40m沿海双体公务船总体设计毕业论文

2020-02-18 00:30:33

摘要

进入新世纪，世界各国对于资源的开发逐步聚焦于海洋。全球海洋面积巨大，海洋资源十分丰富，各国对于海洋资源的需求日趋激烈，这就导致了近年来海洋形势日益严峻，海上治安环境亟待整治。近年，我国部分海域领土主权与周边海上邻国存在争议，冲突时有发生，而海上公务执法船肩负着我国海洋领域的治安与保护，公务船已经成为海上执法的有力工具。

根据任务书的要求，本文设计一艘沿海高速双体公务船，用于海上公安执法、水上交通指挥等任务。文中首先对任务书进行分析，明确设计工作中的技术难点、矛盾及设计思路等；设计初期根据绘制的总布置草图，结合船舶性能相关要求，初定主尺度并进行设计船舶的重量重心计算；根据确定的船舶主尺度，利用Maxsurf船舶设计辅助软件完成船舶型线的设计，并进行静水力计算；在已有的型线基础上调整总布置，完成总布置图，并进行螺旋桨的设计；最后，根据相关规范要求，完成船舶完整稳性校核、干舷计算和吨位计算。

船舶为布置地位型船舶，因此在设计过程中，要保证船舶的总布置合理，考虑船舶的快速性及稳性，完成船舶总体设计。

关键词：高速双体船；型线设计；总布置设计；完整稳性

Abstract

In the 21st century, the exploitation of resources around the world has gradually focused on the ocean. The global ocean area is huge with rich marine resources. The increasingly demand for the marine resources in all countries recently causes the increasingly serious marine situation and the urgent need to rectify the maritime public security environment. In recent years, there are disputes and conflict of the territorial sovereignty over some sea areas between our country and the neighboring countries at sea. However, the maritime official vessel is responsible for the security and protection of the sea area of China, and becomes a powerful tool for maritime law enforcement.

In accordance with the requirements of the specification, the current paper designs a coastal high-speed official catamaran for he law enforcement of maritime public security and the control of the waterway traffic. In the paper, the task book is analyzed first, and the technical difficulties, contradictions and design ideas in the design work are clarified. At the initial stage of the design, according to the sketch of the general arrangement drawn, combined with the ship performance related requirements, the main scale is determined and the weight center of gravity of the design ship is calculated. According to the determined ship's main scale, the design of the ship's profile line is completed by Maxsurf ship design assistant software, and the hydrostatic force calculation is carried out; the general arrangement is adjusted on the basis of the existing profile line, the general arrangement diagram is completed, and the propeller design is carried out; According to the requirements of relevant regulations, complete the ship's complete stability check, freeboard calculation and tonnage calculation.

The ship is a position-type ship. Therefore, in the design process, the ship's overall arrangement should be reasonable, and the ship's overall design should be completed considering the ship's rapidity and stability.

Key Words：High speed catamaran；molded line design；general arrangement design；intact stability

第一章绪论 1

第二章任务书分析 2

2.1设计基本内容及目标 2

2.1.1航区、船型及用途 2

2.1.2技术参数分析 2

2.1.3航速及续航力 2

2.2 设计中主要矛盾 2

2.3设计思想 3

第三章全船说明书 4

3.1 概述 4

3.1.1用途与航区 4

3.1.2船型 4

3.1.3船级与规范 4

3.2主尺度及性能 4

3.2.1主尺度 4

3.2.2动力装置 5

3.2.3航速及续航力 5

3.2.4稳性及干舷 5

3.2.5 人员定额 5

3.3舾装设备 5

3.3.1舵设备 5

3.3.2系泊锚泊设备 5

3.3.3救生设备 6

3.3.4消防设备 6

3.4航行设备 7

3.4.1航行设备 7

3.4.2信号设备 7

3.5 无线电通信设备 8

3.6 舱室设备 8

第四章船舶主要尺度的确定 10

4.1.设计流程 10

4.2主尺度初步确定 12

4.2.1船长 12

4.2.2片体宽 13

4.2.3片体间距 13

4.2.4设计吃水 14

4.2.5型深 14

4.2.6方形系数 14

4.3初估船舶重量 15

4.3.1空船重量估算 15

4.3.2载重量估算 16

4.4性能校核 18

4.4.1浮性校核 18

4.4.2船舶重量重心估算 18

4.4.3初稳性校核 19

4.4.4横摇周期的估算 20

4.4.5快速性校核 20

4.5主尺度优选 23

4.5.1主尺度优选的目的 23

4.5.2主尺度优选思路及选择 23

4.6主尺度的最终确定 24

第五章型线设计及静水力计算 25

5.1型线设计概述 25

5.2型线设计主要要素 25

5.2.1棱形系数C_P和中横剖面系数C_M的选择 26

5.2.2浮心纵向位置X_B的选择 26

5.2.3设计水线 26

5.2.4首尾横剖线 27

5.3母型船建模及仿射变换 27

5.3.1母型船的选择 27

5.3.2母型船建模 27

5.3.3仿射变换 29

5.4设计船型线建模及生成 29

5.5设计船静水力计算 31

5.8型线设计小结 34

第六章总布置设计 35

6.1概述 35

6.2总布置图的构成 35

6.3主船体舱室划分 35

6.3.1肋骨间距 35

6.3.2水密舱壁 36

6.3.3艏尖舱 36

6.3.4机舱 36

6.3.5其他舱室 36

6.4上层建筑的划分 36

6.5舵设备与布置 37

6.5.1舵面积的选择 37

6.6锚泊和系泊设备 37

6.7 航行设备与信号装置 38

6.7.1 航行设备 38

6.7.2 信号设备 39

6.8 救生设备 39

6.8.1个人救生设备的配备 39

6.8.2 其他救生设备的配备 40

6.9消防设备 40

6.10 无线电通信设备 41

6.11 舱室设备 41

第七章螺旋桨设计 42

7.1概述 42

7.2设计准备阶段 42

7.2.1螺旋桨数目 42

7.2.2螺旋桨叶数的选择 42

7.2.3螺旋桨直径 42

7.2.4设计图谱 42

7.3螺旋桨的初步设计 43

7.3.1船体主要参数 43

7.3.2有效马力曲线 43

7.3.3主机参数 44

7.3.4推进因子的决定 44

7.3.5初步设计 44

7.3.6齿轮箱选择 46

7.4终结设计 46

7.5空泡校核 49

第八章浮态调整及完整稳性计算 51

8.1校核任务 51

8.2 各载况下船舶重量重心位置计算 51

8.2.1满载出港 51

8.2.2满载到港 51

8.2.3压载出港 52

8.2.4压载到港 52

8.3自由液面的修正 52

8.4各装载状态下浮态和初稳性 53

8.5各载况下横摇角、横摇周期的计算 54

8.6各载况下稳性衡准 56

8.7风压倾侧力臂计算 59

8.8 乘客集中于一舷时的船舶静倾角 60

8.9全速回航时的静倾角 61

第九章干舷校核 62

9.1计算说明 62

9.2主要数据 62

9.3干舷计算 62

9.3.1 基本干舷 62

9.3.2 方形系数对干舷修正 62

9.3.3上层建筑对干舷的修正 63

9.3.4 非标准舷弧对干舷的修正 63

9.3.5夏季干舷 63

9.3.6干舷衡准 63

第十章吨位计算 64

10.1总吨位 64

10.1.1上甲板以下所有围蔽处所型容积 64

10.1.2上甲板以上围蔽处所容积 65

10.1.3总吨位 66

10.2净吨位 66

第十一章总结 67

参考文献 68

致谢 69

第一章绪论

进入新世纪，世界各国对于资源的开发逐步聚焦于海洋。全球海洋面积巨大，海洋资源十分丰富，各国对于海洋资源的需求日趋激烈，这就导致了近年来海洋形势日益严峻，海上治安环境亟待整治。近年，我国存有一部分的海域领土主权与周边海上邻国存在争议，冲突时有发生，而海上公务执法船肩负着我国海洋领域的治安与保护，公务船已经成为海上执法的有力工具。公务船在海上执法过程中，必然会涉及到海运走私、毒品贩卖、交通指挥、海洋资源开发及海洋环境保护等方面，与海外船舶的交流及合作单位的通信也将成为公务船的主要任务。目前，世界上一些造船行业较为发达的国家，如美国、日本等，其造船业发展历史久远，技术经验丰富，使得其船艇技术装备较为先进。在公务船制造方面，现如今，欧洲一些国家的公务船制造行业长期处于行业领军地位，在世界各个国家所占的市场份额都比较大。我国周边国家如日韩，在远洋化和大型化方向也走在世界的前列。我国公务船制造行业近年来也取得了长足发展，在自主品牌的燃油机、柴油机、起重机、推进系统等方面均有一定的成绩，取得了突破性的成就。目前我国在公务船设计制造方面逐渐趋于规范，在国家“海洋强国”“一带一路”政策的大背景下，公务船的需求有了很大提升，公务船已经进入批量建造时期。

双体船片体瘦削，对降低兴波阻力有明显效果，同时也可适当减小粘压阻力；船舶两个片体分开，其上层建筑使用面积加大，同时可使得船舶水线面的横向惯性矩有所增加，所以船舶稳性较好，稳性储备相较于单体船更大一些。另一方面，采用铝合金材料建造高速船舶已经成为当前船舶建造领域的一个热点，铝合金材料不仅可以降低船舶造价和船舶重量，同时可以节省燃料消耗，在低动力下可以更高速的工作。

本设计船为40m沿海铝合金制双体公务船，可承担海上公安执法、水上交通指挥任务，该设计船型迎合市场需求，具有一定的工程价值。

第二章任务书分析

2.1设计基本内容及目标

2.1.1航区、船型及用途

船舶为全铝制结构，可作为水上公安执法、水上交通指挥船。

2.1.2技术参数分析

本船为沿海短途全质铝合金高速双体公务船，采用全质铝合金船体结构，能够降低船的自重以提高快速性。

根据现有对双体船和公务船的研究分析，可以得出以下结论：公务船成员人数一般在20人~35人之间、船长区间为30m~45m、船宽区间为7.5m~16.8m、排水体积为100t~300t左右，航速均在25kn及以上，通过计算得出它们的体积傅汝德数Fr_▽约为1.5~2.0，修长度系数ψ约为5~7，均属于过渡型艇。对于过渡型艇，艇体瘦长，尾部形状一般采用方尾形式，具有良好的耐波性。

2.1.3航速及续航力

本公务船满载试航速度达到30节，续航力达到10小时。在此设计基础上也要考虑节能环保等其他因素。

2.2 设计中主要矛盾

（1）片体间距（连接桥强度）与阻力之间的矛盾。双体船两片体之间距离是影响双体船阻力的重要因素，两片体间距越大，使得片体间干扰越小，但随着片体间距逐渐增大，连接桥跨度也逐渐变大，那么对于连接桥强度的要求也随之增加，因此，应找寻出平衡两者矛盾的较为客观的方案。

（2）稳性与耐波性之间的矛盾。双体船船宽一般较宽，使其较单体船有更好的稳性。但是，由于船舶较宽，使得船舶横摇周期较小，船舶摇摆更加明显。因此，在设计过程中，在满足稳性的条件下，应适当提高初稳高，使船舶横摇周期变大。

（3）主机功率和航速之间的矛盾。根据海军系数法可知，功率与航速的三次方成正比，船舶航速越高，所需主机功率就会越大。然而，随着主机功率的提高，主机设备的重量也会随之增加，则船舶整体重量会增加，从而增大船舶阻力，进而影响到主机的推进效率。所以应该尽可能选择重量、尺寸小的主机，做出合理的布置来减小这一方面矛盾带来的影响。

2.3设计思想

每一部分内容都相辅相成，互相影响。在设计的每一个阶段中，都会涉及多方面的问题和因素，而对于问题的解决将是设计中的难点，只有解决了设计中不断出现的问题，才能得到满足设计要求的方案。

本船为沿海高速双体公务船，在实际设计过程中，应重点考虑快速性和稳性，兼顾使用性及经济性等特性。本设计船为过渡型艇，艇体瘦长，多采用方尾形式的尾型，在设计中将以相近的单体船做为母型，并参考其他同类型双体船，进行主尺度的确定、型线设计等相关工作，在进行阻力估算时还应同时考虑双体船两个片体之间的流动阻塞效应和兴波干扰带来的影响。