船体结构与识图-魏莉洁

第一章船体线型及结构概述
船体结构型式依据船舶的类型而定，与所用材料和连接方式有关，也与船体形状、尺度及受力情况有很大关系。

第一节船体线型与尺度
一、船体线型
为了使船舶航行时所受到的阻力最小，船体的表面都做成流线形的光滑曲面，船体两端尖瘦中间肥大，如图1-1所示。

图1-1 船体形状（船图P13图1-2-1）
不同船舶的船体的形状也不完全相同。

船体形状可以从三个方面来看：
1．船体侧面形状
船体侧面形状包括甲板边线、龙骨线及首、尾外形轮廓线形状。

（1）甲板边线和龙骨线
甲板边线有首尾升高的舷弧形曲线、折线和水平直线形状等。

舷弧可以减少首尾上浪，也可增加首尾的储备浮力。

有些内河船舶为简化结构和便于施工，也用水平的甲板线。

龙骨线有水平直线、倾斜直线、曲线或断折曲线几种形式。

水平直线式使用最广，便于制造和进坞修理。

倾斜直线式一般均为尾倾。

这往往是因为首吃水受到限制，或是为了放置较大直径的螺旋桨，如登陆艇、拖船、渔船、快艇等。

机帆船及滑行快艇等特殊船型的龙骨线则为曲线或断折曲线式，图1-2所示为几种形式的甲板线和龙骨线形状。

图1-2 甲板线和龙骨线形状（船图P13图1-2-2）
（2）船首形状
如图1-3所示，常见的船首形状有：
直立型首，首柱呈与基线相垂直或接近垂直的直线，首部甲板面积不大。

这种首现在主要用于驳船和特种船舶上，见图1-3a）。

前倾型首，首柱呈直线前倾或微带曲线前倾，首部不易上浪，甲板面积大，在发生碰撞时船体水线以下的部分不易受损，外观上比较简洁，有快速感。

军船上多采用直线前倾型，民船上常用微带曲线前倾型，见图1-3b）。

飞剪型首，首柱在设计水线以上呈凹形曲线，首部不易上浪，且较大的甲板悬伸部可以扩大甲板面积，有利于布置锚机和系船设备。

飞剪型首常用在远洋航行的大型客船和一些货船上，见图1-3c）。

破冰型首，设计水线以下的首柱呈倾斜状，与基线约成30°夹角，以便冲上冰层。

该型式的首用于破冰船上，见图1-3d）。

球鼻型首，设计水线以下的首部前端有球鼻型的突出体，突出体有多种形状，其作用是减小兴波阻力。

球鼻首多用在大型远洋运输船和一些军舰上，军舰上可利用球鼻的突出体装置声纳，见图1-3e）。

图1-3 船首形状（船图P14图1-2-3）
直立型首；b）前倾型首；c）飞剪型首；d）破冰型首；e）球鼻型首
（3）船尾形状
如图4-4所示，常见的船尾形状有：
椭圆型尾，船的尾部有短的尾伸部，折角线以上呈椭圆体向上扩展，端部露出水面较大，桨和舵易受破坏。

过去民用船多采用这种尾型，现在仅有些驳船上可以见到，见图1-4a）巡洋舰型尾，具有光顺曲面的尾伸部，尾部大部分浸入水中，增加了水线长度，有利于减小船的阻力，并有利于舵和螺旋桨的保护。

这种尾型在军舰和民用船上都用得较广，见图1-4b）。

方型尾，尾部有垂直或斜的尾封板，其它仍保留巡洋舰尾的特点。

尾部水流能较平坦地离开船体，减小航行阻力，尾部甲板面积较大有利舵机布置，并防止高速航行时尾部浸水过多。

方型尾大多用于航速较高的舰艇及许多货船上，见图1-4c）。

图1-4 船尾形状（船图P14图1-2-4）
a）椭圆型尾；b）巡洋舰型尾；c）方型尾
2．设计水线面形状
设计水线的首尾形状对船舶快速性等航行性能有重要的影响。

水线面形状一般有平行中体式、无平行中体式和方尾式三种，如图1-5所示。

平行中体式是在船长中部附近一段的宽度不变，且与船体中心线平行。

这种形式的船体施工简便、舱室方整，但仅适用于货船。

无平行中体式的水线是光滑的曲线，适用于中速船。

方尾式则适用于高速舰艇。

图1-5 水线面形状（船图P15图1-2-5）
3．船体中部横断面形状
船体中部横断面的形状主要由梁拱线、船底线和舷侧线构成。

梁拱线一般为抛物线，中间高出舷侧的部分称为梁拱，梁拱的主要作用是便于甲板排水。

为了便于建造，有的船把梁拱线改为折线。

还有的船为了在甲板上装货或行车，同时也为了简化建造工艺，采用水平直线。

船底线有水平直线和向两舷斜升的。

吃水受限制的内河船或大型运输船都采用平底，军船多采用斜升底。

舷侧线有直舷式、外倾式和内倾式。

外倾可提高船的稳性，内倾可减少船在靠岸时甲板破坏的机率，图1-6所示为中横剖面的几种型式。

图1-6 中横剖面的几种型式（船图P15图1-2-6）
以上这三个方向的形状只能反映出船体大致形状，要想反映船体外形沿船长、船宽、船深三个方向变化必须通过船体型线图来表示。

二、船舶外形
船舶的外形和布局应当给人以美感，要简洁美观，实用大方，又有其特征。

船舶的外形包括首、尾部分形状、上层建筑形式、机舱位置的安排以及烟囱、桅杆等上部舾装件的形状和布置等。

船体最上面一层的连续甲板，一般称为上甲板。

在上甲板以上的船体结构可统称为上层建筑。

上层建筑位于船首、船中和船尾的分别称为首楼、桥楼和尾楼（见图1-7）。

在上层建筑内布置有工作室、船员舱室等。

为了增大上层建筑空间，有的船将首楼与桥楼连接起来，或将桥楼与尾楼连接起来，甚至把三者全部连接起来。

客船和客货船要求舱室多空间大，采用全通上层建筑及多层甲板，以满足载客的需要。

图1-7 各种上层建筑形式（船图P16图1-2-7）
上层建筑的形式与机舱位置有一定的关系。

图1-8所示为机舱位置在尾部、中部和中后部的货船外形，分别称为尾机型船、中机型船和中后机型船。

中机型船具有视野宽广、操作方便和空载时纵倾小等优点。

尾机型船具有尾轴长度短、尾轴不穿过货舱、增加装载货物的空间等优点，一般油船、散货船都采用此型，并对防火有利。

中后机型船的优点介于前述两种机型之间，其货舱布置得到改善，纵倾调整较尾机型船有利，杂货船多为这种形式。

图1-8 货船的机舱位置（船图P16图1-2-8）
船舶作为一种水上工程建筑物，上层建筑的层数、大小和造型对其外观有着直接的影响，船舶设计时除了应满足船舶的性能和使用要求外，还应把主体上层建筑以及烟囱、桅杆、雷达柱的位置同外形，舷墙、栏杆、门窗和船壳的配合，救生设备的安排布置等，从总体外观的协调上给予考虑，使不同用途的船舶在造型上各有特点，给人以美感。

如货船的简洁朴实，客船的平稳、轻快等。

三、船体主尺度、主尺度比和船型系数
1．船体主尺度
船体主尺度是度量船体外形大小的基本量度。

如图1-9所示，通常有以下几项：
图1-9 船体主尺度（船图P17图1-2-9）
（1）总长ＬOA ：船体型表面（包括两端上层建筑在内）最前端和最后端之间的水平距离。

（2）设计水线长ＬWL ：设计水线面与船体型表面首尾端交点之间的水平距离。

（3）垂线间长ＬPP ：首垂线与尾垂线之间的水平距离。

首垂线是通过设计水线船首端点所作的垂线。

尾垂线是通过设计水线与舵杆中心线（或舵柱后缘）交点所作的垂线。

（4）型宽Ｂ：船体型表面之间垂直于中线面的最大水平距离。

（5）型深Ｈ：通常指在中横剖面处，沿舷侧自龙骨线量至上甲板边线间的垂直距离。

（6）吃水Ｔ：通常指在中横剖面处，自龙骨线量至设计水线的垂直距离。

如果船有纵向倾斜，则首吃水是自首垂线上龙骨线的延长线量到设计水线的垂直高度。

尾吃水是自尾垂线与龙骨线的交点量至设计水线的垂直高度。

中横剖面处的吃水为平均吃水。

（7）干舷Ｆ：型深Ｈ与吃水Ｔ的差值，即Ｆ＝Ｈ－Ｔ。

2．尺度比
船舶各主尺度之间的比值也是表征船舶几何特征的重要参数，并且尺度比也反映了船舶的性能，例如：
长宽比L/B ，与船舶的快速性有关，比值越大，船舶于水中航行时所遇的阻力越小，高速船舶尤其如此。

型深吃水比D/T ，与船舶的稳性、抗沉性、以及船体内部的容积均有密切的关系。

船宽吃水比B/T ，与船舶的稳性、快速性及航向稳定性有关。

船长吃水比L/T ，与船舶的操纵性有关，比值越小，船舶转动越灵敏。

3．船型系数
船型系数是表示船体水下形状肥瘦程度的无因次系数。

它们都与船舶航行性能有密切关系，在设计时要根据船的用途、航区和速度等不同情况而适当选取。

（1）方形系数ＣB
方形系数又称排水量系数，它是设计水线以下的船体体积Ｖ与长方形体积L WL ×Ｂ×Ｔ的比值（见图1-10），即
BT
L V
C WL B
图1-10 方形系数（船图P18图1-2-10）
ＣB 值的大小反映了船体水下部分总的肥瘦程度。

ＣB 大，表示船的水下型线较为饱满，ＣB 小，船的水下型线就较瘦削。

货船的ＣB 较大，客船小于货船，而军舰最小。

（２）棱形系数C P
棱形系数又称纵向棱形系数，它是设计水线下的船体体积Ｖ与纵向棱柱体积L WL ×A M 的比值，A M 为中站面面积（见图1-11），即
WL
M P L A V
C =
图1-11 棱形系数（船图P18图1-2-11）
C P 值的大小反映了船体水下部分的体积沿船长的分布情况。

如果两船的船长和水下排水体积皆相同，C P 值大，表示排水体积沿船长分布比较均匀；C P 值小，则表示船体水平形状中部饱满而两端瘦削。

C P 值与船舶快速性有密切关系，高速船的C P 较小，低速船的C P 较大。

（３）水线面系数ＣWP
它是设计水线面面积ＡW 与长方形面积ＬWL ×Ｂ的比值（见图1-12），即。

B
L A C WL W
WP =
图1-12 水线面系数（船图P18图1-2-12）
ＣWP 值的大小反映了设计水线面两端的尖削程度，它与船舶的快速性及稳性有关。

客船和军舰的两端比较尖削，其ＣWP 值也较小；货船、油船的两端较丰满，其ＣWP 值就较大。

（４）中横剖面系数C M
它是设计水线以下的中横剖面面积A M 与长方形面积B ×T 的比值（见图1-13），即
T
B A
C M
M ⨯=
图1-13 中横剖面系数（船图P18图1-2-13）
C M 值的大小反映了中横剖面的饱满程度。

通常低速的大型货船的中横剖面比较丰满，其C M 值就较大。

上述诸系数一般皆指船在设计水线时的值，随着吃水的不同，诸系数值也就发生了变化。

船舶的主尺度仅仅表示船的大小，而船型系数则能更好的表示出船体水下部分的形状（肥瘦程度和排水体积分布情况），而最完整的表示出全船形状的则为船体型线图。

船舶的主尺度和船型系数，对船的航行性能影响极大。

表1-1为一些不同类型船舶的各系数参考值。

第二节 船体受力与船体强度
船舶从建造、下水、停泊、航行及进坞修理等全部过程中，受到各种外力的作用，这些外力常常会使船体结构产生变形或损坏。

研究船体受力的目的就是使所设计的船体结构，在这些外力的作用下，能具有足够的强度和刚性，达到最小的重量，降低建造成本和提高船舶营运的经济性。

一、 作用在船体上的力
船体受力主要有总纵弯曲引起的力、横向载荷和其它局部力。