第六章 型线设计

桨和舵的安全，同时避免桨叶工作时吸入空气。
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
㈢横剖线的形状和参数
• 中剖面（或最大剖面）线的形状
由中剖面系数、平板龙骨半宽和舭部半径等参数所决定。
• 端部横剖线形状
设计船端部的横剖线形状很大程度上取决于横剖面面积曲 线和设计水线端部的配合情况。
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
对于常规双桨船，一般用V形剖线。
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
②UV形尾横剖线对流场的影响
对于肥大型船，UV形对流场的影响更为明显。
V形轴向伴流的脉动量大，且径向也不均匀。 U形轴向伴流均匀，可提高推进效率，并可减小螺旋桨叶梢 部分的空泡和激振力。 总的说来，尾剖横剖线形状对推进效率的影响大于对阻力 的影响，且改善振动。
舯剖面系数 2h/B (%)
0.99 0.8
0.98 1.6
0.97 2.6
0.93 7
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
⒉首部横剖线
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
不同首横剖线形状的比较
静水阻力
V形湿表面积小；舭部较瘦，有利于减小丰满船的舭涡；对 应设计水线首段丰满，半进流角大，兴波阻力大；
U形排水量集中在下部，设计水线消瘦，但湿表面积大。 对于总阻力来说，在低速和高速时，V优于U；在 0.18 Fn 0.25
⒈中横剖线
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
①舯剖面系数的选择
• 对中低速船，如果方形系数与傅氏数配合偏大时，应尽量采
用较大的舯剖面系数，以降低棱形系数；随着方形系数和L/B 的减少，也应适当降低舯剖面系数。
• 对于高速船，由于型线较瘦，为使中部不致过分凸起而造成 明显的突肩，宜采用较小的，从而使棱形系数接近最佳值。
求，用适当的方法加以修改而成。
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
型线设计的精度要求
•应符合排水体积的要求，误差为±5%（重量裕度在1~2%
时）； •应符合浮心位置的要求，误差为±0.3%L （纵倾为±0.2L% 时）； •在方案设计或初步设计时可适当放宽精度要求。
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
第二节 主要形状特征及参数的选择
最佳浮心纵向位置与傅氏数的关系
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
较佳的浮心纵向位置范围
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
⑶平行中体
平行中体的设臵，可使排水体积适当地向船中集中，从而
可削瘦船舶首尾两端。对于前体，可降低兴波阻力；对于后体，
有利于减小粘压阻力。但过长的平行中体回使两端产生“前肩”
和“后肩” ，对阻力不利。 此外，设臵平行中体的船舶，中部船舱方整，除便于装卸
水线面系数与棱形系数的关系
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
⒊设计水线首段形状与半进水角
• 傅氏数低时，设计水线首端一般应尖瘦些。设计水线的首部
采用比平行中体还要长的平行中段、较大的进流角。
• 随着傅氏数的增加，设计水线可采用较小的前体水线面系数 和半进流角。 • 从阻力角度：
Fn 0.16 ~ 0.19
行中体长度；
⑥平行中体前后两段分别称为进流段和去流段； ⑦无平行中体船的最大横剖面位置； ⑧曲线两端端部形状。
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
⑴棱形系数和舯剖面系数的选择
选择棱形系数时应考虑以下几点因素： ①对阻力（主要是剩余阻力）的影响
②对总布置和建造工艺的要求
③与其它参数和船体型线的协调配合
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
与棱形系数联系起来考虑；
• 对稳性的影响：水线面系数大些对初稳性高和复原力臂有益;
• 对布置的影响;
• 对耐波性的影响：水线面系数（尤其是前体）大些对耐波性 有益：减小纵摇和垂荡周期、增大阻尼; • 船舶设计中，水线面系数的选取一般从快速性出发，然后校 核稳性、总布置和型线等方面是否合适。
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
设计水线中段长度与棱形系数的关系
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
⒌设计水线尾段形状
• 对于单桨船，螺旋桨区的尾部水线应力求平直，终端（尾柱
处）不应钝阔，纵向斜度不要超过20°；水线反曲处也应避 免斜度过大，注意顺滑过渡。
• 对于双桨船，尾部设计水线应盖住螺旋桨和舵，以利于螺旋
面来考虑
• 水上部分要与水下部分在几何上要做到合理匹配
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
设计型线的两个途径
• 一是根据不同类型船舶不同的使用特点，运用所掌握的船
体主要形状特征和参数对船的性能、布臵的影响规律，分清 主次，统筹兼顾，合理地加以处理；
• 二是参照优秀的母型船型线或系列型线，根据新船的具体要
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
㈡设计水线形状特征及参数
• 水线面系数
• 平行中段长度
• 半进流角
• 半去流角 • 漂心位置 • 首尾端形状
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
⒈设计水线与横剖线形状的关系
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
⒉水线面系数选取应考虑的因素
• 对快速性的影响：傅氏数大时，水线面系数应小些，但一般
㈠横剖面面积曲线的形状和参数
㈡设计水线的形状和参数 ㈢横剖线的形状和参数 ㈣首尾轮廓和龙骨的形状和参数 ㈤甲板线的形状
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
㈠横剖面面积曲线的形状和参数
横剖面面积曲线
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
横剖面面积曲线的形状和参数
不同船舶的横剖面面积曲线
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
时，U形阻力性能较好。
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
不同首横剖线形状的比较
耐波性
船在纵摇和升沉运动时，V形剖面在下沉时浮力和阻尼力矩 大，能减小纵摇和升沉，且缓和船底砰击，但在波浪中阻力会 增加。
综上所述，低速船采用V形较有利；船长较大的中速船（傅 氏数0.23左右），可以偏重静水阻力，采用U形；小船应偏重耐 波性，从几何关系处理上多用V。
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
型线设计应考虑的几个方面
第一，保证船舶具有良好的航海性能。通常把快速性放在 首位考虑，同时兼顾稳性、耐波性、操纵性；
第二，满足总布置和使用的要求：甲板面积、货舱开口、
舱容等。在布臵和性能对型线要求有矛盾时，通常适当降低性 能要求；
第三，考虑船体结构的合理性和施工维修的方便。如不
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
⑸横剖面面积曲线的端部形状
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
横剖面面积曲线端部形状的考虑
• 对于傅氏数0.12~0.22的低速船，首波发生在首柱附近，固然 希望面积曲线有较尖的首端，如凹形的首端。为避免进流段和 平行中体相接处出现较大的“肩”点，面积曲线进流段还是以
直线形首端为好。
第六章
型线设计
第一节
第二节 第三节 第四节
概述
主要形状特征及参数的选择 型线的生成 特殊型线简介
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
第一节
概述
型线设计是船舶总体设计的一项重要内容。初步设计阶段
型线设计通常是在船舶主要尺度确定后与总布臵配合进行，但 在方案构思和选择主尺度时就要对型线有所考虑。
型线设计考虑是否周到、优秀，对船舶的航海性能、使用 和建造等方面有很大影响： ①型线与阻力、推进效率、振动 ②型线与稳性、操纵性、耐波性 ③型线与布臵、舱容
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
②舭升高和舭部半径
• 舭升高
舯剖面系数很大的船，升高值常很小，一般只有100~300， 且有将其取消的趋势，以简化工艺。对于舯剖面系数值小的 船，升高值应取大些。
• 舭部半径
半径与施工工艺及涡流等问题关联，一般取1000~2500。
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
舭部升高与舯剖面系数的关系
⒈横剖面面积曲线的特征
①横剖面面积曲线下的面积相当于船的型排水体积；
②曲线面积的丰满系数等于棱形系数； ③面积形心的纵向坐标表示船的浮心纵向位置； ④曲线的 最大纵坐标 值代表最大横剖面面积 （船丰满时 通常是中剖面面积）；
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
横剖面面积曲线的特征
⑤丰满船的横剖面面积曲线 中部水平段长度 即船舶的 平
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
无球首船前体UV形横剖线阻力的比较
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
⒊尾部横剖线
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
①不同形状尾横剖线的阻力
静水阻力
V形湿表面积小；舭部较瘦，有利于减小丰满船的舭涡；水 流可较顺畅地向后沿斜剖线流动。 U形湿表面积大，且易形成舭涡。
U形较V形阻力性能要差。
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
(五)甲板线形状
• 甲板线：
梁 拱 舷 弧
甲板中心线
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
甲板线形状
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
③尾横剖线水下部分的考虑因素
a.阻力 b.伴流及推进效率
c.尽量减少水流分离：
a)水流方向于船体表面夹角达15°时开始分离，20°时 无法避免。
b)船尾水流是向后并向上向内流动，沿流线的斜剖线曲率 变化要缓和，避免出现S形，角度控制在20°内。
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
必要的复杂船体曲面、过长过浅的尾悬体、过度的外飘、过度 的平首等； 第四，外观造型。首尾轮廓线、甲板边线、折角线等。
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
型线设计时水上和水下形状的考虑
• 水下部分的形状及特征参数主要从快速性、操纵性和稳性等
方面来考虑
• 水上部分的形状及特征参数主要从耐波性、稳性及砰击等方
棱形系数对兴波阻力的影响
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
棱形系数与傅氏数的关系
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
棱形系数与方形系数、舯剖面系数的关系
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
⑵浮心纵向位置的选择
选择浮心纵向位置时应考虑以下几点因素：
①对阻力的影响
②有利于纵倾调整
③船体型线的协调配合
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
由凸形到直线形
Fn 0.20 ~ 0.22
Fn 0.22 ~ 0.32
Fn 0.32
直线形或微凹形 微洋工程学院
设计水线半进水角
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
⒋设计水线中段长度
★设计水线平行中段长度取决于水线面系数的大小和首尾段 的形状。 ★通常对单桨船其长度为平行中体长度的2倍；对无平行中 体的船舶，设计水线在船中偏后部仍设一段平行中段。
尾横剖线由V过度到U
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
(四)首尾轮廓和龙骨的形状和参数
首轮廓线： 首柱 球首
尾轮廓线： 尾端 尾柱
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
首轮廓线
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
单桨尾轮廓线
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
双桨尾轮廓线
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
桨、舵与尾柱的相互间隙
• 当傅氏数0.22~0.28时，由于兴波逐渐加剧，首波发生点后移。 为避免过大的兴波阻力，进流段宜增长，平行中体宜缩短或取 消，横剖面面积曲线的首端宜取凹形或微凹形。
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
横剖面面积曲线端部形状的考虑
• 对于傅氏数大于0.28的船舶，可以考虑将最大横剖面位臵移到
舯后，这时的面积曲线首端宜取微凹形甚至直线形。 • 横剖面面积曲线的尾端常采用直线或微凹形，使去流段曲度 变化均匀，以避免水流分离而产生旋涡。
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
②平行中体相对长度
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
③平行中体长度中点距首垂线距离与船长之比
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
⑷最大横剖面位置
• 对于无平行中体的船舶，最大横剖面位置决定了进流段和
去流段的长度。
• 最大横剖面位置应随傅氏数的增大而后移 ：
傅氏数小于0.30时，最大横剖面位臵可在舯后（0~3）%L； 傅氏数大于0.30时，最大横剖面位臵可在舯后（3~4）%L； 对于高速舰艇，最大横剖面位臵甚至更后。
货物外，还可简化建造工艺，降低建造成本。
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
①设置平行中体时的考虑
平行中体的适用范围：适用于傅氏数小于0.24~0.26 （相
应的方形系数大于0.62~0.64）的船舶。
选择合适的进流段和去流段长度，避免前肩波系和首波系
的不利干扰。 进流段长度： LE / LPP 6.3Fn2 0.14 5(CP 0.7) 2 去流段长度： LR / LPP 4.08 AM
③尾横剖线水下部分的考虑因素
c)舵桨的后移，或采用补偿导管，可减小水流的分离。
d)对于B/T大的船，尾部水流更多地沿纵剖线流动，故应 使其倾斜度尽量减小，形状以直线为好。
d.保证螺旋桨供水良好：
桨前水线末端尽可能尖瘦，水线成直线或微凹；对船尾 丰满的船，应将桨后移，并加大与船体间的间隙。
江苏科技大学船舶与海洋工程学院