船舶设计原理4-1性能预报讲解
船舶操纵性能预报及改善
船舶操纵性能预报及改善简介：船舶操纵性是指船舶按照设计者的意图保持或者改变其运动状态的性能，即船舶保持或改变其航速、航向和位置的性能。
船舶的操纵性包括：航向稳定性、回转性、转首性、跟从性和停船性能。
船舶操纵性预报的主要内容：船舶操纵运动的水动力预报，船舶回转运动时回转轨迹及主要特征参数的预报，Z形操舵试验中的Z形曲线的预报和停船性能有关参数的预报重要性：船舶操纵性是船舶航行的重要性能之一,和船舶的航行安全性密切相关现状：1.由于操纵性问题本身的复杂性和船东从营运效率考虑,对操纵性的关心远不如对快速性等性能的关心,因而操纵性没有得到应有的重视2.近十多年来,国内外造船界对船舶操纵性越来越重视,国际上船舶操纵性研究突飞猛进,取得了惊人的进展。
发展：1.国际海事组织(Intemational Maritime Organization,IMO)在船舶操纵性评估和制定船舶操纵性标准方面的工作引起了人们对船舶操纵性的重视2．船舶水动力学学科及其相关数值和实验技术的进步使研究船舶操纵性这种复杂的问题成为了可能操纵性能预报的方法：1、数据库方法----限制较大；使用方便2、自由自航船模试验方法----尺度效应；费用昂贵；3、利用船舶运动数学模型进行仿真计算方法----精度达工程计算要求；方便实用4、基于CFD技术的数值模拟方法----纯数值；可模拟波浪中操纵性5、神经网络方法（人工神经网络和BP神经网络）----非线性动态系统改善操纵性能的措施：1、舵的设计正确----合适的种类和外形尺寸2、船体主要尺度和型线的正确选择（船长，主尺度比，方形系数，纵中剖面面积，首尾部形状对水动力导数的影响）----协调航向稳定性和回转性之间的矛盾3、设计特种操纵装置----推进、操纵合一装置；主动式转向装置；特种舵数据库方法自由自航船模试验方法----尺度效应；费用昂贵；利用船舶运动数学模型进行仿真计算方法----精度达工程计算要求；方便实用基于CFD技术的数值模拟方法----纯数值；可模拟波浪中操纵性神经网络方法（人工神经网络和BP神经网络）----非线性动态系统。
船舶设计原理4-2性能预报
3．其他因素 ．
一定时， 在 GM 一定时，从总布置上增大质量惯性半 径，可以增大Tφ ，对减小横摇有利。其他如舭龙骨、 对减小横摇有利。其他如舭龙骨、 舵等附体，双螺旋桨及附加的轴，轴包架 或轴支架 或轴支架)、 舵等附体，双螺旋桨及附加的轴，轴包架(或轴支架 、 双尾鳍、双涡尾等都对增加横摇阻尼， 双尾鳍、双涡尾等都对增加横摇阻尼，降低φa有作 用。
(4)主尺度及船型特征 主尺度及船型特征
对缓和纵摇有利；增加Cw Cw对缓和 增加L和T 对缓和纵摇有利；增加Cw对缓和 纵摇、升沉均有利，将重量向中部集中布置， 纵摇、升沉均有利，将重量向中部集中布置， 以减小纵向质量惯性半径，有利于降低纵摇。 以减小纵向质量惯性半径，有利于降低纵摇。
(二)设计时要考虑的因素 一般来说，改变主尺度的可行范围是不大的， (1)一般来说，改变主尺度的可行范围是不大的， 故通常从线型上进行考虑。对大型船舶来说， 故通常从线型上进行考虑。对大型船舶来说，首横剖 面形状采用U 型均可。 面形状采用U型、V型均可。而对于航区波长相对于船 长较大的中小型船舶，宜采用V型首横剖面形状。 长较大的中小型船舶，宜采用V型首横剖面形状。 应保证船在空载时有必要的首、尾吃水， (2)应保证船在空载时有必要的首、尾吃水，满载 时有充分的首部干舷，以改善首底砰击、 时有充分的首部干舷，以改善首底砰击、撂旋桨飞车 、甲板上浪等。 甲板上浪等。
3)调谐因素 调谐因素A 调谐因素
迎浪时调谐因素关系式为: 迎浪时调谐因素关系式为
式中， 纵摇周期。 式中，Tθ ——纵摇周期。 纵摇周期 最大纵摇和升沉运动一般发生在A＝ 最大纵摇和升沉运动一般发生在 ＝0.75－1.25 － 范围。 范围。一般采用降速措施减小Fr 使A<0.75，或改 ， 变航向以缓和船舶的运动。 变航向以缓和船舶的运动。
船舶设计原理4-1性能预报(11-12)
对于不同用途、不同大小和不同航 区的船舶，抗沉性的要求不同。它分 “一舱制”船、“二舱制”船、“三舱 制”船等。“一舱制”船是指该船上任 何一舱破损进水而不致造成沉没的船舶。 一般远洋货船属于“一舱制”船。“二 舱制”船是指该船任何相邻的两个舱破 损进水而不致造成沉没的船舶。“三舱 制”船以此类推。一般化学品船和液体 散装船属于“二舱制”船或“三舱制” 船。
倾覆力矩＝
∆ • GM • sin θ
提高船舶稳性的措施： 提高船舶稳性的措施： 稳性是与船舶安全密切相关的一项重 要性能。有关规范规定了各类船舶应具 备的稳性标准，所有船舶必须达到规定 的指标要求。为使船舶具有良好的稳性， 可采取措施降低船舶的重心，减小上层 建筑受风面积等措施。船舶初稳性为船 舶倾斜角小于10~15度，或上甲板边缘开 始入水前的稳性，又称小倾角稳性。船 舶大倾角稳性为船舶倾斜角大于10~15度， 或上甲板边缘开始入水后的稳性。
由复原力矩公式我们可以知道，复原力 矩的大小是与成正比的，通常认为 GM 值越大稳定性就越好。但是事实上并不 是值越大越好，如果值过大，则船舶的 复原能力很强，稍有倾侧，很快复原， 这样就使的船舶左右摇摆频繁，即横摇 的周期短，这在客船中更是要不得，剧 烈的摇摆会使乘客感觉很不舒服。
提高船舶稳性的几条措施
一、 快速性的初步估算 (一)海军系数法 一 海军系数法
式中， －主机功率(kW)； 式中，P－主机功率 ； V－设计航速(kn)； －设计航速 ； △－设计排水量(t)； 设计排水量 ； C一海军系数。 一海军系数。 一海军系数 海军系数C是一艘船的阻力与推进性能的综合反映， 海军系数 是一艘船的阻力与推进性能的综合反映，如果新 是一艘船的阻力与推进性能的综合反映 船与母型船在阻力或推进方面有较大差别时，应对C值进行修 船与母型船在阻力或推进方面有较大差别时，应对 值进行修 正。
船舶设计原理4-3性能预报
纵
性
船舶操纵性包括以下三方面的内容：航向稳 定性、回转性和转首性。对于常规船型，船舶操 纵性并不难保证，只需要从舵面积的选取及在舵、 螺旋桨和船体型线的配合上加以注意即可。
一、舵面积的确定 舵面积是船舶操纵性的一个重要要素，舵面 积越大，舵的回转力矩就越大，操纵性要求越易 得到满足。但是舵面积过大，将增加舵机功率、 舵设备的重量和水阻力，同时舵面积大到一定程 度之后，对回转性的影响相对来说就不很重要了， 因此，舵面积有一个适当的数值范围。
(5—6)
式中，Mc——装卸效率(t／d)，其值取决于码头的设 备条件与劳动组织、船舶本身的装卸设备情况及货舱敞开 程度、船舶大小与货种等等因素。故各船之Mc值要根据 航线、各港资料和相近实船的实际资料经仔细分析后，加 以确定。 t22采用同航线同型船舶的近期统计资料。 t23的数值一般较小，可根据实船资料(如航次报告)统 计确定。
§5—2 基础经济数据计算
为了评价一条船舶的经济性，必须计算其基础 经济数据，即计算年运量，船价、年运输成本及年 收入。 进行船舶基础经济数据计算的前提是；
(1)依据船舶设计任务书给定了船舶设计载重量、 主机类型与功率以及设计服务航速； (2)通过调研，获得了预定航线的有关营运、经 济数据； (3)通过初步论证，拟定了船舶主尺度要素。 以下依次介绍单船基础经济数据的计算。
(4)有的船舶，如巨型油轮、散装货船、渡船， 为更好地控制船的航向和缩短靠离码头的时间， 或节约拖船费用，应根据具体情况，分析是否有 采用首部侧推装置的必要性。 (5)从航向稳定性看，L ／B小、Cb及B／T大的 船是不利的。空载吃水太浅会使船的航向不稳定 ，有的船需加呆木以解决航向稳定性问题；
(6)近年来，发现肥大型船(方形系数大)可能 存在操纵性异常现象，即在小舵角下船可能是稳 定的，也可能是不稳定的。这主要是由于船型丰 满而产生的水流分离或舭部涡流造成的。两种肥 大型船不稳定情况的典型丁，—占，曲线如图 4—4所示，图中；尸是无因次定常回转角速度， 扩为舵角，从图中可见，在 小舵角时，当舵角为正 值时，回转角速度可能 为正，也可能为负，所 以船的回转方向有可能 与预定的相反。
船舶设计原理 设计
船舶设计原理设计船舶设计原理是指在设计一艘船舶时所遵循的原则和规范。
通过运用这些原理，可以使船舶在航行中具有良好的稳定性、操纵性和抗风浪能力，以及满足船舶设计的特定要求。
一、船体设计原理：1. 良好的流线型设计：船舶表面应平滑流线，以减小阻力，并提高船舶的航行速度和燃油效率。
2. 充分考虑稳定性：设计船舶时需要考虑船体的稳定性，以确保在航行、装卸货物等操作过程中船舶的平稳性。
3. 合理的结构强度：船舶的结构需要足够坚固，以承受海洋的力量和负荷。
4. 良好的抗风浪设计：船舶需要具备良好的抗风浪能力，以保证船只在恶劣海况下能够安全航行。
5. 充分考虑船舶的运营效益：在设计中需考虑运营成本、维护费用和环境影响等因素，以提高船舶的经济性和可持续发展。
二、船舶动力系统设计原理：1. 足够的推力：根据船舶的用途和尺寸，选择合适的动力系统，以确保船舶具备足够的推力。
2. 优化的燃油效率：设计时应选择具有良好燃油效率的动力系统，以降低能源消耗和碳排放。
3. 合适的操纵性能：设计船舶时需要考虑船舶的操纵性能，以确保船舶能够灵活、精准地进行转向和停泊等操作。
4. 安全性和可靠性：动力系统应具备良好的安全性和可靠性，以保证船舶在航行中的稳定性和航行安全性。
三、船舶舱室设计原理：1. 良好的舱室布局：设计船舶时需要合理布局舱室，以实现船舶内部空间的最大化利用和人员、货物的有效分配。
2. 舒适性考虑：船舶舱室设计应充分考虑乘员的舒适度，如合理的座椅布局、通风设施和噪音控制等。
3. 安全性和防火设计：舱室设计需考虑船舶内部的安全性和防火设计，如合适的逃生通道、防护设施和火灾报警系统等。
4. 舱室通风和空调系统：船舶舱室设计应考虑船舶内部的通风和空调系统，以确保良好的空气质量和乘员的舒适度。
综上所述，船舶设计原理包含船体设计原理、船舶动力系统设计原理和船舶舱室设计原理，通过遵循这些原理可以使船舶在航行中具备良好的稳定性、操纵性和抗风浪能力，并满足船舶设计的特定要求。
船舶设计原理
船舶设计原理船舶设计原理是指在设计一艘船舶时所需要考虑的各种因素和原则。
船舶设计的目的是为了使船舶在航行中能够具有良好的稳定性、操纵性和航行性能，同时还要考虑船舶的结构强度、船体形状、动力系统等方面的设计。
船舶设计原理涉及到船舶的各个方面，是船舶设计的基础和核心。
首先，船舶设计原理中最重要的一点是船舶的稳定性。
船舶的稳定性是指船舶在航行中受到外部力作用时能够保持平衡的能力。
船舶的稳定性设计包括静态稳性和动态稳性两个方面。
静态稳性是指船舶在静止状态下的平衡能力，而动态稳性则是指船舶在航行中受到外部扰动时的平衡能力。
在船舶设计中，需要根据船舶的使用环境和功能要求来进行稳性计算和设计，以确保船舶具有良好的稳定性。
其次，船舶的流线型设计也是船舶设计原理中的重要内容。
船舶的流线型设计是指通过对船体形状的设计，使船舶在航行中能够减小阻力、提高航行速度和燃油效率。
流线型设计需要考虑船舶的船体形状、船尾设计、船舶的水动力性能等方面。
通过合理的流线型设计，可以使船舶在航行中具有更好的航行性能和经济性。
另外，船舶的结构强度设计也是船舶设计原理中的重要内容之一。
船舶在航行中会受到各种外部力的作用，如波浪载荷、风载荷等，因此需要对船舶的结构强度进行设计和计算。
结构强度设计需要考虑船舶的材料选择、结构设计、荷载计算等方面，以确保船舶具有足够的结构强度和安全性。
最后，船舶的动力系统设计也是船舶设计原理中不可忽视的部分。
船舶的动力系统设计包括船舶的主机选择、推进器设计、船舶的动力性能计算等方面。
通过合理的动力系统设计，可以使船舶具有良好的航行性能和经济性能。
综上所述，船舶设计原理涉及到船舶的稳定性、流线型设计、结构强度设计和动力系统设计等方面。
在船舶的设计过程中，需要综合考虑这些因素，以确保船舶具有良好的航行性能和安全性能。
船舶设计原理是船舶设计的基础，对于船舶的设计和建造具有重要的指导意义。
船舶操纵运动预报的实现及其在航行安全的应用
154船舶操纵运动预报的实现及其在航行安全的应用◎ 赵明 大连港引航站摘 要：在恶劣海况下，船舶操纵变得异常复杂且具有挑战性。
因此，船舶操纵运动预报已成为提高航行安全与效率的重要领域。
准确的船舶操纵运动预报技术可以为多船避碰、靠离泊工作以及恶劣环境下驾驶训练提供技术参考，以提高航行效率和减少事故风险，还可以为智能船舶自主操纵系统奠定基础。
随着信息技术的不断发展，不同船舶操纵运动预报方法被提出，这也相应拓展了船舶操纵运动预报在航行安全方面的应用研究。
关键词：船舶操纵；运动预报；航行安全；航海模拟器1.引言船舶操纵性是指船舶在水中进行各种操纵时所体现出的运动性能，是船舶设计与操纵领域中的一个核心概念。
随着科技的不断进步，船舶操纵性的定义逐渐演变，涵盖了船舶在不同水域和气象条件下的操纵灵活性、稳定性、敏感度以及对操纵指令的快速响应等方面的特性。
研究船舶操纵性的目的是在各种运输和环境条件下，使船舶能够被安全、高效地操纵，确保船员能够有效地掌握并应对复杂的航行环境，保障船舶的航行安全。
作为主要的国际货运通道，海运具有运量大、价格低、航线广泛等优势。
中国经济的迅速发展促使与世界各国的贸易往来日益频繁，使中国成为全球海运大国。
除此之外，内河水运在综合运输中也扮演着至关重要的角色，是实现经济社会可持续发展不可或缺的关键组成部分。
在2022年，中国完成营业性货运量85.54亿吨，比上年增长3.8%，完成货物周转量121003.14亿吨公里、增长4.7%。
其中，内河货运量44.02亿吨、增长5.1%，内河货物周转量19025.73亿吨公里、增长7.3%；海洋货运量41.51亿吨、增长2.5%，海洋货物周转量101977.41亿吨公里、增长4.2%。
基于上述的中国海洋营业性货运量，船舶作为水上运输的主要工具，承载着货物、人员和能源等各类物资，其设计以及操纵将直接影响货物的安全运输和乘员的安全航行。
因此，船舶操纵运动预报可以帮助船员做出更明智的决策，降低碰撞、触礁等事故的风险，从而保障船舶和船员的安全。
船舶建造4-1
差即会导致背面坡口角产生较大的误差。
2、开X型工各种焊接坡口
利用割炬组可以在构件边缘切割的同时加工所要求的焊 接坡口。
1、开V型坡口（用二个割炬）
方案Ⅰ：所开坡口在板材的正面 割炬1：在前，垂直，进行直角切断； 割炬2：在后，与加工表面成一倾斜 角， 割出所需坡口； 方案Ⅱ：所开坡口在板材的反面 间距a：依板厚不同而变，不使熔渣粘着 割炬布置与方案I基本相同； 板边的反面。 b值比方案I小得多。 间距b：取决于板的厚度、坡口角度和钝 边的大小。
用三个割炬切割双面焊接坡口
割炬2在切割过程中倾斜图解
3、气割法加工焊接坡口的优点
切割和开坡口一次完成，既简化了船体构件的加工过程， 又提高了工效。 这种割炬组可直接安装在半自动气割机、高精度门式切 割机、光电跟踪气割机和数控气割机等自动、半自动气割设 备上。
4、 提高气割速度的主要途径
提高切割速度是船厂气割技术发展的重要方向。 主要途径： 强化对切口处的预热； 提高切割氧气流的流速和动量； 提高并保持切口区内氧气的纯度。 这要求：一方面提高供氧的质量，一方面改进割嘴的结 构。国内外都从这几方面出发，研制出一些新型割嘴，如扩 散型割嘴和具有氧气屏的割嘴等。
③断裂阶段： 随着塑性变形的增加，由于剪刃间有一 定间隙使金属纤维弯曲拉伸，沿着滑移 面的方向逐渐形成裂隙并迅速扩大，直 到材料的一部分与另一部分完全脱离。
2、常用的机械剪切加工机床 （1） 斜刃龙门剪床——剪切长直边构件的专用设备。 ① 工作部分示意图
船舶设计原理-性能预报.
§4-2稳性
2.大倾角稳性 大倾角稳性是指船在外力作用(如较大的风和浪作用)下，横倾角 超过10~15度时的稳性，它涉及到船在航行中能抗多大风浪或横倾 力矩而不倾覆。 2.1规范主要内容 规范以大倾角稳佳作为船舶稳性的基本衡准．并依船舶的使用 任务待点对最小初稳性和需要核算的使用情况作了规定。 2.2核算步骤 (1)根据排水量从稳性横截曲线中找出各倾角处对假定重心的复原力 臂，修正重心高度的差别后就可其出实际复原力臂。绘出静稳性曲 线，检验静稳性曲线各要累是否符合要求。绘制动稳性曲线。 (2) 计算自摇周期，进而计算出横摇角。 (3)用作图法找出最小倾覆力臂或最小倾覆力矩。 (4)由总布置图的侧视图计算受风面积人及其形心距水面高度。 (5)由Z及船的航区查出计算风压。 (6)计算风压倾侧力臂或风压倾侧力矩。 (7)计算稳性衡准数是否大于1.0。
§4-2稳性
(4)拖船 国内这类船的GM/B在0.12~0.13范围。 (5)军舰GM/B GM 大体在0.06~0.10的范围。 1.2初稳性估算及影响因素分析 由船舶静力学知，初稳性高可由初稳性方程计算。 影响因素： (1)型宽及 B/T (2)水线面系数CW (3)型深D 1.3初稳性值的核算 在设计深入开展，完成型线图、总布置图、结构图等及技术文 件后，要核算船具有的初稳性精确值．往往是与核算浮态一起进行 的。根据规范对基本核算载况的规定，按设计船的使用特点，选取 核算载况。然后进行各载况的排水量与重心位置的计算，按表格核 算船的浮态与初稳性。
船 舶 设 计 原 理(Ch4)
第四章 船舶性能预报
§4-1 快速性 §4-2 稳性
§4-3 分舱及破舱稳性源自§4-4 耐波性 §4-5 船舶最小干舷
§4-6 操纵性
§4-1快 速 性
大船设计原理知识点
大船设计原理知识点大船设计原理是指在设计大型船舶时需要考虑的一系列基本原理和技术要点。
这些原理和要点涉及到船舶的结构、流体力学、海洋工程学等多个学科领域。
本文将从以下几个方面介绍大船设计原理的知识点。
一、船舶结构设计原理1. 结构载荷：船舶在航行中受到来自波浪、风力、自重等多种作用力的加载，结构设计需要根据这些载荷来确定船舶的强度和刚度。
2. 纵横分割：为了提高船舶的安全性和稳定性，船舶结构通常采用纵横向的分割，包括纵向甲板和纵向隔舱。
3. 纵倾和横倾：船舶在航行中受到波浪作用时会发生纵倾和横倾，结构设计需要考虑船舶在倾斜条件下的强度和稳定性。
4. 船体形状：船舶的外形设计对其阻力和稳定性有重要影响，一般采用吃水线、线形系数等参数来描述船体形状。
二、流体力学原理1. 阻力与推进力：船舶在水中航行时会受到水流的阻力，推进力是克服阻力向前推进的力，流体力学原理用来计算船舶的阻力和推进力。
2. 推进器设计：推进器的设计直接关系到船舶的航行性能，包括螺旋桨的形状、叶片数量和角度等参数。
3. 操纵性能：船舶的操纵性能需要考虑舵效、操纵力矩和船体的转向稳定性等因素。
三、海洋工程学原理1. 海浪与波动：船舶在海上航行时会受到波浪的影响，海洋工程学原理用来分析海浪的特性，从而确定船舶的抗波能力。
2. 海洋动力学：海洋工程学原理还包括对船舶受浪作用下的运动的分析，例如纵向和横向摇摆、起伏等。
3. 温度和湿度：船舶在不同的气候条件下航行，海洋工程学原理还需要考虑船内的温湿度控制。
四、其他知识点1. 船舶系统设计：除了结构和流体力学，船舶设计还包括船舶的动力系统、电气系统、通信系统、舱室布置等方面。
2. 材料选择：船舶的材料选择需要考虑其强度、耐腐蚀性能、重量等因素，常用的材料包括钢铁、铝合金、纤维复合材料等。
3. 安全性设计：船舶的安全性设计包括防火、防污染、防沉没等方面的考虑。
总结：大船设计原理知识点涉及到船舶结构设计、流体力学原理、海洋工程学原理以及其他相关知识。
船舶综合性能预报系统
船舶综合性能预报系统陈昌运;董国祥;陈霞萍;金强;马向能【期刊名称】《上海船舶运输科学研究所学报》【年(卷),期】2007(030)002【摘要】从船舶航速预报、耐波性能和操纵性能预报的市场需求出发,分析了国内外船舶综合性能预报的现状,详细介绍了由上海船舶运输科学研究所承担,中国船舶工业集团第708所、中国船舶重工集团第702所参加开发的船舶综合性能预报系统(SPPS 1.0).该预报系统首次将计算机网络技术、母型船航速预报技术和优良船型水动力试验动态数据库有机结合起来,并应用耐波性理论、操纵性理论,建立起依托互联网,面向船舶行业,实时远程预报船舶性能的共性技术平台;开发的系统软件有效解决了数据库中核心技术资源的保密性和全行业共享应用的矛盾,具有良好实用性和预报指标的先进性.【总页数】7页(P81-87)【作者】陈昌运;董国祥;陈霞萍;金强;马向能【作者单位】上海船舶运输科学研究所运输事业部,上海,200135;上海船舶运输科学研究所运输事业部,上海,200135;上海船舶运输科学研究所运输事业部,上海,200135;中国船舶工业集团公司第708研究所,上海,200011;中国船舶重工集团第702研究所,无锡,214082【正文语种】中文【中图分类】U66【相关文献】1.船舶实海域耐波性预报系统研究开发 [J], 封培元;马宁;顾解忡2.基于扩展卡尔曼滤波算法的船舶姿态监测预报系统设计 [J], 宋蕙慧;于国星;曲延滨3.物联网环境下船舶舱室噪声的快速预报系统设计 [J], 熊守丽4.基于动态GIS的救援船舶海上航行路线精准预报系统 [J], 孙茂金;吕靖5.“船舶综合性能快速预报系统”获2008年“中国航海学会科学技术奖”二等奖[J],因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
船舶设计原理
船舶设计原理一·名词解释1.续航力----民航的航速分为两种服务航速和试航航速。
2.自持力-----在规定的主机功率和航速下，船上的燃油可供船舶连续航行的距离或航行时间。
3.对于货船四种设计中典型载况：①满载出港---设计状态②满载到港----这时候有水等重量，规定为设计状态油水储备的10%③空载出港---船上不运载旅客和货物，但油水储备量为设计状态的100% ④空载到港----船上不运载旅客和货物，而油水等为其总储备的10%4.积载因数---货物的积载因数是每吨货物装船是所占据的货仓容积，以μc表示。
5.型容积---是指型线图计算所得的仓内容积。
6.型容积利用系数---舱内净容积与型容积之比成为折扣系数。
7.净容积---当货物，油水等装载时扣除这部分空间后所剩余的有效装载容积。
8.容量图----太形象清楚地表示出全船主体各舱室容积的大小及分布，该图以船长L为船厂，以各仓沿L不同剖面处的横剖面面积为纵坐标绘成。
9.船舶登记吨位----按船籍国制定的＜船舶吨位丈量规范＞对船内容积和计算所得的登记吨位。
10.净吨位---从总吨位中减除船员舱室和机舱等非盈利容积余容积。
11.总容积GT----表示运输船舶的大小，是量计除免除处所以外的全船所有围蔽处所所得的吨位。
1登记吨=2.832m³=100立方尺12.大倾角稳性---船在外力，横倾角超过10~15度时的稳性，它涉及到船在航行中能抗多大的风浪或横倾力矩不颠覆。
13.分舱载重线---用以决定船舶分仓的水线。
14.舱壁甲板---横向水密舱壁所达到的最高的一层甲板。
15.安全限界线-----船侧由舱壁甲板上表面以下至少76mm处所绘制的线。
16.风雨密----在任何风浪情况下水不应透入船舱内。
17.耐波性------船舶在风浪中遭受外力而产生各种摇摆运动，以及抨击，上浪，失速，飞车等，仍能保持一定航速在水面安全航行。
18.干舷------船舶浮于静水面时，自水面至露天甲板上表面舷边处的垂直距离。
螺旋桨水动力性能的数值预报方法
螺旋桨水动力性能的数值预报方法胡健;黄胜;王培生【摘要】基于速度势的低阶面元法预报螺旋桨的水动力性能.选用四边形双曲面元对桨叶进行离散以消除面元间的缝隙,基本积分方程由格林公式导出.在面元上布置等强度源汇和偶极子.采用线性尾涡并在每个尾涡面元上布置等强度的偶极子.利用Newton-Raphson迭代过程满足桨叶随边非线性等压kutta条件,使桨叶上下表面的压力在随边处一致.利用Morino计算影响函数的解析公式,采用Yanagizawa方法求得物体表面上的速度分布,并对普通桨和大侧斜桨进行了数值预报.【期刊名称】《江苏科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2008(022)001【总页数】6页(P1-6)【关键词】螺旋桨;面元法;水动力性能【作者】胡健;黄胜;王培生【作者单位】哈尔滨工程大学,船舶工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工程大学,船舶工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工程大学,船舶工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001【正文语种】中文【中图分类】U661.3130 引言在船舶推进研究领域,如何准确预报螺旋桨的水动力性能一直是引人关注的研究课题,迄今为止已有多种理论和方法被用于计算螺旋桨的水动力性能。
其中常用的主要有三种方法:升力线理论、升力面理论和面元法。
由于升力线理论用一根附着涡代替螺旋桨的作用,没有直接考虑桨叶的形状和物面边界条件,只适用于轻等和中等载荷螺旋桨。
文献[1]对离散化方法做出了重要改进,考虑了桨叶厚度的影响,并可以考虑螺旋桨的纵倾和侧斜。
升力面理论将螺旋桨叶片简化为厚度为零的升力面,并没有在真实物面上满足边界条件,尽管该方法可以比较准确地预报螺旋桨的水动力性能,但是对于桨叶压力分布、桨后流场等的预报不够精确。
文献[2]首先将面元法应用于无升力体的流体动力计算,文献[3]将其应用于机翼的计算,80年代,面元法被引入到螺旋桨的性能计算中,建立了基于源汇和偶极的混合分布面元法。
4-1结构性能
V
－水旳重度，淡水1tf/m3，海水1.025tf/m3
2
§4-1. 表达船舶大小旳参数
对于运送船而言，浮力旳大小应能托起空船， 货品、人员、油水、材料，等旳总重量。即
浮力=船舶总重量=空船重量+载重量
V W
所以排水量 = 浮力，又 = 船舶旳总重量，它是从 重量角度来表达船舶旳大小旳参数，也是拟定船舶尺 度旳主要参数。
即船本身旳重力或空船重力。 满载排水量：空载排水量加上载重量时旳排水
量，即正常情况下船舶旳最大装载情况，此时 船舶吃水处于设计水线处。 一般说旳万吨货轮指满载时约装万吨左右旳货 品。
5
§4-1.表达船舶大小旳参数 三、总吨位
从舱容角度来表达船舶旳大小
吨位（登记吨位）：容积单位，1登记吨＝2.832m3。 分为总吨位和净吨位。
GM值为正，具有稳性 GM值大，稳性好 GM值过大，摇晃剧烈
-- 提升船舶稳性旳措施
降低重心G 提升稳心M，设计合理布置 减小上层建筑旳风压面积（减小倾覆力矩）
12
三、船舶抗沉性 船破损进水后能保持不致于淹没和倾覆旳能力。
公约公约对救生设备，通讯及抗沉性做了要求：
船舶在部分舱室破损进水旳，仍能抗沉
船舶载重线标志
船舶在不同季节、不同航区旳最大吃水标志。 是确保船舶安全航行旳安全装载极限。
10
§4-2. 船舶技术性能指标
二、船舶稳性 受外力作用偏离其正浮平衡位置而倾斜旳船舶，当外力消
失后能回复到原来位置旳能力。 < 回复
重心与稳心旳相对位置 > 倾斜 = 新旳稳定
11
-- GM值是影响稳性旳主要原因
7
§4-1.表达船舶大小旳参数
船舶设计原理4-4性能预报(13-14)解读共25页文档
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
船舶设计原理4-4性能预报(13-14)解 读
16、人民应该为法律而战斗，就像为 了城墙 而于不公正的行为加以指责 ，并非 因为他 们愿意 做出这 种行为 ，而是 惟恐自 己会成 为这种 行为的 牺牲者 。—— 柏拉图 18、制定法律法令，就是为了不让强 者做什 么事都 横行霸 道。— —奥维 德 19、法律是社会的习惯和思想的结晶 。—— 托·伍·威尔逊 20、人们嘴上挂着的法律，其真实含 义是财 富。— —爱献 生
谢谢！
船舶设计原理4-4性能预报(13-14)
管理岗位
管理能力的培养-----与人打交道
技术岗位
积累技术经验与资料 逐步提高
对外联络
各种船厂、船检、船类大专院校
大、中、小型船厂 CCS、地方船检
技术联络 深造与提高
1、消化设计技术任务书 2、对新船的总体构思 设计特征与船型构思 3、初始排水量及主尺度确定 主尺度选取 船舶重量计算 4、性能校核 稳性 横摇周期（总布置草图） 航速 阻力 主机功率 5、型线设计 6、总布置设计 7、结构设计
当设计积载因数较大的货船时，按载重线求得最
小干舷Fx所决定的型深D，往往不能满足货舱容积的 要求。型 深D需根据舱容确定，即D> Fx +T，船的
实际干舷大于最小干舷，这种船称为富裕干舷船。
油船因其油舱不再兼作压载舱，所以一般也是富 裕干舷船。
3．变吃水船
对于Hale Waihona Puke 裕干舷船，在设计时可根据规范核算最小
§2—3 操 纵 性
航向稳定性、回转性和转首性。 常规船型，船舶操纵从舵面积的选取 及在舵、螺旋桨和船体型线的配合上 加以注意即可。
一、舵面积的确定 舵面积是船舶操纵性的一个重要要素。
舵面积 ----------舵的回转力矩 操纵性要求 舵面积 舵机功率、舵设备的重量和水阻力， 舵面积有一个适当的数值范围。
国内航行船舶的最小干舷
《 内河载重线规范》2004
载重线标志当船吃水超过相应的载重线标志，
港口监督部门将不准船出航。
三、设计中实际考虑的因素
船的干舷F=D－T+t。对于货船来说，干舷的
大小主要考虑两个方面的要求：一是载重线规范要
求的最小干舷值，二是货舱容积要求所确定的型深D 对应的干舷值。规范要求的Fx是从安全出发提出的
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GM值大于0.1
即可。一般而言，只是对小油
船才需进行这种核算；中型油船的初稳性易于保证； 对于大型油船，从横摇角度看，则常嫌初稳性值过大。
(4)拖船
从论述拖轮初稳性的许多文献中，列举几种衡 准方法于表4-2中，以供比较。 港作拖轮的 GM ／ B 值通常大些，国内这类船的
GM／B在0.12～0.13范围。
船身效率、相对旋转效率和齿轮箱Байду номын сангаас率、轴系效率。
(1) 敞水效率o
在初选了主机、螺旋桨直径、转速及叶数以后，
为求得较高的敞水效率，须选用合适的螺旋桨设计图
谱。对于中低速运输船舶，常用MAU系列(日本运输
省船舶技术研究所)；B系列(荷兰瓦根宁根船模试验
水池)等图谱。对于空泡要求较高的军用舰船和民用 船舶，可选用高恩阔叶螺旋桨设计图谱。
2．初稳性的上限值GMmax
初稳性上限值是从横摇缓和性上考虑的，若船在
波浪中的摇摆周期短、摆幅大，则不仅影响船舶的安 全性，船上作业也很困难，货物会移动受损，乘员会 晕船或感到不舒服。因此设计时，在保证初稳性下限 的前提下，应力求使船的横摇缓和些。
船在波浪中的横摇周期T ，与初稳性高GM直接有 关，从下面近似估算公式可以看出，它们之间的关系。
(4)NPL系列 英国国家物理研究所提供的高速圆舭
排水型艇的系列资料。
(5)长江客货船系列 上海船舶运输科研所提供的长
江客货船裸体有效功率估算资料，适用于我国内河船舶，
尤其是受航道限制、船宽大、吃水浅的双桨内河客货船。
以上资料，凡与船舶设计有关的单位，都可方便地
查阅。
2、推进系数估算
式中，o、H、R 、G、S－螺旋桨敞水效率、
式中，C－依船的具体特征而变的系数，在 0.75～0.85之间选取。 我国沿海常见的大的波浪，波长λ=60~70m， 波浪周期Tw =0.8 ，为避免谐摇，则希望
T ≮1. 3 Tw ，则T应大于8～9s；远洋航区波长λ ＝150～160m，则T以大于13s为宜。这是习惯用的
标准，井非绝对的，
(6)减小迎面受风面积，以减小空气阻力.
§ 4 —2
稳
性
船的稳性对其安全性和使用性都有重要影响，是 一项重要的航海性能。船舶在海上倾覆时，其过程是 十分迅速的，以致乘员来不及逃生，所以各国都有规 范对船舶稳性作了具体的规定。国际海协也有相应的 船舶完整稳性的规定。我国船舶检验局也颁布了《海 船稳性规范》和《内河船舶稳性规范》，以保证船舶 的安全性。对于稳性，在确定主尺度和船型系数时， 就必须慎重对待，即使船舶的稳性计算已符合规范要 求，船长仍应注意船舶的装载、气象、海况等情况， 谨慎驾驶，以保证船舶的安全。
(二)经验公式 经验公式，是针对某类型船舶的统计资料，分析 归纳出来的，下面介绍适用于油船及散货船的瓦特生 近似估算公式：
式中，K＝Cb+1.68Fr(Fr为对应于试航速度的傅氏数)； N—螺旋桨转速(r／min)；P－所需主机功率(kW)；
L——用Lbp计算(m)。
(三)阻力及推进系数估算方法
(二)初稳性估算及影响因素分析
1、初稳性值的估算 由船舶静力学知，初稳性高 GM 可由初稳性方程计算：
在非设计载况时，因船舶吃水及相应于吃水 的船宽、方形系数和水线面系数均发生了变化， 因此不宜采用式 (4—10) 估算其 GM 。而需采用如 下的关系式：
2、影响初稳性值的因素分析
从式(4—30)可知，船的主尺度B、T、D和船 形系数Cw等决定着初稳性高度 GM 的大小，下 面作简要的分析:
(2)相对旋转效率R
对于普通单浆船，取1.00～1.05；对于普通双 桨船，取0.95～1.00
（3）船身效率H
H ＝1－t/1－w
式中，t－推力减额；w－伴流分数。
t、w参照同类船型的经验公式或母型船的自航 试验资料选取。
（4）轴系效率S ： S ≈0.97～0.98 （5）齿轮箱效率G ： G ≈0.96
不同速长比时，式(4-6)中系数列于表4－1。应注 意的是，用该式算得的CR适用于垂线间长L为400' 的船。 若上不等于400'，要对摩擦阻力的尺度作用加以修正。
二、设计中保证快速性的措施
船舶快速性是影响使用要求和经济效益的重要因
素，设计时必须予以保证。根据不同类型的船舶，可
采取下述相应的措施:
本章就船舶海上性能，就船舶设计初始阶段如何分 析和估算船舶的快速性，稳性、耐波性、抗沉性予以说 明。由于这些性能大多数与船舶主尺度，船型系数有密 切关系，并且有些性能彼此间要求相互矛盾的，这就要 求设计者必须弄清楚： 1）根据设计船的具体使用任务要求和特点，哪些性 能是必须保证的。哪些性能是力求提高的，哪些性通常 易于满足的，以及这些性能的各自指标是什么，又怎么 确定； 2)各项性能指标与船舶技术要索间有什么关系，设 计时应采取哪些技术措施才有可能达到预期的效果。 因此在新船设计时，在处理船舶技术性能时要有 明确的意图和思路，要做到初步预测并为深化设计做好 前期准备工作。
(1)型宽B及B／T : 从式(4—10)· 可知，初 稳性高度GM随B及B/T 的加大而迅速增加，特别 是加大B对增加GM值的效果更好。 (2)水线面系数Cw: Cw是对GM影响最大的 因素之一，加大Cw ，对提高zb 和r都有好处，但 Cw是受型线特征制约的， Cw的加大是有限的。 当GM需少量加大时，改变Cw是有效的措施之一。
(四)回归公式法
随着电子计算机辅助设计的发展，现在已将某
些阻力图谱计算方法及螺旋桨图谱设计或理论计算
方法编制成程序，使得在初步设计阶段的分析计算
可迅速而有效地进行，有利于对方案作更加广泛的
分析，提高了设计质量。
埃及学者萨比脱(A．S．Sabit)应用回归分析方
法，给出系列60阻力试验数据的回归方程。
设计拖船时最好参照相近母型船选取 GM ／ B 或
GM值，一般GM值应在0.60～0.70m以上。
(5)军舰
军舰的初稳性下限值，主要根据保证火炮能 以正常射速射击所允许的横倾角(一般为10～12)、 全速回转时所允许的横倾角(10～12以下)及保证 海损稳性等因素决定。依舰种不同， GM ／ B 大体 在0.06～0.10的范围。
(1)选取合适的尺度、系数； (2)选用合适的，优秀的节能船型及节能推进装置；
(3)对于高速小艇，应尽量减小排水量。如对材 料、结构形式、机电设备等应精心选择，以控制空船 重量； (4)采用低转速、大直径的螺旋桨，以获得较高 的敞水效率；
(5)减小附体阻力，如舭龙骨应沿流线方向设置， 首侧推装置的开孔位置、孔口形状应设计合理。其他 附体都应与船体有良好的水动力配合；
课题四
船舶性能预报
概述
船舶技术性能分成：营运性能和航海性能； 营运性能只是表征给定类型船舶的性能，如用 途、航区、航程、装载能力和空间地位等，主 要反映在使用效能（运输质量、营运组织的方 便性、灵活性）及经济性（建造、营运）方面； 航海性能通常表征所有船舶，不论其用途如何 的如下性能的总和：浮性、快速性、稳性、抗 沉性等。
在大倾角情况下，表征船抵抗外力作用能力的， 是静稳性曲线(它所包围的面积及形状特征)。一般 民用船舶的稳性，根据规范进行核算。我国对内河 船、海船分别订有规范。下面结合《海船稳性规范》 介绍核算的方法和步骤。 (一)规范主要内容 规范以大倾角稳性作为船舶稳性的基本衡准， 并依船舶的使用任务特点对最小初稳性和需要核算 的使用情况作了规定。 船舶在其所核算的各种装载情况下，稳性衡准 数K应符合下式要求：
设计中对初稳性值GM 的大小，一般从其下限值 和上限值两方面来考虑。
1．初稳性的下限值Gmmin
下限值是保证船的安全和使用要求所需的最低初 稳性值。 从安全角度看，船的大倾角稳性和初稳性有一定 的联系；从使用要求看，也需保证一定的初稳性值。 实践证明，除客船外，现行规范对GM值下限的 要求，一般不难满足。所以在设计时，着重从设计船 的使用要求，来确定适宜的初稳性下限值。
GM (3)型深D: 减小D可降低重心高度，对增加 有好处。但D值是受主体容积的需要来选取的。
(三)初稳性值的核算
在设计深入开展，完成型线图、总布置图、结 构图等及技术文件后，要核算船具有的初稳性精确 值，往往是与核算浮态一起进行的。根据规范对基 本核算载况的规定，按设计船的使用特点，选取核 算载况。然后进行各载况的排水量与重心位置的计 算，按表格核算船的浮态与初稳性。 各典型载况的浮心位置xb、稳心垂向坐标zM 等取自静水力曲线图。 在设计阶段，如发生初稳性或浮态不合要求的 情况，可适当增加压载水的数量，或调整各舱内的 装载重量，或者调整总布置，以求得适宜的浮态与 初稳性值。
1、阻力估算
(1)泰勒法 美国泰勒船模试验水池，以中高速舰船为基本 船型，作了一系列船模试验，将系列试验资料制成图谱和公式， 用来确定新船的阻力。此法适用于船速较高，船型较瘦长的双 桨船。 (2)陶德法(系列60) 美国泰勒船模试验水池，为民用运输 船作了一系列船模试验，归纳为“系列60"。其横剖面为U型， 适用于单桨运输船。 (3)SSPA系列 瑞典国立船模试验水池的货船系列资料。其 横剖面型线为偏V型(Cb＝0.525～0.60)及中U型(Cb＝ 0.60—0.75)，适用于中低速单桨运输船，
（1）lq的确定
应用计及船舶横摇影响后的动稳性曲线或静稳 性曲线来确定。规范是应用动稳性曲线。如图4－ 1所示：线段BC为最小倾复力臂lq 。
（2）风压倾侧力矩Mf 、 风压倾侧力臂lf的计算
二、大倾角稳性
大倾角稳性是指船在外力作用(如较大的风 和浪作用)下，横倾角超过100~150时的稳性，它 涉及到船在航行中能抗多大风浪或横倾力矩而不 倾覆。在保证初稳性的条件下，从满足大倾角稳 性的要求来考虑，主要是注意重心高度、B、f／T 和受风面积等因素的影响。对大倾角稳性的要求， 大型船舶一般不难满足，而中小型船舶则常有困 难。因此，在中小型船舶设计时，要注意参考相 近母型船，取适当大的B和f／T值，并力求降低重 心高度和受风面积，有时需用设计手册中的有关 近似方法对大倾角稳性及时加以估算。