船舶设计原理(第三章)船舶重量重心

排水量裕度的取值视不同设计阶段而定，例如，在初步设计阶 段，排水量裕度可取空船重量 LW 的 4％~6％。或者对船体钢料重 量 WH 取 3％~5％，对舾装重量 WO 和机电设备重量WM各取 8%~10％。
3.3 载重量估算
船舶原理与设计
第三章、船舶重量重心
载重量DW包括了货物、人员及行李、食品、淡水、燃油、滑油、炉水 以及备品和供应品的重量，如果设计状态还有压载水的话，则还包括压载水 的重量。 如设计任务书已知DW，为了考虑各种舱室容积的要求和计算重心的位 置等，也必须对组成载重量的各部分重量进行计算或估算。
3.3.1 人员、行李、食品、淡水的重量
人员和行李通常按每人平均（70kg＋50kg）计算。 食品及淡水总储备量＝自持力×人员数×定量
自持力＝
R （d） V S ⋅ 24
R为续航力，Vs是服务航速。 食品和淡水的定量标准…。
3.3 载重量估算
船舶原理与设计
第三章、船舶重量重心
3.3.2 燃油、滑油、炉水及备品供应品的重量
3.4 排水量的粗估和重量与浮力的平衡 第三章、船舶重量重心
根据浮性方程：
船舶原理与设计
∆ = ρkLBdC B = LW + DW
已知粗估所得的新船排水量Δ和初步选取的L、B、D、d及CB ，就可 根据这些要素估算出空船的重量 LW以及载重量DW。此时，一般情况下， （LW+DW）≠ρkLBdCB ，需要调整。 设：
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3.2 空船重量估算
3.2.1 船体钢料重量的分析与估算 1. 影响船体钢料重量的主要因素
(1) 主尺度
第三章、船舶重量重心
主尺度(L、B、D、d、CB）中影响最大的是L，其次是B，d 和 CB 对 WH 的影响较小，而 D 的影响程度要根据具体情况来分析。如用指数函数 的形式来表示其影响程度，即：
3.2 空船重量估算
3.2.2 舾装重量的分析与估算
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第三章、船舶重量重心
1. 舾装重量WO 的估算方法
WO 的粗略估算方法也有类似于WH 估算方法中的平方模数法和立方 模数法，即： 平方模数法： 或： 或： 立方模数法：
WO = C O1 LB
WO = C O 2 L ( B + D )
2. 滑油（WL） 3. 炉水（WBW） 4. 备品供应品
W L = εW F
W BW = G ⋅ ε ⋅ t
备品和供应品的重量可取空船重量的一个百分数，如（0.5%～1.0%）LW。
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3.4 排水量的粗估和重量与浮力的平衡 第三章、船舶重量重心
在设计的最初阶段，初步选取主尺度时如何考虑排水量的要求是设计 者面临的第一个问题。在已知载重量的情况下，排水量的第一次近似通常 可应用载重量系数的方法初步确定，即：
WH ∝ Lα B β Dγ d σ CBτ
式中：α、β、γ、σ、τ 称为主尺度对船体钢料重量的影响指数。 各指数的大体关系为： α > β > γ 和 σ 及 τ ，其中α > 1。（参见表3.2.4）
3.2 空船重量估算
3.2.1 船体钢料重量的分析与估算
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1. 影响船体钢料重量的主要因素 （2）布置特征 甲板层数 舱壁数量 上层建筑和甲板室 布置决定的结构形式 （3）使用要求 新船要求的使用年限 结构材料（高强度钢的使用比例） 附体的大小和多少 ……
WO = CO 3 ( LBD) 2 3
WO = CO 4 LBD
式中：CO1、CO2、CO3、CO4均为取自母型船的对应系数。
3.2 空船重量估算
3.2.2 舾装重量的分析与估算
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1. 舾装重量WO 的估算方法
WO 的其他估算方法： 统计公式； 较详细的分项估算。 分项估算的详细程度根据设计的深度而定。对于已确定的具体舾装设 备，可参照设备样本提供的重量资料来确定，如救生设备、锚泊设备、舵 设备、起货设备等。对于舱口盖、甲板覆料、内装材料等可根据布置和选 型结果，用型船资料或经验公式等方法估算。对于设计暂未确定的其他杂 项的重量也可用型船资料换算，换算中注意对新船和型船的不同处应进行 适当的修正。
式中： D1 相当型深 CH2 取自母型船
S ∑ l i hi D1 = D + + L L
3.2 空船重量估算
3.2.1 船体钢料重量的分析与估算
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2. WH 的粗估方法 （3）指数法
W H = C H 3 Lα B β D γ d σ C B τ + WC
式中：CH3取自母型船； 忽略 d 和CB 时，取
3.2 空船重量估算
3.2.4 固定压载和排水量裕度
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第三章、船舶重量重心
2. 排水量裕度
排水量裕度也叫排水量储备。在估算空船重量时，通常都 要考虑加一定的排水量裕度，其原因大致有以下三个方面： 设计中重量估算误差。 未预计重量的增加，如在设计后期或建造过程中船东 提出增加设备等。 建造中时常难免会采用代用品（包括材料及设备等） 导致空船重量增加。
∆＝W H ＋WO＋W M ＋DW = C H ∆α ＋C O ∆β ＋C M ∆γ ＋DW
则Δ的增量为：
δW O δW H δW M δ∆ = δ∆ + δ∆ + δ∆ + δDW δ∆ δ∆ δ∆
σ 、τ
为 0。
3.2 空船重量估算
3.2.1 船体钢料重量的分析与估算
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2. WH 的粗估方法 （4）统计法 统计公式。 例如：适用于10000～50000吨散货船的统计公式：
W H = 3.90 KL2 B(C B + 0.7) × 10 −4 + 1200
式中：
2. 分项估算方法
3.2 空船重量估算
3.2.4 固定压载和排水量裕度
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1. 固定压载
固定压载属于空船重量的一部分。船舶加固定压载的主要原因有： 某些船稳性不足，加固定压载以降低重心高度； 某些特殊船舶嫌满载吃水太浅或排水量太小，用固定压载加大吃水和 排水量； 有的船因布置的特殊要求导致浮态不理想，用加固定压载来调整纵倾。 对于一般运输货船，设计成加固定压载是不允许的。某些特殊情 况下，新船建造完工后，发现重心过高或浮态很不好，用加固定压载 来作为一种补救措施，以便在新船牺牲了部分装载能力后还能继续使 用。
第三章、船舶重量重心
1. 舾装重量的分析
舾装部分重量的特点是：项目繁多，且各自独立，规律性差。采 用分类、分项估算较可靠。 估算舾装重量，通常可分成以下四类，分别对照母型船的舾装重 量资料来分析和估算 与船的排水量和主尺度有关的重量──如船舶设备与系统，包括锚、 舵、系泊、消防、管系、油漆等。 与船员或旅客人数有关的重量──如舱室木作（衬板、天花板、甲 板敷料）、家俱、卫生设备、救生设备等。 与船的使用特点有关的重量──如货船上的起货设备及舱口盖，拖 船上的拖带设备等。 特殊项目重量──如减摇装置，侧向推进装置等。
也有一些统计公式可供参考使用，例如：
η DW = 0.7666 + 0.1304(
DW 10 5 ) − 0.0775( DW 10 5 ) 2 + 0.1294( DW 10 5 ) 3 − 0.1441( DW 4 DW 5 ) + 0.0469( ) 10 5 10 5
该式适用于DW=10000～100000t的散货船。
2. 典型载况 一般货船，通常取四种典型载况： 满载出港──设计排水量状态；
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第三章、船舶重量重心
满载到港──船上的油水等消耗品重量规定为设计状态储 备量的10％； 压载出港──船上不装载货物，但有所需的压载水，油水储备 量为设计状态之值； 压载到港──船上不装载货物，但有所需的压载水，油水为其 总储备量的10％。
3.2 空船重量估算
3.2.1 船体钢料重量的分析与估算
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2. WH 的粗估方法 （1）平方模数法
W H ＝C H 1 L（aB＋bD）
式中：CH1取自母型船： a、b权重系数 （2）立方模数法
WHO CH 1 = LO (aBO + bDO )
WH = CH 2 LBD1
3.2 空船重量估算
3.2.3 机电设备重量估算
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1. 按主机功率 的粗估方法
0.5 P 机电设备重量可以近似地按主机功率平方根 D 的关系进行换算 ，例如：
W M = C M ( PD 0.7355) 0.5
式中：PD——主机功率MCR（kW）； CM——系数，可用母型船资料换算。缺乏母型资料时， CM可按 以下范围取值：对于中速主机： CM =5~6，对于低速主 机：MCR 在10000kW以上时 CM =7~8；MCR在 10000kW 以下时 CM =8~9。
∆ = LW + DW
LW──空船重量（t）；民船设计中通常将其分为船体钢料重量 WH、舾 装重量 WO 和机电设备重量 WM 三大部分，即:
LW = W H + WO + W M
DW──载重量（t）；包括货物、旅客、船员、行李、油水（燃油、滑 油、淡水等）、食品、备品、供应品以及压载水等。
3.1 概述
K = 10.75 − (
300 − L 3 2 ) 100
3.2 空船重量估算
3.2.1 船体钢料重量的分析与估算
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第三章、船舶重量重心
2. WH 的粗估方法 （4）统计法
Watson, D. G. M., and Gilfillan, A. W., “Some Ship Design Methods,” Transactions RINA, 119, 1977
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第三章、船舶重量重心
3. 比较精确的估算方法 （1）每米船长重量法
需具备新船和母型船的典型横剖面结构图和总布置图。 估算步骤如下： ① 全船性结构钢料重量的估算： 分别计算出新船和母型船单位长度（每米长度重量）的结构重量 w 和 wo 。按下式换算新船的全船性钢料重量：
13 L C ω WH ′ = WHO′ ⋅ ⋅ PP ⋅ B 1 3 ωO LPPO CBO
1. 燃油（WF）
W F = t ( g1 P1 + g 2 P2 + g 3 ) ⋅ k ⋅ 10 −3
t ──航行时间 （h）; g1——主机耗油率[kg/(kW.h)]； p1——主机常用额定功率（kW）； g2——辅机（主要指发电机组）耗油率[kg/(kW.h)] ； p2——航行时使用的辅机总功率（kW）； g3——其他燃油设备（如燃油锅炉）单位时间耗油量 （kg/h）； k——风浪影响系数，可取1.1~1.2。
《船舶设计原理》
第 三 章 船舶重量与重心
课 号：001-(2015-2016-1) 教学班：NA404
上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院 2015年
第三章、船舶重量重心
船舶原理与设计
3.1 概述
船舶的重量重心是船舶最重要参数之一，准确地估算或计算，并控制 好船舶的重量与重心位置是保证船舶各项性能的基本条件。 1. 重量分类 船舶的总重量（即排水量Δ）分为空船重量（LW）和载重量（DW） 两部分，空船重量是船舶的一项重要指标，载重量是船舶的装载能力。
3.2 空船重量估算
3.2.1 船体钢料重量的分析与估算
船舶原理与设计
第三章、船舶重量重心
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2. WH 的粗估方法 （4）统计法
DW=15万吨~30万吨的油船（Sato，1967）
DNV方法
Cudina等（2010），油船和散货船
f1为采用高强度钢所进行的折减系数
3.2 空船重量估算
3.2.1 船体钢料重量的分析估算
式中：下标为“o”者是母型船之值； WHO为母型船对应的全船性钢料重量。 ② 局部修正和计入其它结构重量。
3.2 空船重量估算
3.2.1 船体钢料重量的分析估算
船舶原理与设计
第三章、船舶重量重心
3. 比较精确的估算方法 （2）分项重量换算法
3.2 空船重量估算
3.2.2 舾装重量的分析与估算
船舶原理与设计
∆=
DW
式中ηDW 称为载重量系数 。 ηDW 表示船舶载重量DW占排水量的比例 系数，对于相同排水量的船来说， ηDW大，表示空船重量轻，或者说载 重能力大。由此可见，一艘运输货船 ηDW的大小是反映该船设计建造质 量的一个重要指标。
η DW
ηDW 的估算方法在有相近母型船资料时，用母型船资料较可靠。