取几个航速，画出有效马力曲线。

再利用有效马力曲线以及MAU型螺旋桨图谱进行螺旋桨的设计计算。

选择螺旋桨的各要素并确定设计航速和主机型号。

选定螺旋桨后利用AutoCAD绘制螺旋桨图。

1.6本章小结
本章叙述了设计的主要内容，通过对设计任务书的大体阐述，对任务书进行详尽的分析，明确本次设计的设计目的。

并对基本设计思路进行阐述，确定具体设计计算方法，最后对整个设计过程的总结。

2主尺度的确定
本章的任务是通过计算确定设计船的主尺度。

船舶主尺度选择的好坏直接影响船舶的各项技术性能和经济性。

因此在根据母型船数据计算设计船的主尺度时还要综合考虑经济性和其他设计任务书中要求的性能指标。

载重量的确定是根据规范或者参考《船舶设计原理》上的计算公式。

对船长、吃水、型深、型宽、船体系数的计算主要采用立方模数法。

2.1载重量的确定
在给定的母型船的总布置图中，排水体积为2730.833m
已知母型船的排水体积是2730.833m 由公式∇=∆k ρ[1]得
0∆=1.025×1.006×2730.83=2815.90（t ）；
人员及行李重量：
t 86.226)4565(=⨯+；
本设计船与母型船的主机功率相同，载货量高于母型船，可假定服务航速为12.3节
食品和淡水量：自持力⨯人员⨯数定量=t 4.262.026)24
3.121500(=⨯⨯⨯； 自持力24
⨯=s V R ； 燃油量：
0F W t 02.48001.015.1)2517
.0150238.01280()3.12/1500(=⨯⨯⨯+⨯⨯=； 滑油量
00F L W W ε= =t 44.102.4803.0=⨯；
备品及供应品为
=0B W LW ⨯%7.0即
%7.0)
72.78(16000=---∆B B W t W ； =0B W 7.9t ；
母型船载重量DW 0t t t t t t t 62.168616009.744.102.484.2686.2=+++++=因此其
空船重量是LW 0=2815.90t-1686.62t=1129.28t ；
载重量系数60.090.2815/62.1686/00==∆=t t DW dw η；
DW=1800+86.62=1886.62t 【1】；
设计船船的排水量t t t DW dw 4.314460.0/)62.861800(/=+==∆η；
2.2.主尺度的初步确定
2.2.1垂线间长L 的初步确定
由母型船换算公式3/100)/(∆∆=L L 3/1)90.2815/4.3144(71==73.66（m ）；
2.2.2型宽B 和设计吃水d 的初步确定
由公式3/100)/(∆∆=B B 计算，其中0B =13.10m ；
=∆∆=3/100)/(B B 3/1)90.2815/4.3144（ 13.1⨯=13.60m ；
由公式3/100)/(∆∆=d d 计算，其中4.40=d m ；
3/100)/(∆∆=d d 3/1)90.2815/4.3144(4.4⨯==4.56m ；
2.2.3型深D 的初步确定 由公式0
0d d D D =计算，其中0D =5.85m ；
07.64
.457.485.500===d d D D m ；
2.2.4干舷f 的确定
f=6.07-4.56=1.513m ；
2.3船型系数的确定
2.3.1方型系数B C
668.0025
.1006.156.460.1366.734.3144=⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯∆=ωk d B L C PP B ； 2.3.2中横剖面系数M C
M C ＝0M C ＝0.983；
2.3.3菱形系数P C
680.0983
.0668.0===M B P C C C ； 2.3.4水线面系数
779.03
668.021321=⨯+=⨯+=B WP C C ； 2.4空船重量计算
t D B L D B L LW LW 05.126207.660.1366.7385
.510.137128.11290000=⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=； 2.5平衡重力与浮力
t t t DW LW 67.314462.188605.1262=+=+=∆；
t k C d B L B 54.3146025.1006.1668.056.46.1366.730'=⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=∆ω %
5%06.067.314487
.187.154.314667.3144'<==∆∆-=-=∆-∆=∆δδt
所以储备浮力足够。

2.6重心高度的计算
由母型船资料知7710.03=a ；
重心高度m m D a KG 68.407.67710.03=⨯==【1】；
2.7总结
2.7.1初步确定的主尺度
在考虑船舶的运营经济性的因素后，可将主尺度初步确定如下：
m L PP 66.73= m B 60.13= m d 56.4= m D 07.6=
668.0＝ＢC 983.0=M C 680.0=P C 779.0=WP C
2.7.2初步计算：
设计船的排水量∆为3144.4t ；
重心高度是4.68m ；
2.7.3快速性的估算
设计船与母型船都是航速较低的船，且两船的主尺度、排水量、航速和形状都相近，可以假定两船的推进效率也相同。

故对快速性的估算可以应用海军系数法：
P
V C 3
3/2∆=； 先计算母型船的海军系数
1.2481280
678.1190.28153
3/20303/20=⨯=∆=P V C ； 设计船与母型船的主机功率相同，航速估算为：
kn PC V 395.114
.31441.248128033/233/2=⨯=∆=； 2.8本章小结
依据母型船的数据，根据立方模数法计算各个主要尺度，还经过初步的校核可以初步确定的设计船主尺度如下：
m L PP 66.73= m B 60.13= m d 56.4= m D 07.6=
668.0＝ＢC 983.0=M C 680.0=P C 779.0=WP C
3型线设计
本章的主要任务是进行型线设计，其中包括型线迁移计算和型线图的绘制。

型线设计考虑是否周到，设计出的型线是否优秀，对船舶的航海性能、使用以及建造等方面有很大的影响。

所以在本章的型线设计中要注意几个方面：保证良好的航海性能、考虑总布置的要求、考虑船体结构的合理性和工艺性和考虑外观型。

在本章的型线设计计算方面采用的是对母型船型线用P C -1法【2】进行改造。

3.1型线迁移计算
由于设计船和母型船都存在平行中体，因此采用P C -1法进行设计船舶的型线设计。

母型船的棱形系数为0.675，设计船的棱形系数初步定为0.680。

3.1.1设计船傅汝德数n F 的计算
22.066
.738.95144.0395.11=⨯⨯==gL v F n ； 24.066.738.95144
.03.120=⨯⨯==gL v F n ；
3.1.2设计船浮心相对纵向位置B x 的选择
根据《船舶设计原理》第143页的图6.2.4当0n F =0.24时在Lammeren 中查得
0B X =02。

所以设计船也根据《船舶设计原理》第143页的图6.2.4中Lammeren 曲线查得B x 为0.3。

3.2绘制母型船横剖面面积曲线
3.2.1母型船横剖图
给定的母型船横剖图3-1如下：
图3-1母型船横剖图
Figure 3-1 The transverse profile of the mother ship 3.2.2得出横剖面面积
利用面积查询命令得各站横剖面面积如下表3-1
表3-1各站横剖面面积
Table 3-1 The cross section area of each station
站号 面积（2
m ） 站号 面积（2
m ） 0 0.0908 — — 1 6.8648 11 56.5620 2 16.9097 12 56.2774 3 29.1825 13 54.9517 4 37.5058 14 52.0090 5 45.0422 15 46.0988 6 50.6128 16 38.0145 7 54.0500 17 28.7261 8 55.6848 18 17.7540 9 56.3901 19 7.9534 10
56.6073
20
0.000
3.2.3绘制母型船横剖面面积曲线
根据上表绘制出了母型船的横剖面面积曲线如下图3-2
图3-2母型船横剖面面积曲线
Figure 3-2 The cross section area curve of the mother ship
3.2.4横剖面面积曲线查询
根据母型船的横剖面曲线，查询出前体曲线下的面积以及后体曲线下的面积根据公式：0Pf C =前体曲线下面积/（中横剖面面积⨯1/2船长）
0pa C =后体曲线下面积/（中横剖面面积⨯1/21船长）
X ⎰
⎰--=2
/2
/2
/2/0
L L S L L S b dx
A dx xA 通过面域命令分别查出前体、后体以及曲线下的面积形心，
形心即是船体的浮心的纵向坐标。

求出前体菱形系数0Pf C 以及后体菱形系数0pa C 和浮心0b X 。

因此6723.07910.100472442
.68720==
Pf C ；
6777.07910
.100473880.68090
==Pa C ； 母型船 前体菱形系数 =0Pf C 0.6777；
后体菱形系数 =0Pa C 0.6723； 菱形系数 =0P C 0.6750；
浮心纵向坐标 m m L X PP b 142.071002.0%2.000=⨯=⨯=；
3.3根据P C -1法改造母型船型线得出设计船横剖面面积曲线
3.3.1确定设计船的P C 及b X
根据前面的计算可以确定p C 的值为0.680，根据船舶设计原理第143页的图6.2.4中Lammeren 曲线查得B x 为+0.3%，因此
2210.066.73003.0%3.0=⨯=⨯=m L X PP b m; 3.3.2根据经验公式得出设计船前体菱形系数
691.050
25
.0100=++
=b p pf x C C （1）
669.050
25
.0100=+-
=b p pa x C C （2） 3.3.3前后体菱形系数变化量
0133.06777.0691.00=-=-=pf pf pf C C C δ；
0033.06723.0669.00
=-=-=pa pa pa C C C δ；
3.3.4利用p C -1法求辅助站的位置
由于在本设计中涉及同时修改B X 和p l 因此：)1(6777
.010133
.0110'i pf pf i i X C C X X --=--=
δδ（船中前各站）
； )1(6723
.010033
.0110'i pa pa i i X C C X X --=--=
δδ（船中后各站）
； 根据p C -1法求得的各个辅助站距离理论站的距离为
'2
i pp X L δ将横剖面积曲线及修改无因次化，得到辅助站位置及设计船横剖面面积曲线如下表（理论站是负值表示是后体，正值表示前体）：
表3-2 辅助站移动距离
Table 3-2 The moving distance of a uxiliary station
站号 理论站 移动距离'i X δ 辅助站 实际移动距离
'2
i pp X L δ 图上移动距离
0 -1 0 -1 0 1 -0.9 0.001007 -0.901007 -35.7485 -0.179 2 -0.8 0.002014 -0.802004 -71.4970 -0.358 3 -0.7 0.003021 -0.703021 -107.2455 -0.536 4 -0.6 0.004028 -0.604028 -142.994 -0.715 5 -0.5 0.005036 -0.505036 -178.778 -0.894 6 -0.4 0.006043 -0.406043 -214.5265 -1.073 7 -0.3 0.007050 -0.307050 -250.275 -1.251 8 -0.2 0.008057 -0.208057 -286.6625 -1.433 9 -0.1 0.009064
-0.909064
-321.772
-1.609 10 0 0 0 0 0 11 0.1 0.03714 0.13714 1318.47 6.592 12 0.2 0.03301 0.23301 1171.855 5.859 13 0.3 0.02889 0.32889 1025.595 5.128 14 0.4 0.02476 0.42476 878.98 4.395 15 0.5 0.02063 0.52063 732.365 3.662 16 0.6 0.01651 0.61651 586.105 2.931 17 0.7 0.01238 0.71238 439.49 2.197 18 0.8 0.00825 0.80825 292.875 1.464 18.5 0.85 0.00619 0.85619 219.745 1.099 19 0.9 0.00413 0.90413 146.615 0.733 19.5 0.95 0.00206 0.95206 73.13 0.366 20
1
1
根据上表绘制出的设计船横剖面面积曲线图如下（图中红线是经过迁移后的设计船的横剖面面积曲线）：
图3-3设计船横剖面面积曲线
Table 3-2 The cross section area curve of designed ship
3.3.5校核p C 和B X
在图3-3中利用面积查询公式求出p C =0.6806以及改造后的曲线的形心 即船体的浮心的纵向坐标是：
B X =0.4%pp L ；
因此浮心的纵向坐标不符合要求。

3.3.6调整横剖面面积曲线
用迁移法调整横剖面面积曲线，使浮心满足要求 横剖面面积曲线的形变函数为by x =δ；
p p b C C x b /)1(+=δ；
由于面积曲线的X 坐标长度为355，因而355.0%)4.0%3.0(355-=-⨯=b x δ；
由于p C =0.6806，8766.06806.0/)6806
.01(355.0-=+-=b ； 所以各辅助站的再次移动距离如下：
表3-3辅助站的二次移动
Table 3-3 The second mo ving of a uxiliary station
站号 m s A A y /=
移动距离y b ⨯ 0 0.001604 -0.001406 1 0.1213 -0.1063 2 0.2987 -0.2618 3 0.5155 -0.4519 4 0.6626 -0.5808 5 0.7957 -0.6975 6 0.8941 -0.7838 7 0.9548 -0.8370 8 0.9837 -0.8623 9 1.000 -0.8766 10 1.000 -0.8766 11 1.000 -0.8766 12 1.000 -0.8766 13 0.9708 -0.8510 14 0.9188 -0.8054 15 0.8144 -0.7139 16 0.6715 -0.5886 17 0.5075 -0.4449 18 0.3136 -0.2749 18.5 0.2230 -0.1955 19 0.1405 -0.1232 19.5 0.06763 -0.05928
20
按照上表将图3-3得出的横剖面曲线再迁移得图3-4
图3-4横剖面面积曲线再次迁移 Figure 3-4 The final cross section area curve
3.3.7 横剖面面积曲线的查询
利用面域命令得出其浮心纵向坐标为PP B L X %31.0=，6804.0=P C ，基本满足设计要求。

综合两次迁移计算，得出辅助站的位置及其在实船上的位置，列于下表3-4。

表3-4辅助站位置
Table 3-4 Auxiliary station position
站号 综合移动距离 辅助站在实船上的位置
0 -0.2812 -35500 1 -57.0085 -32007.0085 2 -123.857 -28523.857 3 -197.6255 -25047.6255 4 -259.154 -21559.154 5 -318.278 -18068.278 6 -371.2865 -14571.2865 7 -417.675 -11067.675 8 -459.1225 -7559.1225 9 -497.092 -4047.092 10 -175.32 -175.32 11 1493.79 5043.79 12 1347.175 8447.175 13 1195.795 11845.795 14 1040.06 15240.06 15 875.145 18625.145 16 703.825 22003.825 17 528.47 25378.47 18 347.855 28747.855 18.5 258.845 30433.845 19 171.255 32121.255 19.5 84.986 33809.986
20
3.3.8在辅助站上量取的半宽水线值
表3-5辅助水线半宽值
Table 3-5 The auxiliary width of waterline
根据上表绘制出了辅助水线的半宽图【3】。

图3-5辅助水线半宽图
Figure 3-5 The figure auxiliary water line half width
根据半宽图查得在理论站上的辅助水线半宽值，在根据公式t t t
t i i 0
0 求得理
论站上的理论水线半宽值（其中t 和0t 分别为设计船和母型船的设计吃水，i t 为设计船中于母型船水线i t 0相对应的辅助水线），列于下表
表3-6理论水线半宽值
Table 3-6 The theory half width of the waterline
3.3.9校核设计船的方形系数和浮心位置
在设计完成的横剖图中依次测量出各站下的横剖面面积，如表3-7
表3-7设计船横剖面面积值
Table 3-7 The cross section area value of designed ship
站号 面积（2
m ） 站号 面积（2
m ） 0 0.329 — — 1 4.736 11 58.750 2 13.732 12 58.392 3 27.086 13 57.032 4 37.293 14 53.569 5 45.204 15 46.712 6 51.632 16 37.870 7 55.685 17 27.472 8 57.653 18 15.842 9 58.506 19 5.351 根据上表绘制出设计船的横剖面面积曲线如图3-6：
图3-6设计船横剖面面积曲线
Figure 3-6 The designed ship cross-section area curve
将上图曲线生成面域后，查询知设计船的型排水体积355.2843
m =∇浮心纵向坐标为%31.0=B X ，所以由计算结果知符合设计要求。

3.4本章小结
本章的主要内容是对设计船进行型线设计和绘制型线图。

采用的方法是1-p
C 法，利用此方法对母型船的型线图进行改造，得出在相应水线处设计船的型线数值。

在这一章绘制了设计船的中横剖面面积曲线和设计船型线图。

4静水力计算
浮性是船舶在一定装载情况下漂浮在水面（或浸没在水中）保持平衡位置的能力，它是船舶的基本性能之一，而船舶稳性是指船舶在外力作用消失后保持其原有位置的能力，因此对于一艘新设计的船来说，其浮性和稳性十分重要【4】。

静水力曲线图就是全面表达船舶在静止正浮状态下浮性和稳性要素随吃水变化的规律图，因此对于一艘新设计的船来说，通过静水力曲线图可以全面的了解其浮性和稳性的好坏。

4.1静水力计算
绘制静水力曲线图首先要进行静水力计算，其主要计算内容如下：
水线面面积：dx y A L L W ⎰-=
2
/2
/；
漂心纵向坐标：⎰⎰--==
2
/2
/2
/2/L L L L W
oy
F ydx
xydy A M x ；
浮心垂向坐标：⎰⎰⎰⎰--=∇
==
d L L d L xoy
B ydxdz
yzdxdz
M z 02
/2
/02
/2/L ；
浮心纵向坐标：⎰⎰⎰⎰--=∇
=
d L L d L L yoz
B ydxdz
xydxdz
M x 02
/2
/02
//2；
型排水体积：⎰
⎰-=∇d L L ydxdz 02
/2
/2；
每厘米吃水吨数：100
W
A TPC ω=
；
横稳心半径：∇
=
⎰-32
2
/2
/3L L dx
y BM ；
纵稳心半径：∇
-=
⎰-2
2
/2
/2
2
F
W L L L X A ydx x BM ；
4.2绘制静水力曲线图
静水力曲线将包含下列曲线： 1型排水体积∇曲线； 2总排水体积k ∇曲线； 3总排水量k ∆曲线； 4浮心纵向坐标B x 曲线； 5浮心垂向坐标B z 曲线； 6水线面面积W A 曲线； 7漂心纵向坐标F x 曲线； 8每厘米吃水吨数MTC 曲线； 9横稳心半径BM 曲线； 10纵稳心心半径L BM 曲线； 11每厘米米纵倾力矩MTC 曲线； 12水线面系数WP C 曲线； 13横剖面系数M C 曲线； 14方形系数B C 曲线； 15菱形系数P C 曲线。

以上各个曲线中，1～8为浮性曲线，9～11为稳性曲线，12～15为船型系数曲线【5】。

根据给定的计算方法，按步骤要求计算出的结果如以下各表：
表4-1 Aw ，C wp ，X F ，I LF ，I T 值的汇总表 Table 4-1 The value of A w , C wp , X F , I LF and I T
吃水 w A
wp C
F X
LF I
T I
(m) (m 2) (m) (m 4) (m 4) 0.0 382.800 0.382 0.049 65980.056 2240.102 0.3 517.627 0.517 0.497 107143.027 4437.921 0.5 555.821 0.555 0.611 120419.864 5206.007 1.0 611.972 0.611 0.735 141937.151 6412.408 1.65 656.986 0.656 0.768 162793.174 7355.140 2.0 673.911 0.673 0.720 171924.361 7680.960 2.5 697.601 0.696 0.758 184879.671 8158.193 3.0 718.664 0.717 0.707 197402.435 8580.275 3.5 739.148 0.738 0.622 210820.545 8968.685 4.4
784.021
0.783
0.189
244938.035
9741.332
在上表的计算结果的基础上，进行了进一步的计算，计算结果如下表：
表4-2 静水力计算结果汇总表（a ） Table4-2 The Hydrostatic calculations (a)
d ▽ ▽k △ X f X b Z b A w TPC （米） （米3） （米3） （吨） （米） （米） （米） （米2） （吨/米）
0.0 — — — 0.049 — — 382.800 3.924 0.3 135.064 135.875 139.271 0.497 0.307 0.200 517.627 5.306 0.5 242.409 243.863 249.960 0.611 0.360 0.244 555.821 5.697 1.0 534.357 537.563 551.002 0.735 0.649 0.381 611.972 6.273 1.7 946.768 952.449 976.260 0.768 0.597 0.523 656.986 6.734 2.0 1179.675 1186.753 1216.422 0.720 0.288 0.558 673.911 6.908 2.5 1522.553 1531.688 1569.981 0.758 0.328 0.614 697.601 7.150 3.0 1876.619 1887.879 1935.076 0.707 0.272 0.661 718.664 7.366 3.5 2241.072 2254.519 2310.882 0.622 0.223 0.702 739.148 7.576 表4-3 静水力计算结果汇总表（b ） Table4-3 The Hydrostatic calculations (a)
吃水MTC BM L
BM C wp C p C B C M （米）（米）（米）（米）
0.0 ———0.382 ———
0.3 14.932 32.908 794.481 0.517 0.486 0.449 0.923
0.5 16.771 21.494 497.184 0.555 0.524 0.484 0.923
1.0 19.759 1
2.005 265.724 0.611 0.573 0.533 0.931
1.7 23.790 7.760 171.626 0.656 0.603 0.574 0.952
2.0 2
3.867 6.496 145.390 0.673 0.615 0.590 0.960
2.5 27.186 5.351 121.043 0.696 0.630 0.610 0.968
3.0 27.369
4.556 104.809 0.717 0.644 0.627 0.973
3.5 29.247 3.990 93.785 0.738 0.656 0.641 0.977
4.4 34.004 3.321 83.502 0.783 0.678 0.665 0.982
以上各表计算出了静水力曲线内各个曲线在不同吃水处的坐标值，去一定的比例将其绘制于表图表中，如图4-1
图4-1静水力曲线图
Figure 4-1 Hydrostatic curves
4.3船体阻力计算
船体在航行中必然要受到阻力，阻力多少直接影响船体的航行性能【6】，因此要
对设计船体进行阻力估算。

本次设计的船是一艘低速中型商船，因此本设计对船体阻力的估算采用的是艾亚法。

4.3.1艾亚法计算中需要的标准参数
设计船的傅汝德数22.066
.738.95144
.0395.11=⨯⨯==
PP gL V Fr ； 标准方形系数71.068.108.1=-=Fr C bc ；
标准浮心纵向位置c x 根据《船舶设计原理》第280页表7-5得c x =+1.06m ； 标准水线长m m L L bp wl 50.7566.73025.1025.1=⨯==； 4.3.2艾亚法阻力估算
1.根据设计船的Fr=0.22查《船舶设计原理》图7-3得0C 为410。

2.根据设计船的Fr=0.22查《船舶设计原理》表7-5得出对应于标准方形系数
bc C =0.74的纵向浮心位置是c x =+1.06m 。

3.与标准船型的参数相比对设计船做以下修正：
（1）方形系数b C 的修正：设计船的b C =0.668小于标准的方形系数bc C ，因此要对标准船型的0C 值增加一个修正值1∆。

bc K C ⨯=∆01，其中bc K 值由《船舶设计原理》表7-6查得为6.67%，因此修正值1∆大小为27.347。

最后得出修正后的值101∆+=C C =437.347。

（2）宽度吃水比的修正：设计船的宽度吃水比98.256
.46.13==d B ，不等于2.0，则系数1C 要加上另一个修正值2∆。

63.28347.437)%298.2(668.010)%2(
10`12-=⨯-⨯⨯-=⨯--=∆C d
B
C b 经过方
形系数修正后的值为717.40863.28347.4372=-=C 【7】。

（3）浮心纵向位置c x 的修正：设计船的浮心纵向位置是在0.3%处，标准船的则位于1.44%处。

115.12%6.2977.465)(203=⨯=⨯=∆xc K C 。

其中xc K 由《船舶设计原理》表7-7（a ）查得 由于1∆>0，则3∆= 03)(∆-；
最后修正的值862.453115.12977.465323=-=∆+=C C 。

（4）水线长度wl L 的修正：设计水线长度是75.56米大于标准水线长度。

进行修正
36.0862.45366
.73025.166
.73025.156.75025.1025.134=⨯⨯-=
⨯-=
∆C L L L bp
bp
wl ；
经过以上四项的修正后的值为22.45436.0862.453434=+=∆+=C C L wl 。

4.实际设计船的有效功率是73
5.04
3
64.0⨯∆=C V P s e ，e P 是包括8%的附加阻力在内
的有效功率，其相应的裸船体有效功率是08.1/e eb P p =。

如下表为艾亚法有效功率估算表：
表4-4 艾亚法有效功率估算表
Table 4-4 Aija Law effective power estimation table
4.4本章小结
本章主要进行进静水力计算和绘制静水力曲线。

静水力曲线能够很好的反应船体大部分性能，通过静水力曲线能够对船体的设计性能进行直观而快速的了解。

通过对静水力曲线中要求的在设计吃水处的参数进行计算，根据计算结果再以合适的比例在图标中绘制出曲线。

利用艾亚法估算处船体阻力并为螺旋桨设计做准备。

5螺旋桨设计
5.1船体主要参数
设计水线长 m L wl 56.75= 垂线间长 m L pp 60.73= 型宽 m B 60.13= 型深 m D 07.6= 设计吃水 m d 56.4= 方形系数 668.0=B C 排水量 t 4.3144=∆ 桨轴中心距基线 m Z p 68.1= 由上一章阻力估算计算得出的有效功率如下表5-1
表5-1有效功率 Table 5-1 The effective power
航速V/kn 10 11 12 13 14 有效功率hp P E /
343
553
808
1165
1928
5.2主机参数
主机持续功率 1280hp 转速 155r/min 转向 右旋
5.3推进因子的决定
根据型船资料选取的伴流分数 284.0=w 按经验公式决定推力减额分数 18.0=t 取相对旋转效率 0.1=R η
船身效率 145.111=--=
w
t
H η 5.4可以达到的最大航速的计算
采用MAU 4叶桨图谱进行计算。

轴系效率认为是97.0=s η 螺旋桨敞水收到马力：
hp P R S D 6.12410.197.012801280=⨯⨯=⨯⨯=ηη
表δ图谱设计计算表
Table5-2 Map design and calculation tables of δ
B
P
δ
根据上表绘制出MAU 4叶桨的计算图谱，如图5-1
图5-1螺旋桨计算图谱
Figure 5-1 The calculation map of propeller
从)(V f P TE -曲线与船体满载有效马力曲线之间的交点，获得不同盘面比所对应的设计航速及螺旋桨最佳要素D P /、D 及0η【8】如下表5-3
表5-3设计计算最佳要素表
Table5-3 Optimal elements drawn from calculation
MAU kn V /max
D P /
δ
m D /
0η
4-40 12.53 0.737 55.83 3.23 0.666 4-55 12.24 0.766 55.74 3.15 0.618 4-70
12.09
0.769
54.47
3.04
0.587
5.5空泡校核
根据柏利尔空泡限界线中商船上限线，计算不发生空泡的最小展开面积比【9】。

桨轴浸深 m Z d h p s 88.268.156.4=-=-=；
计算温度选择为 15 2/174m kg p v = =D P hp 6.1241
42/63.104m s kgf ⋅=ρ；
20/1310817488.2102510330m kgf p h p p p v s a v =-⨯+=-+=-γ ； 空泡校核计算结果如下表
表5-4空泡校核计算结果
Table5-4 Computing results of cavitation checking
绘制空泡校核计算图谱（其中曲线与红线的交点为设计要求的螺旋桨要素）
图5-2空泡校核结果图
Figure5-2 Resultant diagram of cavitation checking
根据图5-2可以得出不发生空泡的最小盘面比以及所对应的最佳螺旋桨要素如下：
472.0/0=A A E 754.0/=D P kn V 27.12max = 641.00=η m D 10.3=；
5.6强度校核
螺旋桨的材料为ZQAL12-8-3-2(材料系数K=1.2)；
按照《规范》 的要求，要校核的位置是在螺旋桨直径的0.25和0.6倍处，即R
t 25.0和R t 6.0处，其值应该不小于由以下公式计算出的值：
X
K Y
t -=
e e Zbn N A Y 136.1= Zb D N GA A X d 1032210=；
其中，计算功率hp N e 6.124197.01280=⨯=；
0/A A A E d ==0.472 P/D=0.754 10=ε 3/4.7G cm g =； min /155r n N e ==；
m Z DA b d R 826.0)41.0/(472.010.3226.0)1.0/(226.066.0=⨯⨯⨯==； m b b R R 5962.07212.066.025.0== m b b R R 8194.09911.066.06.0==；
进行强度计算如下表：
表5-5 强度计算表
Table 5-5 Computing table of strength checking
由于校核结果表明在0．25R处和0.6R处的标准MAU型桨桨叶厚度满足强度条件，所以桨叶厚度可以按照标准桨叶选取【10】，
即：mm t R 86.1252.0= mm t R 29.1113.0= mm t R 72.964.0= mm t R 15.825.0=
mm t R 58.676.0= mm t R 01.537.0= mm t R 44.388.0= mm t R 87.239.0= mm t R 3.90.1= ；
5.7螺距修正问题
由于采用MAU 型螺旋桨，而设计的螺旋桨的桨叶厚度完全与标准桨相同，故不需要因厚度差进行螺距修正。

5.8敞水性征曲线的确定
根据MAU4-40和MAU4-55在P/D=0.7和0.8时的敞水性征曲线得出其值如下表：
表5-6 标准桨的敞水性征值
Table 5-6 The open water value of propeller
设计桨的螺距比P/D 为0.754，先对螺距进行差值计算得下表：
表5-7 螺距差值计算
Table 5-7 The pitch c omputing table of interpolation
再根据盘面比进行插值计算且由公式π
η20J
K K Q T ⋅
=
得出0η值如下表： 表5-8 盘面比插值计算
Table 5-8 The interpolation calculation according to 0/A A E
由公式π
η20J
K K Q T ⋅
=
得出0η值如下表 根据上表绘制出设计桨的敞水性征曲线【11】，如下图
图5-3敞水性征曲线 Figure 5-3 Open water value curve
5.9系柱特性计算
螺旋桨在系泊状态（系柱）下即船速kn V 0=，螺旋桨的进速系数0==
nD
V
J ，螺旋桨的T K 、Q K 达到最大值【12】，螺旋桨处于“重载”状态。

系柱状态下，要对主机转矩Q 、推力T 、转速n 的计算，
由图5.3敞水性征曲线可知，在J 为0的情况下，323.0=T K ，0357.0Q =K ； 计算功率为hp D 6.124197.01280P =⨯=；
主机转矩：
97.5736155
275606.124127560=⨯⨯⨯⨯=⨯⨯=ππN P Q D m kgf ⋅【13】；
系柱推力：
kgf D Q K K T Q T 84.1674310
.397
.57360357.0323.0=⨯==
； 螺旋桨转速
min /139323
.01.363.10484.167436060
4
4r K D T N T =⨯⨯==ρ【14】
； 5.10航行特性计算
船体、螺旋桨和主机之间相互联系，航行特性曲线反映了船体、螺旋桨和主机三者的关系【15】。

取转速为155r/min ，145r/min ，135r/min 进行计算，计算结果列于表格5-9
表5-9 航行特性计算表
Table 5-9 Calculation of navigation features form
根据上表绘制螺旋桨的航行特性曲线如图
图5-4航行特性曲线 Figure 5-4 Navigation curve
由上图可知，在螺旋桨转速达到155r/min 时的最大航速此种马力下的最大航速是11.01kn ，此时的主机马力是949hp 。

在主机的有效马力之内，当螺旋桨转速达到155r/min 时的最高航速是11.01kn ，主机马力为919hp ，没有超过设计的范围。

5.11重量及惯性矩计算
根据《船舶设计原理》关于螺旋桨重量以及惯性矩的计算：
桨叶重：)()1)(5.0(169.06.02.0max 1kgf D D
d
t t Zb G b -+=γ【16】；
桨毂重：)()6
.088.0(20
kgf d L d
d G K n γ-=；
螺旋桨总重量：n b G G G +=1；
其中：max b 为桨叶最大宽度（m ）。

0d 为桨毂长度中央处轴径，可按下式估算：由毂径比18.0/=D d 可得：m m d 558.018.01.3=⨯=；
m m d L K 658.0100.0558.0100.0=+=+=；
)
(24.02
658
.0151
)1556.1241(108.0045.02)/(108.0045.03/13
/10m KL n P d K D =⨯-⨯+=-+=螺旋桨惯性矩：
当18.0/≤D d 时)()5.0(0948.0236.02.0max s cm kgf D t t Zb I m p ⋅⋅+=γ；
D P 和n 分别为主机最大持续功率情况下的螺旋桨收到马力(hp)和转速(r/min )；
6.02.0t t 和分别为0.2R 和0.6R 处切面之最大厚度(m )； K 为轴毅配合的锥度，这里选取为1/15；
K L 为毂长(m)；
γ为材料重量密度(kgf /m 3)； Z 为桨叶数； d 为桨毂直径(m )； D 为螺旋桨直径(m ) 。

m m Z DA b b d R 827.04
1.0472
.01.3226.01.0226.066.0max =⨯⨯⨯==
=；
估算得出： 桨叶重：
)
(47.13721.3)18.01()06758.012586.05.0(827.047400169.0)1)(5.0(169.06.02.0max 1kgf D D
d
t t Zb G b =⨯-⨯+⨯⨯⨯⨯⨯=-+=γ
桨毂重：
)(91.942558.07400658.0)558
.024.06.088.0()6
.088.0(220kgf d L d d G K n =⨯⨯⨯⨯-=-=γ螺旋桨总重量：)(38.231591.94247.13721kgf G G G n b =+=+=； 螺旋桨惯性矩：
)
(66.90221.3)06758.012586.05.0(827.0474000948.0)5.0(0948.02
3
36.02.0max s cm kgf D t t Zb I mp ⋅⋅=⨯+⨯⨯⨯⨯⨯=+=γ
5.12螺旋桨计算总结
螺旋桨直径： m 1.3 螺距比： 754.0 型式 MAU 叶数 4 盘面比 472.0 纵倾角 10 螺旋桨敞水效率 641.0 设计航速 kn 27.12 毂径比 18.0 旋向 右旋
材料 ZQAL12-8-3-2
重量 kgf 38.2315
惯性矩 266.9022s cm kgf ⋅⋅
5.13绘制螺旋桨图谱
根据本节以前的计算，绘制出螺旋桨的图谱，如图：
图5-5 螺旋桨图谱
Figure 5-5 The map of propeller
5.14本章小结
本章主要完成的工作就是螺旋桨类型的选择、设计及螺旋桨主要性能的校核。

根据设计船的主要性能，选择的螺旋桨是MAU型桨，按照《船舶原理》中给定的螺旋桨设计步骤进行了计算并校核，最后确定的螺旋桨主要参数如5.12部分所示。

根据所设计的螺旋桨，绘制了图5-5的螺旋桨三视图。