第四章 主尺度排水量确定(F)

B对阻力的影响
使用、建造条件对B的影响：船闸，船台
(大连船厂6.5万吨成品油船)；
总布置对B的影响 ：客船，集装箱 船，拖船； 满足浮力要求 ：浮力方程 对造价P的影响：增加B有利于减小P
三、选择d时考虑的因素
1、对快速性的影响 2、对初稳性、大角稳性、耐波性等的影响 3、浮力要求 4、航道港口水深对d的影响
第四章 主尺度排水量确定
4-1 船型总体方案构思
船型方案
主尺度 排水量
船型系数
航速 主机功率
快速性
稳性
容积
总布置
经济性
适航性
（1） 明确 设计任务 （7） 技术、经济 性能分析 （2） 规范的要求
（6） 确定主尺度 及各要素
船型方案 构思
（3） 现有型船资料
（5） 船型特征 总布置构想
（4） 限制条件
Wh
2 3 W f Wm 1 1 W f 3 5 3 5 Wh 0.467 f 0.4Wm W
诺曼系数应用例题：改变设计船主尺度
∵
rkLBdCb
0 0 0 0 L B d Cb L0 B0 d 0 Cb0
2 3
2、以L、B、D等为变量的重量方程法
Wh W f Wm DW
R Ch ( LBD) C f ( LBD) (Cm kgr ) PB 103 DWr vs
2 3
（二）主尺度初步拟定
1、统计公式法确定L、B、D、d 2、确定 Cb 3、按尺度比（L/B，B/d等）确定主尺度 4、按限制条件定主尺度 5、按总布置估算主尺度
1.6
1.08
0.20
0.197
3）运木船：若满载时初稳性高度过高，对部分装载时的横摇不利。 ∵所运木材对大角稳性有利， ∴ 在满载且甲板装货时 GM >0 即可；
4）油船：自由液面修正
GM 0.1 L
5）拖船：在拖索急牵力矩 作用下，横倾角不超过 甲板边缘入水角
GM min
Ft l sin

其中，诺曼系数：
Wh 2 Wm 1 ( ) 3 3 2 2 (Wh W f Wm ) 3 3
N
1 2 Wf
民船诺曼系数例：
设：1）Wh与△成正比； 2 2）Wf的3/5正比于 3 ； 1 Wf的1/5正比于 3 ； Wf的1/5与△无关； 3）Wm的3/5正比于 2 3 ； Wm的2/5与△无关； 则， N
Cb对阻力的影响
• 中低速船→经济Cb • 中高速船→最佳Cb

船舶的实际Cb：
• 载重型船--Cb大 • 布置型船—重力浮力平衡，Cb与Fn配合 • 浅水航道船—增大Cb以减小尺度 • 工作船（Tug）--由于航速较高，Cb小， 对阻力有利

船舶的实际Cb：
六、小结--主尺度要素与船舶性能的联系
L对阻力的影响：
低速船短而肥；高速船瘦而长。

L对阻力的影响
高速船（Fn>0.3）：兴波阻力 低速船（Fn<0.18）：摩擦阻力 ※最佳船长(Lopt)、经济船长(Le)： （与造价P、油价相关）
使用建造条件对L的影响
• 黄浦江航道曲率半径要求 L<200m； • 巴拿马运河船闸长度：295m； • 码头泊位长度； • 船台、船坞尺度；
二、选择B时考虑的因素
1、对稳性及耐波性的影响 2、对阻力的影响 3、使用、建造条件对B的影响 4、总布置对B的影响 5、满足浮力要求 6、对造价P的影响
B对初稳性的影响
初稳性高度： r Z b Z g h GM B 稳性半径：r k d h :自由液面修正；
2
B对大角稳性的影响
总布置对L的影响—布置型船
• 客船； • 拖船； • 集装箱船；
L对操纵性、耐波性、抗沉性的
影响
• 回转性； • 纵摇、升沉：L>1.3 ； • L大，则可浸长度增加，稳性损 失降低；
对L的综合分析(例)：

Tugs L要小→操纵性好

L对重量（LW）及造价的影响
• 影响LW的要素按重要性排序：L、 B、D、d、Cb„„ • L与LW及造价的关系； • L与燃油消耗量的关系；
1、 统计法确定主尺度
1）油船（DW＝3.5～13万吨）
L pp 60.473ln DW 456.6 B 10.853ln DW 84.9 d 6.546105 DW 8.127 D 1.2d 3.3
2）散货船
L pp 8.545DW B 0.0734L d 0.0441 pp L
4-2 选择船舶主要要素时 考虑的因素
–船长，L； –型宽，B； –型深，D； –吃水，d； –方形系数，Cb；
一、选择L时考虑的因素
1、L对阻力的影响 2、使用建造条件对L的影响 3、总布置对L的影响—布置型船 4、L对操纵性、耐波性、抗沉性 5、L对重量（LW）及造价的影响 6、L应满足△要求（浮力）
Cb
W
i
rkLBd
2）诺曼系数法 当 LW DW时，

∴
LW DW
DW
N DW
N—诺曼系数
诺曼系数推导：
设，N的计算与各项重量与△的幂次有关。即
Wh
则
Wf
2
3
Wm
2
3
Wh W f Wm DW
D对大角稳性的影响
lb lb1 Z g sin 1
D对总强度和造价的影响 • 大型船舶：结构构件尺度按照确定 计算确定，D增大时，Wh不一定增加； • 小型船舶：结构构件按照工艺及构 造要求确定， D增大时，Wh将增加；
五、选择Cb时考虑的因素
1、浮性方程式 △=r· L· d· b k· B· C 对主尺度的影响 2、对布置的影响 3、对LW、DW的影响 4、对阻力的影响 最佳Cb、临界Cb、经济Cb
其中，载重量系数可由统计数据得到
2）假设各部分重量可表达为
Wh Ch ;
W f C f 2 / 3 ;
2 / 3v 3 R 3 Wr kgr 10 ; c v Wr：燃油重量
2 / 3v 3 Wm Cm 103 c
DWr DW Wr

Wh W f Wm Wr DWr A B C
表4-7 内河客船稳性
船名 L×B×D×d GM(m) GM/B 2.878 1.768 0.175 0.216 申汉线客货轮 108×16.4×4.7 ×3.6 (东方红11) 中游短途客货 42×8.2×2.9 轮(东方红256) ×2.1 黑龙江250客 48×8×2.6×1.3 位客轮 江苏300客位 28×5.5×1.85× 1.1 客轮
初稳性高度： r Zb Z g h GM B2 稳性半径：r k d
• 在型深D不变时，d增大使得干舷降低，甲板边缘 提前人水，对抗沉性和大角稳性变差； • d大，砰击和漂移程度轻，耐波性好。
四、选择D时考虑的因素
1、对稳性的影响 初稳性、大角稳 性 2、对抗沉性的影响 3、对总强度和造价的 影响 4、对容量布置的影响
V Ch C f Cm 103 DW C
2 2 3
3
3
求全微分：
W f Wh Wm DW
= ∴
Wh 2 Wf 2 Wm DW 3 3
DW
Wh 2 W f 2 Wm 1 ( ) 3 3 N DW
表4-8 典型拖轮稳性
船名 400马力港作 拖轮 1670马力港 作拖轮 4000马力长 江推轮 30米级沿海 拖轮 L×B×D×d GM(m) GM/B 0.1264 0.1256
d对快速性的影响
• d大，可加大螺旋桨直径，提高效率；增大埋深， 降低空泡； • 排水量一定时，L、B不变，增大d，则Cb和B/d 减小，使剩余阻力降低；
kLbp BdCb
∴ 在吃水不受限制时，尽量选用大的d。
d对其它性能的影响
• 在∇一定时，增加d则Zb将提高，但由于B/d减小使 稳心半径r减小较大，使得GM减小；
4-3 确定主要要素的基本原理
布置型船 Container、Passenger、Tugs… 载重型船 Tanker、Bulk、Ore-Carrier…
一、基本步骤（布置型、载重型）
1）确立指导思想 2）初步拟定L、B、D、d、Cb、… 3) 重力浮力平衡、容积满足要求 4）性能校核
一个 可行方案
d d 0 d
Cb Cb0 Cb
四、性能分析与估算
（1） 稳性 （6） 容积 性能校核
（5） 结构强度 振动噪声
（2） 快速性
（3） 耐波性 （4） 操纵性
１、 稳性
ｒ与 Z b 的估算： 1） 根据母型船换算
GM r Z b Z g h
b2 r r0 , b B , td Zb Zb0 t B0 d0 t （表4 4 按型船换算 静水力要素）
4、 按限制条件定主尺度
• • • • 港口、航道水深→d； 航道曲率半径→L； 港口泊位长度→L； 船台、船坞尺度 →L,B
5、按总布置估算主尺度
50000吨多用途船
三、重力与浮力平衡
1、变载重量法
LW DW
改变载重量DW使等式成立。 2、固定载重量法
2、固定载重量法 1）Cb 用平衡
∴
0 0 0 0 L B d Cb L0 B0 d0 Cb 0

则，
0

L
L0

B
B0

d
d0

Cb
Cb 0
若令
Cb 0
则，
L
L0

B
B0

d
d0
L
1 . L0 B0 d0 3 0
B
d
得，
L L0 L
B B0 B
二、主尺度要素初步拟定
（一）△估算 1. 重量方程法 2.修改母型法 （二)主尺度初步拟定 1.母型修改法 2.统计法
（一）△估算
1、以△为变量的重量方程法 1）
LW DW Wh W f Wm DW Ch C f Cm DW DW DW 1 (Ch C f Cm ) DW
3
2、确定 Cb
1） 当主尺度和排水量确定后
Cb rkLBd
2）（统计法） C b A B
V L
A、B为统计系数，取决于船型、速长比等。 （查表4-2）
3、按尺度比确定主尺度
当L / B K1 , B / d K 2 , Cb已知，且确定后， 根据浮力方程 ＝kLBdCb 可得 K12 K 2 L3 kCb L B B , d K1 K2
来自百度文库 “规范” 对 GM
客、货、油 集、渔 ≥0.15m
要求：
≥0.3m
运木 ≥ 0.1m（出港）
起重 ≥0.16B
GM 4） 上限—缓和摇摆：
T 0.58 f B 4Z g
2 2
GM
防止船与波浪谐摇的条件：
T 1.3Tw Tw 0.8
典型船的稳性数据：
1）干货船—满载到港时稳性最差 ①B>12m船：GM B = 0.04~0.05 ②中小型船： GM B = 0.05~0.07 ③中途可加压载的船：GM B 可小些 ④干舷较低船：GM B 不宜过大， 否则 稳 性消失角不易满足 ⑤矿砂船：选取较小的 GM B
1.051
0.2918
1.1371 pp
3）多用途
L pp 8.545DW B 0.0734L d 0.0441 pp L
1.051
0.2918
1.1371 pp
4）港作拖轮
L pp 22.8 5.57 10 PB B 0.225L pp 2.04PB d 0.1L pp 0.1
2)由公式估算
Zb a1d
B2 r a2 d
系数a1和a2与Cb、Cw及线型有关。 4 5、表4 6) (表
3）稳性下限—安全： GM 0.15m
a)使船的倾角尽量小； b)有足够的剩余初稳性高度； c)船随浪处于波峰较长时间时的倾覆 d)旅客集中一舷、全速回航时的倾角； e)起重船起吊时， 集装箱船受横风作用时； f)大角稳性曲线在原点处的斜率不能过小；