摘 要

本文简要介绍了拖船的特性及其设计特点，并详细说明了拖船方案设计的过程。文章以4000HP的拖船的方案设计为核心，将设计过程划分为：船体主要要素确定、船体型线设计、静水力计算、总布置设计、完整稳性计算、螺旋桨设计、结构设计等几个方面对方案设计的方法及计算过程作出详细说明。

整个设计的依据是《国内航行海船建造规范》（2014）及《船舶与海上设施法定检验规则》（2014）两部法规，采用母型改造设计法，最终得出方案设计方案。

关键词：拖船 方案设计 母型改造设计法

Abstract

This article briefly introduces the characteristics and design features of the tugboat, and describes the program design of the tugboat in detail. The article uses the program design of a 4000HP tugboat as the core and divides the design process into several parts: the determination of the main elements of the ship, ship line design, calculation of hydrostatic, ship general arrangement, the stability criteria, propeller design and structural design and so on. Several aspects of the program design methods and calculation process have been described in detail.

The basis of the whole design are lt; domestic sailing ships built standard (2014) gt; and lt; ships and offshore installations statutory inspection rules gt; (2014). Parent hull transformationthe is used in the design, and ultimately formulate the program design.

Key Words: tugboat；program design；parent hull transformation

目 录

第1章 绪论 1

1.1 背景 1

1.2 拖船的特点 1

1.3 设计任务书分析 1

1.3.1 设计任务书要求 1

1.3.2 布置思路 2

1.3.3 设计中的关键问题 2

1.4 船舶辅助设计软件介绍 2

1.5 本章小结 2

第2章 船体说明 4

2.1 概述 4

2.1.1 船型 4

2.1.2 设计依据 4

2.2 总体性能 4

2.2.1 主要量度 4

2.2.2 主机型号 4

2.2.3 主要性能 5

2.3 总布置 5

2.3.1 全船布置说明 5

2.4 本章小结 6

第3章 船舶主要要素确定 7

3.1 概述 7

3.2 主要要素确定 7

3.2.1 绘制布置草图 7

3.2.2 确定尺度参数 8

3.3 排水量估算 11

3.4 重量估算 11

3.4.1 空船重量LW估算 11

3.4.2 载重量DW估算 12

3.5 重力浮力平衡校核 13

3.6 主要要素的修改 14

3.7 性能校核 15

3.7.1 快速性校核 15

3.7.2 初稳性校核 16

3.7.3 横摇周期估算 16

3.8 本章小结 17

第4章 型线设计 18

4.1 概述 18

4.2 型线设计的方法步骤 18

4.3 母型改造法设计型线 19

4.3.1 型线主要参数选择 19

4.3.2 绘制横剖面面积曲线 20

4.3.3 根据横剖面面积曲线绘制型线 24

4.4 本章小结 26

第5章 静水力计算 27

5.1 概述 27

5.2 COMPASS静水力计算说明 27

5.3 COMPASS静水力计算过程简述 27

5.4 静水力计算结果 30

5.5 本章小结 32

第6章 总布置设计 33

6.1 概述 33

6.2 拖船的布置特点 33

6.3 总体布局的区划 33

6.3.1 设计依据 33

6.3.2 结构型式 34

6.3.3 骨材间距 34

6.3.4 双层底 34

6.3.5 水密舱壁 34

6.3.6 机舱部位及其长度 35

6.3.7 液舱布置 35

6.3.8 上层建筑布置与内部划分 36

6.4 锚泊、系泊设备选型与布置 36

6.4.1 舾装数计算 36

6.4.2 锚泊、系泊设备选型 37

6.5 消防、救生设备选配与布置 38

6.5.1 消防设备选配 38

6.5.2 救生设备选配 38

6.6 信号设备选配与布置 39

6.6.1 信号设备的选配 39

6.7 本章小结 39

第7章 完整稳性计算 40

7.1 舱容计算与浮态调整 40

7.1.1 概述 40

7.1.2 COMPASS舱室建模说明 40

7.1.3 COMPASS舱容计算结果 44

7.1.4 拖船核算的基本载况说明 45

7.1.4 浮态计算以及调整 46

7.2 稳性曲线计算 46

7.2.1 概述 46

7.2.2 稳性横截曲线计算 46

7.2.3 静稳性计算 48

7.2.4 动稳性曲线计算 49

7.2.5 船舶进水角计算 50

7.3 稳性校核 51

7.3.1 概述 51

7.3.2 最小倾覆力臂计算 52

7.3.3 风压倾覆力臂计算 53

7.3.4 拖索急牵倾侧力臂计算 55

7.4 COMPASS稳性衡准 56

7.4.1 海上拖带出港载况稳性衡准结果 56

7.4.2 各载况稳性总结 60

7.5 本章小结 61

第8章 干舷计算 62

8.1 计算说明 62

8.2 主要数据 62

8.3 干舷计算过程 62

8.3.1 基本干舷 62

8.3.2 方形系数的修正 62

8.3.3 有效的上层建筑和围蔽结构的修正 63

8.3.4 非标准弦弧的修正 63

8.3.5 最小夏季干舷 63

8.3.6 最小船艏高度 63

8.3.7 热带干舷 64

8.3.8 淡水干舷 64

8.4 本章小结 64

第9章 吨位计算 65

9.1 计算说明 65

9.2 计算 65

9.2.1 总吨位计算 65

9.2.2 净吨位计算 65

9.3 本章小结 66

第10章 螺旋桨设计 67

10.1 概述 67

10.2 螺旋桨设计过程中应注意的问题 67

10.2.1 螺旋桨相关因素的影响 67

10.3 螺旋桨初步设计 68

10.3.1 推力减额与伴流分数 68

10.3.2 有效功率曲线 68

10.3.3 已知设计参数 69

10.3.4 初步设计步骤 69

10.4 螺旋桨终结设计 71

10.4.1 终结设计方法 71

10.4.2 空泡校核 72

10.4.3 强度校核 72

10.4.4 桨叶厚度分布 73

10.4.5 螺距比修正 74

10.4.6 确定设计桨的敞水性征曲线 75

10.4.7 系住推力与推力曲线计算 76

10.4.8 航行特性曲线 77

10.4.9 螺旋桨质量及转动惯性矩估算 79

10.4.10 螺旋桨主要参数总结 80

10.5 本章小结 81

第11章 舵设计 82

11.1 概述 82

11.2 舵的设计方法 82

11.3 舵类型及数目的选择 82

11.4 舵面积 82

11.5 舵高、舵宽、展舷比、平衡比 82

11.6 设计舵的参数 83

11.7 本章小结 83

第12章 横剖面骨架计算 84

12.1 概述 84

12.2 外板 84

12.2.1 船底板 84

12.2.2 平板龙骨 84

12.2.3 舭列板 84

12.2.4 舭侧外板 84

12.2.5 舭顶外板 85

12.2 甲板 85

12.3 双层底 86

12.3.1 中桁材 86

12.3.2 旁桁材 86

12.3.3 实肋板 86

12.3.4 加强筋 86

12.3.5 内底板 86

12.4 舷侧骨架 87

12.4.1 肋骨 87

12.4.2 舷侧纵桁 87

12.5 甲板骨架 87

12.5.1 甲板处计算压头 87

12.5.2 甲板横梁 88

12.5.3 甲板纵桁 88

12.6 本章小结 88

结束语 89

参考文献 90

附录 92

致谢 93

第1章 绪论

1.1 背景

近些年来，拖船的拖曳对象变的复杂化以及船东们对拖曳性能要求的提高。同时随着船舶科技的高速发展，拖船的功能不断增强，舾装设备变的更加先进，拖船因此进入高附加值船舶的范围，拖船的造船量也在逐步上升。新的拖船船型、先进的动力定位系统以及新型推进的船舶方式等新技术不断运用在拖船的设计之中。同时，拖船设计中也逐渐考虑供给、急救、灭火等多种的用途。

世界上建造拖船的船厂主要集中在德国、荷兰、英国、挪威、新加坡和中国等国家。目前，世界在建拖船数量约为400艘。美国的拖船船队是世界上规模最大的，拥有1400余艘单艘吨位超过100的海上拖船，占世界拖船市场的12%，其拖船的总功率达到了约为414万马力。^[2]

我国拖船建造已有几十年的技术积累，拥有了丰富的经验，目前，国内建造拖船的主要船厂有东海船厂、镇江船厂、大连船厂、扬帆船厂等。近年来,一批性能优良的多用途拖船从这些船厂中建造出，不仅仅在国内市场红火，有的甚至出口至德国、美国、挪威等，这表明了我国船厂的拖船建造技术迈上了一个新台阶。尤其是在21世纪，我国拖船的设计和建造取得了迅猛的发展，达到了国际领先水平。