畢業(yè)設計（論文）80TEU沅水干支直達集裝箱船的設計

武漢理工大學畢業(yè)論文（設計） 摘 要 本文闡述了80TEU沅水干支直達集裝箱船的設計。 內容包括任務書分析，主要要素的確定，船體型線設計，船舶性能計算，總布置設計，浮態(tài)調整，艙容和各種載況下的穩(wěn)性計算，阻力計算，螺旋槳和舵設計。整個設計過程以貨艙艙容、穩(wěn)性、操縱性和經濟性為中心。確保設計的船具有足夠的艙容，改善設計船的穩(wěn)性和操縱性，同時具備良好的經濟性。 設計船的主要數據如下：總長Loa=67.55m,兩柱間長Lpp=63.2m,設計水線長Lwl=64.73m, 型寬B=11.6m,型深D=3.3m,吃水T=2.0m,排水量Δ=1193.531t , 浮心縱向位置Xb= 1.205m(舯前)，方形系數Cb=0.809，棱形系數Cp=0.812，舯剖面系數Cm=0.996，水線面系數Cw=0.841，貨艙容積VC=1524.258m3，舵面積Sr=2.528m2。 Abstract This paper deals with the design of 80TEU River---yuanshui Container Ship. The contents of the paper cover the analysis of the assignment ,the determination of the ship’ type and main feature ,the design of the moulded line and ship hydrostatic calculations ,the arrangement of whole ship and the adjustment of buoyancy state ,the calculation of the resistance and the design of the propeller ,the calculation of the volume of the cargo hold and stability in various loading ,the design of the rudder and other ship’s equipment .The whole process of the ship design is on the consideration of the volume of the cargo hold ,stability ,manoeuvrability and keeping. The main date for the final design are：length overallLoa=67.55m, length between perpendiculars LPP=63.2m, lengthen the waterline Lwl=64.73m, breath B=10.8m, depth D=3.3m ,draft T=2.0m ,block coefficient Cb=0.809,prismatic coefficient Cp=0.812, midship area coefficient Cm=0.996,the total mass of the ship corresponding to the draft T=2.0m is Δ=1193.531t , Vc=1524.258m3.rudder area Sr=2.258m2 . 緒 論 眾所周知，長江乃中國的黃金水道，流經九省一市，貫穿中國東西，水量充足，沿岸資源豐富，是溝通全國的交通，促進東、西物資交換的樞紐。隨著國民經濟的發(fā)展，貨運量日趨增長。水運交通面臨公路、鐵路的嚴峻挑戰(zhàn)，如何提高水運的經濟效率，增強水運自身的競爭能力，對于長江的運輸業(yè)來說，至關重要的。 我們知道水上運輸的最大的優(yōu)勢在于：運輸能力大、經濟費用低。但水運有一個致命的缺點——航行時間長。對于造船界來說，采用什么樣的船型和運輸方式，借以提高經濟效益，是面臨的重要的課題。三峽庫區(qū)散貨船的研究也就應運而生了，采取何種船型可以減少港口工作環(huán)節(jié)，加快貨物的周轉，提高船閘的應用效率，降低運輸成本，具有良好的經濟效益和社會效益。將是本次畢業(yè)設計的目的之一。 本船為80TEU沅水干支直達集裝箱船，根據長江航道情況，著重解決船舶的穩(wěn)性。本船的設計，總體上滿足設計所需的要求。全文內容包括任務書分析，主要要素的確定，船體型線設計，船舶性能計算，總布置設計，浮態(tài)調整，艙容和各種載況下的穩(wěn)性計算，阻力計算，螺旋槳和舵設計等。整個設計過程以貨艙艙容、穩(wěn)性、操縱性和經濟性為中心。確保設計的船具有足夠的載貨量，改善設計船的穩(wěn)性和操縱性，同時具備良好的經濟性。設計船的主要數據如下：總長Loa=67.55m,兩柱間長Lpp=63.2m,設計水線長Lwl=64.73m, 型寬B=11.6m,型深D=3.3m,吃水T=2.0m,排水量Δ=1193.53t , 浮心縱向位置Xb=1.205m(舯前)，方形系數Cb=0.809，棱形系數Cp=0.812，舯剖面系數Cm=0.996，水線面系數Cw=0.841，貨艙容積VC=1524.258m3，舵面積Sr=2.258m2。 全文分十四個部分，用確鑿的數據和豐富的圖表對以上內容進行了說明，對80TEU沅水干支直達集裝箱船的設計做了全面的闡述，內容豐富而具體。 1.調查報告 通過圖書雜志的查詢以及網上的收索，對設計船的一些設計要求，貨源分布及流量，作業(yè)環(huán)境，設計船的布置等有了一定的了解。 1.1沅水航道情況: 湖南省的第二大河流——沅水，分南北兩源，南源龍頭江，北源重安江，全程干流1033公里（湖南568公里），流域面積89163平方公里，其中位于湖南51066平方公里，平均徑流量393.3億立方米。常德以下為三級航道，由岳陽市城陵磯江入長江。 湖南省近期將重點建設湘江、沅水、資水等主要航道；用20年左右的時間，基本建成以洞庭湖為中心，湘江、沅水等三級航道為骨架，以澧資航線和資水、澧水、耒水、淞虎航線及藕池東河等五級以上航道為干線，其他一般航道為基礎的內河航道體系，實現(xiàn)水運資源豐富地區(qū)間300噸級以上船舶或船隊直達運輸，基本適應區(qū)域經濟發(fā)展和西部大開發(fā)的需要；全省港口將形成以長沙港、岳陽港（城陵磯）和常德港3個樞紐港口為中心，株洲港、湘潭港等9個區(qū)域性重要港口為依托，其他一般港口為基礎的合理的港口布局體系，以適應水運規(guī)模化、集約化的發(fā)展趨勢，凸現(xiàn)主要港口的現(xiàn)代物流中心作用. 1.2港口,碼頭狀況: 常德港: 常德港有500噸級碼頭2座，千噸級碼頭1座，水路南抵長沙，北通岳陽，經洞庭入長江，上達重慶，下抵上海。航道標準為三級航道。 城陵磯: 港區(qū)自然岸線長度22公里，陸域面積269萬平方米，水域面積405萬平方米，泊位46個，總延長633米，最大靠泊能力33OO噸級；倉庫面積1．14萬平方米，堆場面積8．58萬平方米，候船室面積267平方米；鐵路專用線28公里；裝卸機械79臺，其中起重機械13臺，最大起重能力3O噸；職工人數290O人，固定資產原值2833萬元；1985年貨物吞吐量431萬噸，其中出口107萬噸；旅客吞吐量19萬人次。進出口貨物，以石油為最大宗，計有279萬噸(內：原油247萬噸)，其中進口247萬噸(均為原油)：其次為化肥、糧食、煤炭，均各20余萬噸，還有礦建材料、雜貨。 武漢港: 港區(qū)自然岸線長度89公里，陸域面積 1961萬平方米，水域面積4337萬平方米，碼頭泊位250個，總延長1．4萬米，最大靠泊能力5OOO噸級：倉庫面積8．83萬平方米，堆場面積75．6萬平方米，候船室面積1667平方米；鐵路專用線總延長32．5公里；港作船83艘；裝卸機械1398臺，其小起重機226臺，最大起重能力50噸；職工人數1．6萬人，固定資產原值2．83億元。1985年貨物吞吐量2242萬噸，其中出口861萬噸，旅客吞吐量634萬人次。典型碼頭為鋼質躉船浮碼頭，墩柱直立式及簡易斜坡式。自然條件對港區(qū)的裝卸作業(yè)及船舶航行有一定的影響。每年汛期貨物堆場常被淹沒(約三、五年一個周期)，時問長達一個月，部分作業(yè)區(qū)，泥沙淤積嚴重。漢江平均每年因洪水(流速3米／秒以上)封航約19天。 九江港: 港區(qū)自然岸線長度28公里，陸域面積65萬平方米，水域面積448O萬平方米，泊位 43個，總延長2O25米。最大靠泊能力5OO0噸級；倉庫面積1萬平方米，堆場面積26萬平方米；鐵路專用線3871米；裝卸機械157臺，其中起重機械24臺，最大起重能力30噸，輸送機械87臺；候船室面積2915平方米。1985年貨物吞吐量692萬噸，其中出口233萬噸；旅客吞吐量465萬人次。進出口貨物，以煤炭、石油、礦建材料為最大宗。煤炭252萬噸(其中進口224萬噸)；礦建材料175萬噸(其中進口84萬噸)；石油148萬噸(內原油80萬噸)，全部為進口。其余為鋼鐵、金屬礦石、非金屬礦石、化肥農藥、糧食、鹽、雜貨。 南京港: 港區(qū)自然岸線長度186公里，陸域面積19萬平方米，水域面積22OO0萬平方米；碼頭總延長 1O833米，泊位241個，萬噸級以上泊位9 個、最大靠泊能力2．4萬噸級；倉庫面積4．34萬平方米，堆場面積27．6萬平方米，客運候船室 面積66O平方米；鐵路專用線長221公里；港作船76艘；裝卸機械618臺，其中起重機械180臺，最大起重能力 63噸；職工人數15122人；1985年貨物吞吐量4678萬噸，其中出口3125萬噸，旅客吞吐量372萬人次。進出口貨物，以原油為主的石油(75％為出口)占總吞吐量的53％，煤炭(83％為出口)占20％，其余為礦建材料、金屬礦石、鋼鐵、非金屬礦石、木材、水泥、糧食、雜貨。 南通港：港區(qū)自然岸線包括長江及 內河部分共長 10O公里，陸域面積53萬平方米，水域面積6299萬平方米。泊位474個，總延長14064米；萬噸級以上泊位4個、千噸級以上泊位14個、5O0噸級泊位12個、3OO噸級泊位36個、200噸級以下泊位2O4個；倉庫面積2．5萬平方米，堆場面積15．6萬平方米，客運候船室面積2671平方米；裝卸機械895臺，其中起重機械261臺，最大起重能力4O噸；職工人數6073人；1985年貨物吞吐量1967萬噸，其中出口?88萬噸，旅客吞吐量5O9萬人次。進出口貨物，以煤炭、礦建材料、金屬礦石及木材為最大宗，分別占吞吐量的26％、24％、17％、及 lO％，還有糧食、非金屬礦石、鋼鐵、化肥等。 江陰港: 港區(qū)自然岸線長度31公里，陸域面積24萬平方米，水域面積183萬平方米，泊位130個，總延長3889米，最大靠泊能力50O0噸級；倉庫面積359O平方米，堆場面積6．39萬平方米，候船室面積73O平方米；裝卸機械24O臺，其中起重機械97臺，最大起重能力16噸；職工人數1387人，1985年貨物吞吐量749萬噸，其中出口4O3萬噸；旅客吞吐量27萬人次。進出口貨物，礦建材料（61％為出口）占全港吞吐量的56％，煤炭 (55％為進口)占23％，其余為石油、鋼鐵、非金屬礦石、化肥、糧食等。 張家港港：本港屬河港，位于潮流界內，港區(qū)自然岸線長度14公里，陸域面積3OO萬平方米，水域面積1680萬平方米。港務局1985年末共有生產用碼頭泊位9個，其中1萬噸級4個，5OOO噸級2個，1OO噸級 1個，總延長 1O4O米：浮筒泊位8個(內萬噸級6個)。1985年完成貨物吞吐量340萬噸，外貿占31％，其中以進口為主；旅客吞吐量23萬人次；倉庫面積1．8萬平方米，堆場面積10．3萬平方米；裝卸機械216臺，其中起重機械22臺，最大起重能力6O噸；客運候船室面積324平方米；進港航道為福姜沙南水道，長約7．6海里，水深一14米，可通航 1萬噸級(不乘潮)至2．5萬噸(乘潮)海輪，職工人數2053人。 港口進出口貨物，以煤炭、水材為大宗，煤炭占全港吞吐量的36．6％，木材占33％，其次為糧食、鋼鐵及雜貨。吞吐量中，集裝箱貨重22．7萬噸。 1.3關于集裝箱: 集裝箱的定義 關于集裝箱的定義，歷年來國內外專家學者存在一定分歧。現(xiàn)以國際標準化組織（ISO）對集裝箱的定義作以下介紹，國際標準化組織（ISO）對集裝箱下的定義為“集裝箱是一種運輸設備，應滿足以下要求： （1）具有耐久性，其堅固強度足以反復使用； （2）便于商品運送而專門設計的，在一種或多種運輸方式中運輸時無需中途換裝； （3）設有便于裝卸和搬運的裝置，特別是便于從一種運輸方式轉移到另一種運輸方式； （4）設計時應注意到便于貨物裝滿或卸空； （5）內容積為1平方米或1平方米以上。 集裝箱一詞不包括車輛或傳統(tǒng)包裝。 目前，在國際海上集裝箱運輸中采用最多的是IAA型（即40英尺）和IC型（即20英尺）兩種。IAA型集裝箱即40英尺干貨集裝箱，箱內容量可達67.96m3，一般自重為3800kg，載重噸為26．68噸，總載重量30．48噸。IC型即20英尺集裝箱內容量33．2m3，自重一般為2317kg，載重噸為亞17.9噸，總載重量20.32噸。 1.4船舶狀況 船名 船員（人） 總長(m) 水線長(m) 垂線長(m) 型寬（m) 總寬（(m) 設計吃水T(m) 80TEU 10 63 61.5 60 11.6 2.1 180TEU 85.9 83.74 13.4 1.8 3.4 80 923.5(1.6m)/1219.2/1551.5 3.9 180 1690/2880 2全船設計說明書 2.1船型及用途 本船為鋼質、單甲板、雙機、雙槳、雙尾，柴油機驅動的集裝箱船；主要航行于沅水及長江航道。主要航線為從常德到南京，航線長1206KM。 2.2船級 本船按“ccs”有關規(guī)定入級、設計和建造。本船處于A級航區(qū)，J1級航段。 2.3載貨量 本船的載貨量為80TEU。 2.4主尺度 總 長: 67.55m 設計水線長：64.73m 垂線間長： 63.2m 型 寬：11.6m 型 深： 3.3m 設 計吃 水：2.0m 排 水 量： 1193.531t 2.5主要船型及系數 方形系數 ：0.809 棱形系數 ：0.812 舯剖面系數：0.996 水線面系數：0.841 浮心縱向位置：1.205m 航速、續(xù)航力、及船員 滿載試航速度：17.56km/h 續(xù)航力：1206km 船 員：12人 2.6穩(wěn)性及干舷 穩(wěn)性和干舷均符合2004年《內河船舶法定檢驗技術規(guī)則》要求。 2.7艙容 艙內容積為871.54m3，艙口圍板容積為269.11 m3，共計1140.65 m3，凈容積為1026.59 m3,μ=1.39m3/t。 2.8艙室布置 1）在#97~船首設置首尖艙。 2）在船尾# 2-# 9設有壓載水艙，在#28~#54肋位設有舷邊壓載水艙，主要是為了在空載調節(jié)其浮態(tài)和縱傾。 分別是：NO1舷邊壓載水艙：#28~#38 ； NO2舷邊壓載水艙：#39~#54 3）在#22~#85肋位內設有高度為0.45m的雙層底。 4）機艙設在#9~#22肋位，Lm=7.8m。 5）在#22~#28肋位設燃油艙。 6）貨艙設在#22~#85肋位。 7）舵機艙設在#-2~#1肋位。江水艙設在#19~#1肋位。日用水艙設在#80~#85肋位。 2.9船體結構： 全船的肋距為600mm，雙層底高是0.48m。為了改善船舶的裝卸條件，本船在貨艙內不設支柱，而在艙口處設艙口圍板以增加艙容。 2.10推進設備 2.10.1主機： 型 號：6106A 　 額定功率：202kw 油 耗：208g/kw?h 額定轉速：1000r/m 重 量：3200kg 數 目： 2臺 外形尺寸：3052*980*1600 2.10.2減速齒輪箱 減速比：i=10/3 2.10.3螺旋槳： 盤面比：0.518 槳 徑：1.624m 螺距比：0.733 推進效率：0.583 葉 數：4 轉 速：300r/min 2.10.4舵設備 本船采用平衡舵、矩形舵，舵的剖面采用流線型，各參數如下： 舵 高：1.7m 舵 寬：1.328 m 展 舷 比：1.28 舵平衡比：0.25 2.11其它設備 2.11.1錨設備及系泊設備 ●通過舾裝數N（=953.8624）計算，按2002年《鋼質內河船舶入級與建造規(guī)范》及2004年修訂配備如下： 首錨為2個，800kg/個；有檔焊接首錨錨鏈總長225m，選擇直徑為17.5mm的錨鏈；尾錨質量125kg，錨索直徑12.5mm；系船索2根，破斷載荷為129.36kN。 2.11.2救生設備 根據《船舶與海上設施法定檢驗規(guī)則》，本船配備救生圈和氣脹式救生環(huán)共4個，其中帶救生浮索救生圈2個。 2.11.3消防、信號設備 配備前后桅燈各一、前后錨燈各一、舷燈、艉燈、工作燈應照明甲板。 3.任務書分析 3.1船型、航區(qū)及用途 本船為鋼質、單甲板、雙機、雙槳，尾機型柴油機驅動的集裝箱船。。主要航行于常德港至南京港之間，以及沿途的各個港口之間，以長江中下游A級航區(qū)為主要航段。 3.2入級 本船入CCS級，均按中華人民共和國船舶檢驗局（ZC）頒布的有關對沅水及長江中下游航區(qū)的要求進行設計衡準。 3.3載貨量 本船的載貨量為80TEU。 3.4航速、續(xù)航力 滿載試航速度不小于17.56km/h，續(xù)航力為1206Km。 3.5對本船的簡要分析 非典疫情、三峽斷流、運價下滑、油價上漲……盡管有諸多的不如意，經歷了無數興奮與失落的長江航運，在國民經濟快速增長的大環(huán)境的帶動下，雖然旅游客運量下滑，但貨運量穩(wěn)步增長、外貿運輸增幅喜人，長江航運收獲不少。隨著世界經濟的回暖，國際貿易日趨活躍，極大地刺激了全球集裝箱船的建造。目前，集裝箱船運輸是國際貿易貨運的主要方式之一。有資料顯示，20世紀90年代以來，集裝箱貨運量的年均增長率接近世界經濟增長率的兩倍，達到7%，集裝箱船也成為世界商船隊的新寵，占據了其份額的半壁江山。 3.5.1此類船的特點： 1） 船型為尾機型。 2） 主要尺度的變化有一定的范圍，特別是吃水，受各?？扛劭诤降兰按a頭前沿水深的限制較大。目前主尺度的變化的主要趨勢是船長減少船寬加大，L/B下降，而型深及吃水變化不大，船舶平面尺度大。 3） 貨艙與貨艙口：為便于裝卸，艙口數與貨艙數相同，艙口寬度約占船寬的 80%左右。 ●3.5.2本船是布置地位型船舶，其設計流程圖如下頁框圖所示： 選擇最佳方案 得出滿足要求的方案 ∑Wi≠Δ 性能校核 估算∑Wi ∑Wi=f(L，B，D……) 確定L ，B ，T，D，Cb 決定船型和總布置 分析設計任務書，找出主要矛盾，確立設計思想 或修改總體布置 修改主尺度及要素 修改主尺度及系數 不滿足 滿足 3.5.3設計中應解決的中心問題 本船是一條運輸船舶，滿足任務書所規(guī)定的各項要求，使本船在技術上具有必要的能力，從而保證其運輸任務的完成，這是設計本船時首先考慮的主要因素。本船為柴油機驅動鋼質、雙機雙槳沅水—長江直達集裝箱船，航行于我國湖南常德至南京各港口之間。本船的滿載試航速度要求不低于17.56km/h，續(xù)航力為1206公里。本船航行的區(qū)域屬于A級航區(qū)，J1級航段，在設計過程中應保證船舶的安全性。另外，在設計中還應保證船舶有一定的首尾吃水，以避免在風浪中發(fā)生飛車、砰擊和減少甲板上浪等現(xiàn)象的發(fā)生。 本船的設計載貨量80TEU。因本船為集裝箱船，首先考慮總布置對其主尺度的限制，并且其積載因數只較大（1.39），不能只按最小干舷設計，同時應考慮到船舶的經濟性。本船設計中特別注意降低造價，降低消耗，提高運輸能力，以最少的投資獲得最大的運輸能力，提高本船的經濟性。 3.5.4妥善處理船舶快速性與經濟性的矛盾。 在本船主尺度確定時，為提高其經濟性，從以下兩個方面去注意： 第一，在滿足布置要求的情況下，力求減小其主要尺度，特別應力求縮短船長，以便減少船體鋼料的消耗量，降低造價。提高船閘的應用效率 第二，在設計中應使設計船達到設計任務書中規(guī)定航速要求的同時，力求所選擇的主機功率最小,這樣船舶造價也相對減少。在主機功率一定的情況下，應力求獲得較高的航速，以便縮短航次的航行時間，增加年航次數，從而提高運輸能力。 3.5.5本船的設計船型理念。 （1）采用尾機型。 （2） 為了防止在空載時出現(xiàn)飛車現(xiàn)象，增加空載吃水，設有舷邊壓載水艙，在雙層底也設有壓載水艙。 （3） 為了提高螺旋槳推進效率，采用雙尾尾型。 （4）駕駛艙布置在艏部，即增加了視野，艉部也可安放集裝箱。 ●4.主尺度確定 4.1畫布置草圖 分配集裝箱在甲板和貨艙內的布置，見布置草圖（見附頁） 4.1.1第一次主要要素估算 船名 船員（人） 總長(m) 水線長(m) 垂線長(m) 型寬（m) 總寬（(m) 設計吃水T(m) 結構吃水Td(m) 型深D(m) 載箱 80TEU 10 63 61.5 60 11.6 2.1 2.6 3.4 80 型深D(m) 載箱 排水量（t) 3.4 80 923.5(1.6m)/1219.2/1551.5 以上為型船資料 （1） 船長的確定 船長主要取決于集裝箱的行數，本船采用IC標準箱型，2438m*2438m*6058m,,貨艙內6行，尾部甲板上2行。 根據布置要求，垂線間長Lpp=Lc+La+Lf+Lm Lc —— 貨艙長 La —— 尾尖艙長 Lf —— 首尖艙長 Lm —— 機艙長 則最小垂線間長Lpp=38+6+6+8=58（米） （2） 船寬的確定 船寬與集裝箱的裝載列數有關，本船布置時為3列，貨艙寬度不小于總寬的80%。 貨艙寬度B‘=3*2.438+2*0.2+2*0.25=8.0（米） 最小船寬B= B‘/0.8=10(m),根據型船資料，取B=11米。 （3） 型深的確定 由于本船為內河船，艙內裝載的集裝箱的箱數不多，不適宜用船艙內集裝箱的層數確定，根據型船可以初步的確定型深D為3.3米。 考慮到沅水與長江中下游航道隨季節(jié)變化大，設定本船為變吃水船，船舶的設計吃水為2.0m，結構吃水為2.6m。 取γ=1.0，k=1.006，則由浮力平衡方程式Δ=γ*k*L*B*T*Cb可以得到：1219.2=1.0*1.006*60*11.6*2.0*Cb,從而求出Cb=0.826 ●4.1.2 初步確定排水量 根據型船資料，以及本船的特點，初步確定其排水量為1195t 空船重量LW=0.162*（L*B*D）=0.162*60*11.03*3.3=352.836t 4.1.5粗估主機功率 1)收集型船資料，選取與本船排水量接近的干散貨船，計算其海軍系數，利用此系數初步估計本船的主機功率。方法如下所示： 船名 船員（人） 總長(m) 水線長(m) 垂線長(m) 型寬（m) 總寬（(m) 設計吃水T(m) 結構吃水Td(m) 型深D(m) 載箱 80TEU 10 63 61.5 60 11.6 2.1 2.6 3.4 80 型深D(m) 載箱 排水量（t) 3.4 80 923.5(1.6m)/1219.2/1551.5 經計算；此母型船Cb=0.826，Lpp=60 m, 因為，所以求出C=1339.46 2)因為與本船相近的型船資料比較缺乏，所以就用C=1339.46來估計本船的主機功率。 將本船數據帶入可算得P=220.5*2KW 3052*980*1600 3)選取與主機功率與220.5 KW相近的三個型號的主機。 主機型號 氣缸數 氣缸直徑 額定轉速r/min 額定功率KW 燃油消耗率g/KW*h 重量Kg 外形尺寸 6160A* 6 160 1000 202 208 3200 3052*980*1600 N6160ZC2 6 160 1000 235 211 3200 2430*985*1600 X6160ZC 6 160 1000 220 218 3700 3069*960*1512 在優(yōu)化過程中用此三個主機循環(huán)，最終結合航速限制條件和經濟性等綜合因素選取主機。 4.2關于程序中的性能校核 4.2.1排水量校核 根據型船資料，可得設計船舶的空船重量 LW= 0.162*L*B*D=0.162*60*11.0*3.3=391.9(t) 載重量DW計算： DW=80*9.9c=792(t) △= DW+ LW+5%LW=792+1.05*359.33=1203.4 (t) 校核排水量△： 滿載排水量為：△= DW+ LW+5%LW=1203.4 (t) 與第一次計算排水量△1比較： 計算：(1203-1192)/1195=0.0084<=0.01，滿足。 若大于此值，則以新的排水量代入再次進行計算。 4.2.2航速校核 根據瓦特生公式： 其中，，N為螺旋槳轉速。其中C是系數。 （1）根據母型船資料，求得C=1.632。具體求法如下： 母型船資料： 船名 船員（人） 總長(m) 水線長(m) 垂線長(m) 型寬（m) 總寬（(m) 設計吃水T(m) 結構吃水Td(m) 型深D(m) 載箱 80TEU 10 63 61.5 60 11.6 2.1 2.6 3.4 80 型深D(m) 載箱 排水量（t） VS 3.4 80 923.5(1.6m)/1219.2/1551.5 15.5 , 弗汝德數： 系數： 代入瓦特生公式即可求得C=1.583 （2）把設計船數據代入瓦特生公式得：（主機功率先用最小的202KW的試算，如果不滿足航速要求，則換用功率大的主機） 其中，弗汝德數： 系數： 經計算，所得航速V=17.2km/h>17km/h，合適。 4.2.3穩(wěn)性校核 根據《船舶設計原理》中的公式： =0.496*2.0+0.075*112/2.0-0.736*3.3=3.1（m） 在此式中 Cwp=1.0931Cb=0.9029 ξ=0.736 根據船舶規(guī)范GM必須大于0.15，3.1〉0.15，滿足。 4.2.4橫搖周期校核 滿足規(guī)范要求。 綜上所述，初選的一套方案可行，以下通過計算機編程的方式采用網格法以初選尺度為中心，在其左右進行優(yōu)化。 4.3主尺度優(yōu)化 通過C語言編程的方式，采用網格法進行尺度優(yōu)化，衡準指標q的確定原則是在技術達標的基礎上盡量經濟性能最優(yōu)，由于本船營運投資額可預估，故可RFR、NPV、單位排水量造價P/Disp以及投資回收期T為經濟指標，而以航速v和橫搖周期為技術指標。衡準指標q值越大越好。 #include<stdio.h> #include<math.h> void main() {double r[12],Lpp[12],D[12],B[12],T[12],Cb[12],BHP[12],V[12],Gm[12],Pp[12],RFR[12],PBP[12],C[12]; double Q1,Q,d1,d2,d3,V1,V2,Lc,Bc,Cwp,z1,z2,maxC=0.0; double Fn,K1,R,v2,t2,t3,t,N,N1,N2,J,P,A,X1,X2,L,t4,N3; double Y1,Y2,Y3,Y4,Y5,Y6,Y7,Y8,Y9,Y10,Y11,Y12,Y13,Y14,Y15,Y16,Y17,Y18,Y19,Y20,Y21,Y22; double b=10.8,Cw=1000,w=1,K=1.006,F=0.8,u=1.34,Kc=0.98,Hb=0.8,Lm=8.0,S=1285,t1=13,v1=4; double bhp[3]={440,470,500}; /*主機功率*/ double W[3]={218,211,206}; /* 燃油消耗率*/ double Tx=2.6; /*滿載吃水*/ int i=0,k=0,m=0; FILE *fp; fp=fopen("WUYI.txt","w++"); for(i=0;i<3;i++) for(L=62;L<=65;L++) { T[k]=Tx; D[k]=Tx+F; Lpp[k]=L; d1=L/30; if(d1>=D[k]) D[k]=d1; B[k]=b; d2=B[k]/4.5; if(d2>=D[k]) D[k]=d2; V1=u*Cw/0.98; /*所需艙容 */ Lc=L-0.05*L-0.08*L-Lm; /*貨艙長*/ Bc=0.75*B[k]; /*貨艙寬*/ V2=1.1*0.75*0.8*Bc*Lc; /*艙口圍容壁積*/ d3=(V1-V2)/(Kc*Lc*Bc)+Hb; if(d3>=D[k]) D[k]=d3; Q=1.046*Cw+1.05*0.1347*L*B[k]*D[k]; /*排水量*/ Cb[k]=Q/(w*K*L*B[k]*Tx); r[k]=Cw/Q; /*載貨量系數*/ Cwp=1.0931*Cb[k]+0.0745; z1=(2.5-Cb[k]/Cwp)/3; z2=(0.008+0.0745*Cwp*Cwp)/Cb[k]; Gm[k]=z1*Tx+z2*B[k]*B[k]/Tx-0.74*D[k]; Fn=18/(3.6*sqrt(9.8*L)); K1=Cb[k]+1.68*Fn; R=40-L/61+400*(K1-1)*(K1-1)-12*Cb[k]; BHP[k]=bhp[i]; v2=bhp[i]*(15000-362*sqrt(L))/(1.22*pow(Q,0.6667)*R); V[k]=pow(v2,0.33333)*1.85; Q1=Q*pow((3.0/Tx),(Cwp/Cb[k]))-Q+Cw; /*加載航行載貨量*/ t=S/(V[k]+v1)+S/(V[k]-v1); t2=t1+t+2*1.85*Cw/150; /*滿載航行時間*/ t3=t1+t+2*1.85*Q1/150; N1=160*0.926*24/t3; /*滿載航行次數*/ N2=175*0.926*24/t2; /*加載航行次數*/ N=N1+N2; /*總航次*/ P=pow(L*B[k]*D[k],0.6667)*1.665*10000; /*造價*/ Pp[k]=P/10000; J=0.95*0.0537*Cw*S*N1+0.95*0.0537*Q1*S*N2+0.9*0.0453*Cw*S*N1+0.9*0.0453*Q1*S*N2; /* 運價 */ Y1=3900*bhp[i]*W[i]*N*t/1000000; /*燃油價格*/ Y2=0.03*Y1; /*潤料費*/ Y3=2500*N; /*生產費*/ Y4=0.12*13/24*Cw; /*停泊費*/ Y5=11.6*12*bhp[i]; /*航養(yǎng)費*/ Y6=3.09*12*bhp[i]; /*運輸管理費*/ Y7=1.9*12*bhp[i]; /*港務費*/ Y8=0.01*J; /*事故損失*/ Y9=P/10; /*折舊費*/ Y10=4000*N; /*修理費*/ Y11=0.012*P; /*保險費*/ Y12=2.1*10000*15; / *船員工資*/ Y13=0.14*Y12; /*工資附加*/ Y14=0.02*(Y12+Y13); /*工會經費*/ Y15=0.015*(Y12+Y13); /*職工教育基金*/ Y16=0.066*J; /*營業(yè)稅和個人所得稅*/ Y17=30*Cw; /*車船使用稅*/ Y18=0.0005*J; /*印花稅*/ Y19=5000; /*船舶檢驗費*/ Y20=0.0756*P; /*財務費*/ Y21=0.05*(Y1+Y2+Y3+Y4+Y5+Y6+Y7+Y8+Y9+Y10+Y11+Y12+Y13+Y14+Y15+Y16+Y17+Y18+Y19+Y20); /*企業(yè)管理費 */ Y22=1.05*Y21/0.05; /*運輸總成本*/ A=J-Y22; /*年凈收益*/ RFR[k]=(0.149*P+Y22-Y9)/(1.85*Cw*N1+1.85*Q1*N2); /*必要貨運費率*/ X1=log10(1-P*0.0756/A); X2=log10(1/1.0756); PBP[k]=X1/X2; /*投資回收期*/ C[k]=0.2*(V[k]-18.2)/0.6+0.2*(320.1-Pp[k])/1.3+0.4*(53.6-RFR[k])/2.1+0.2*(3.69-PBP[k])/0.59; /* 經濟指標權數 */ if(C[k]>=maxC&&V[k]>=18&&V[k]<19) maxC=C[k]; k++; } fprintf(fp,"k T Lpp B D r Cb BHP V Gm P RFR PBP C\n"); for(m=0;m<12;m++) fprintf(fp,"%-4d %-.1f %-.1f %-.1f %-.1f %-.2 %-.2f %-.1f %-.1f %-.1f %-.1f %-.1f %-.2f %-.3f\n",m,T[m],Lpp[m],B[m],D[m],r[m],Cb[m],BHP[m],V[m],Gm[m],Pp[m],RFR[m],PBP[m],C[m]); fprintf(fp,"maxC=%-.3f\n",maxC); } 程序運行輸出的結果如下： k T Lpp B D r Cb BHP V Gm P RFR PBP C (序號)（m） (m) (m) (m) (kw) (km/h) (m) (萬元）（元/噸）（年） 1 2.6 63.0 10.8 3.9 0.71 0.80 440.0 18.2 2.7 319.7 52.6 3.47 0.325 2 2.6 64.0 10.8 3.8 0.71 0.78 440.0 18.4 2.7 319.2 52.0 3.26 0.655 3 2.6 65.0 10.8 3.8 0.71 0.77 440.0 18.6 2.8 318.8 51.5 3.10 0.941 4 2.6 62.0 10.8 4.0 0.71 0.81 470.0 18.3 2.7 320.1 53.3 3.69 0.091 5 2.6 63.0 10.8 3.9 0.71 0.80 470.0 18.6 2.7 319.7 52.7 3.42 0.470 6 2.6 64.0 10.8 3.8 0.71 0.78 470.0 18.8 2.7 319.2 52.1 3.22 0.800 8 2.6 62.0 10.8 4.0 0.71 0.81 500.0 18.7 2.7 320.1 53.6 3.71 0.165 maxC=0.941 其中，比較其經濟性與實際情況，并且考慮到沅水航道的實際情況，與各種參數的重要性給予不同的系數， 選擇如下方案： L =63.2 B=11.6m D=3.3m T=2.0/2.6m Cb=0.81 5 型線設計 5.1概 述 船體型線是關系船舶技術──經濟性能的全局性設計項目之一。 主尺度確定之后，型線設計應與總布置設計互相配合進行。正式的型線圖是后續(xù)的結構設計性能計算的依據。型線設計的好壞直接影響到船舶的快速性、穩(wěn)性、耐波性等性能，同時也會影響到船舶的總布置和建造工藝。因此，型線設計必須考慮到下述三個方面： 5.1.1要保證設計船具有良好的航運性能 一般來說，除了應具有足夠的浮力之外，主要還應從快速性、耐波性、穩(wěn)性、及抗沉性上來考慮船體水下部分的型線；同時水上部分的外形和尺寸也很重要，力求做到船體水下和水上兩部分型線在幾何上的合理配合。 5.1.2應滿足總布置的要求 包括需要的甲板面積、船艙尺度、艙口尺寸、機艙和設備的布置、浮態(tài)調整等總布置的要求。在總布置和性能相矛盾時，應適當降低對某些性能的要求，以照顧布置上的經濟、合理、實用和安全。 5.1.3考慮結構合理、簡易，達到施工、維修方便 在型線設計中考慮船舶性能、總布置、結構、工藝等要求時，首先要根據不同類型船舶的不同使用特點，綜合權衡。另外，設計中可參照優(yōu)秀的母型船型線，并按設計船要求用適當的方法作適當的修改。 型線設計的方法概括起來有三種：自行設計法、改造型線法、應用系列型線。實際上，各種方法不能截然地分開。自行設計法也要廣泛利用型船和系列型線資料，改造型船法也要體現(xiàn)設計者的主觀意圖。結合設計任務書上的要求，考慮到本船的具體情況，即為一艘普通的三峽庫區(qū)散貨船，型船資料比較豐富，故在本次的設計中采用型船改造法。 5.2主要型線要素的選擇 5.2.1棱型系數Cp Cp的大小反映了浮力沿船長的分布情況。波主要發(fā)生在首端，首波峰高壓區(qū)主要在首端Cp大，浮力沿船長分布得比較均勻；Cp小，浮力相對集中在船中，船的首尾兩端尖瘦。對中低速船，船的興波阻力在船首附近。Cp小，滿載水線呈微凹形，這樣不但可減少首波波高，而且可減少波峰區(qū)的水動壓力在船舶前進方向上的分力，以降低興波阻力。對于中低速船，由于選取Cb接近經濟方形系數，因此Cp無法達到最佳值。所以，在較小Fn下，從Cb的經濟值及與之適應的Cm值出發(fā)選擇Cp較為適宜。選用比Cp最佳值大的經濟值，有利于在同尺度條件下艙容最大，也有利于尾機型船舶的機艙及軸系布置。 本設計船的 因Cb=0.81，參考型船取Cm=0.998 則Cp=Cb/Cm=0.812。 5.2.2浮心縱向位置Xb 在一定棱形系數下，浮心縱向位置Xb表示了船的排水體積在中前和中后的相對大小，即反映中前和中后的相對豐滿度。當Xb在中前時，船首豐滿，會使興波阻力增加，船尾瘦削可降低旋渦阻力。當Xb在中后時，則產生相反的效果。 根據選定的Cp=0.81，在《船舶設計原理》的較佳浮心縱向位置的范圍圖中：（見左圖） Xb=0.5%~3.1%Lp。 初步畫一下整個船的布置草圖，估算出重心位置在船舯偏后一點，然后又考慮到實際船的Xb一般在船舯附近，故綜合考慮取Xb=0，即浮心位置取在船舯。這樣重心位置和浮心位置可以保持平衡。 5.2.3船首形狀 設計水線以上的首柱做成傾斜的,這樣不僅可以是水線以上的面積迅速增加，有利于減小迎浪航行中縱搖和升沉運動，而且傾斜首柱使設計水線以上的水線變得瘦削，可減少首端激波。另外，傾斜首柱增加了甲板面積，并且使船外形美觀大方。從經濟性和實用性角度來考慮，前傾過大，會增加總長和造價，增大噸位，增長泊位，降低進出港時的安全。因此設計水線以下的首柱形狀時繼續(xù)保持水上的傾斜度，并和底龍骨圓滑的連接。簡圖如下： 5.2.4船尾形狀 由于本船航行于長江重慶至武漢航段，河道較淺，枯水期吃水受限，螺旋槳直徑受限，故船尾采用雙尾型，以便裝置直徑較大的螺旋槳，從而提高推進效率。具體型線生成根據型船的尾部型值設計。 1）首先估算一下螺旋槳直徑： Va=V(1-w)=17.56*(1-0.302)=12.741/1.852=6.62kn PD=Ps*90%*ηs=202*0.9*0.98=196*1.35962hp =266.49hp DOpt=k*PD/Vab*NC (其中k=13.74,a=0.219,b=0.094,c=0.562,N=300r/min) =1.612m 考慮到這只是估算，會有一些誤差，則取螺旋槳槳軸中心到基線的高度為860 m m。精確的螺旋槳直徑在具體設計的時候將會得到。 5.2.5船底 船底采用水平龍骨，根據首尾部輪廓按照光順性和協(xié)調性的要求繪制出船底線。 5.3型線繪制 在本次的設計中，也采用CAD進行型線對母型船的改造。 母型船方形系數為0.796，棱形系數為0.806，浮心縱向位置為-0.813m,垂線間長71 m，型深3.7 m，吃水2.6 m。 因為設計船和母型船的棱形系數，浮心縱向位置不同，所以要按型船的橫剖面面積曲線繪制設計船的橫剖面面積曲線。分為兩步： 第一步，修改面積曲線的棱形系數，因為設計船的棱形系數小于母型船的棱形系數，