型线改造(内河货船方案设计)

4型线设计4.1概述主尺度确定之后，型线设计应与总布置设计互相配合进行。正式的型线图是后续的结构设计性能计算的依据。型线设计的好坏直接影响到船舶的快速性、稳性、耐波性等性能，同时也会影响到船舶的总布置和建造工艺。因此，型线设计主要考虑以下三个方面：保证设计船具有良好的航行性能，应满足总布置的要求，保证结构合理、简易，达到施工、维修方便。型线设计的方法概括起来有三种：自行设计法、改造型线法、应用系列型线。实际上，各种方法不能截然地分开。自行设计法也要广泛利用型船和系列型线资料，改造型船法也要体现设计者的主观意图。结合设计任务书上的要求，考虑到本船的具体情况，本船为一艘小型内河散货船，型船资料比较丰富，故在本船的型线设计中采用型船改造法。4.2型线设计的主要内容型线设计的结果是以型线图来表达船体外形的几何形状。控制船体型线的要素主要有横剖面面积曲线，设计水线和甲板边线，横剖线形状，侧面轮廓线。型线设计内容分为型线特征参数的选取和型线生成的方法两大部分。4.2.1棱形系数CpCp的大小反映了浮力沿船长的分布情况。兴波主要发生在首端，首波峰高压区主要在首端Cp大，浮力沿船长分布得比较均匀；Cp小，浮力相对集中在船中，船的首尾两端尖瘦。对中低速船，船的兴波阻力在船首附近。Cp小，满载水线呈微凹形，这样不但可减少首波波高，而且可减少波峰区的水动压力在船舶前进方向上的分力，以降低兴波阻力。对于中低速船，由于选取Cb接近经济方形系数，因此Cp无法达到最佳值。所以，在较小Fn下，从Cb的经济值及与之适应的Cm值出发选择Cp较为适宜。选用比Cp最佳值大的经济值，有利于在同尺度条件下舱容最大，也有利于尾机型船舶的机舱及轴系布置。由于本船型线设计采用母型船改造法，加之设计船与母型船相差较小，故横剖面系数参考母型船，取Cw=0.988，则Cp=Cb/Cw=0.7554。4.2.2浮心纵向位置Xb在一定棱形系数下，浮心纵向位置Xb表示了船的排水体积在中前和中后的相对大小，即反映中前和中后的相对丰满度。当Xb在中前时，船首丰满，会使兴波阻力增加，船尾瘦削可降低旋涡阻力。当Xb在舯后时，则产生相反的效果。根据选定的Cp=0.7554，在参考文献[4]（p254）的较佳浮心纵向位置的范围图中显示，Xb取值在0.4%～3%Lpp范围内可满足阻力性能，而最佳浮心位置为1.4%Lpp。本船为双桨船，实际值范围为上述值减去1%左右，即Xb取值在-0.6%～2%。但由于该船布置比较紧张，各分项重心都没有太大的调整裕度，浮心取最佳浮心纵向位置会造成船舶重心调整的困难，故此处直接取Xb=Xg，而不再过多考虑最佳浮心纵向位置曲线。利用主尺度确定过程中对重心的估算值，取值为Xb=Xg=0.632m，即船中偏前1.318%Lpp,在最佳阻力性能范围内。具体重心位置估算如下：表4.1重量估算重心计算表重量估算重量（t）Xg（m）空船重量120.044-4.6货物3502.75人员行李0.71-19.5食品淡水0.64-21燃油2.835-20滑油0.142-18备品及供应品1.195-22总和475.5700.632其中：母型船（1500t级半舱船）：垂线间长Lpp2=70m，空船重心Xg2=-6.7m设计船空船重心：Xg1=(Lpp1/Lpp2)×Xg2=-4.59m货物重心：Xg2=24-2-38.5/2=2.75m4.2.3船首形状本船采用前倾型首轮廓线。设计水线以上的首柱做成倾斜的,这样不仅可以使水线以上的面积迅速增加，有利于减小迎浪航行中纵摇和升沉运动，而且倾斜首柱使设计水线以上的水线变得瘦削，可减少首端激波。另外，倾斜首柱增加了甲板面积，利于首部锚泊设备的布置，并且使船外形美观大方。前倾量从总长，造价，增大吨位，增长泊位，降低进出港时的安全。设计水线以下的首柱形状继续保持水上的倾斜度，并与船底线圆滑的连接。前倾角取42度，船首形状见图(1)。图4.1首部形状4.2.4船尾形状本船为双机双桨船，船尾轮廓线形状的选择参考母型船的布置，采用隧道式船尾。初步估算螺旋桨直径约为0.6D，取1.0m。本船采用悬挂舵，初估舵面积Ar=μLd=1.38m2，本船为双桨船，μ取1.8%，舵高1.2m，舵宽1.15m，平衡比为25%。两桨中心间距4.72m，占船宽59%。隧道顶线根据母型船资料选取，隧道长度取船尾到第5站的距离。船舶尾部型线的设计需要满足以下要求：（1）尾封板沉深：为防止空气进入螺旋桨区域，需使尾封板沉入水线以下一定深度，本船为小型内河散货船，波浪较小，尾封板沉深取值，本船取0.1m，后倾角取0度。（2）螺旋桨间隙：为保证螺旋桨前后水流的通畅，避免螺旋桨与船体等之间产生共振，螺旋桨与船体、螺旋桨与舵、螺旋桨与基线之间均应留有一定距离的间隙，选取尺寸如图所示。（3）其他长度要求：如图4.2，为避免转舵时，舵叶与船体相撞，间距H2应不小于200mm。另外，尾封板下方的船体外板应保持一定的倾斜，这有利于改善尾部流场，提高螺旋桨效率。为保证该处外板斜度，可限制H1，使其不小于300~400mm。综上所述，尾部形状确定如图4.2所示。图4.2尾部形状4.2.5船底船底采用水平龙骨，无舭部升高。4.2.6甲板线设计船梁拱取值参考母型船，由于船宽和母型船接近，取值与母型船相同，为0.1m。首舷弧参考母型船，取值0.574m，折角线200mm（18站到船首），17站值为0.143m。尾舷弧取值0.378m，尾舷墙高度0.62m。尾楼高度的设置应充分考虑到规范对驾驶视线的要求；甲板梁拱取为0.1m，本船为小型货船，采用圆形分布；首尾舷弧分别取0.574m/0.378m，以抛物线分布，首舷弧起弧点为第十五站处，尾舷弧起弧点为第六站处。首尾舷弧形状见图4.3，舷弧高度值见表4.2：表4.2首尾舷弧高度表站号20191817161514舷弧高度(mm)0.5740.4160.2530.0900.04100站号0123456舷弧高度(mm)0.3780.2830.1730.1010.0630.0230图4.3首尾舷弧图4.3型线绘制在本次的设计中，采用CAD绘图进行母型船改造。取设计船与母型船的中横剖面系数相同，型线设计各参数见表(3)：表4.3型线图各项参数表LppBdCmCpCbXb母型船59m9.2m1.6m0.9730.7640.7850.379m设计船48m8m1.6m0.9730.7890.7680.632m因为设计船和母型船的棱形系数，浮心纵向位置不同，本船型线有型船改造法设计，设计船的横剖面面积曲线参考母型船。首先绘制母型船的横剖面面积曲线，再由母型船的横剖面面积曲线绘制设计船的横剖面面积曲线。平行中体与母型船相同，为9～12站。具体过程分为两步：（1）修改面积曲线的棱形系数：因为设计船的棱形系数大于母型船的棱形系数，所以将型船的横剖面积面积曲线变大,修改Cp过程如下：前半体：由；得后半体：其中，即为横剖面面积曲线在每一站的纵坐标不变时横坐标的改变量由此求出每一站面积曲线的修改量。（2）修改面积曲线的浮心纵向坐标:经过修正，Cp达到0.78893，满足要求，此时浮心纵向坐标Xb=0.00790,需修正到Xb=0.013167，Yb=0.4390（船长为1）。采用迁移法对浮心纵向位置进行修改：其中，，即为横剖面面积曲线在每一站的纵坐标不变时横坐标的改变量由此求出每一站面积曲线的修改量。经过修正，得到横剖面积曲线XB=0.013155（船长为1），CP=0.78893，均处于误差范围之内。横剖面面积曲线及其两次修正的曲线如图4.4所示：图4.4横剖面积曲线改造图（3）CAD绘图作图步骤(1)准备工作要同时绘制母型船与设计船的横剖面积曲线，曲线的横坐标要缩放，最后对应母型船的船长。绘制侧面轮廓线，侧面轮廓线的绘制需要满足船舶总长，水线间长，尾部螺旋桨与舵布置，尾封板沉深的要求。绘制折角线、上甲板边线、甲板边线、舷墙顶线,由于这些曲线与船舶性能关系较小，所以这些线的绘制使用自行设计的方法，以光顺、美观、实用、便于建造为设计目标，具体见型线图。本船绘制400WL、800WL、1200WL、1600WL、2000WL五条水线。相邻水线距离400mm，划20站，每站间距2400mm，纵剖线作1000、2000、3000纵剖线。(2)画半宽水线图首先在设计船横剖面积曲线图上，找到面积与母型船各个站面积相等的新站号（非整数站）。再将母型船横剖线图缩放，缩放目标为使之船宽与设计船船宽相等，设计水线与设计船设计水线相等，得到新横剖线图。得到的新横剖线图即为设计船的各个新站号对应的横剖线图。由新横剖线图绘制半宽水线图，此时用的是新站号，非整数站，去掉非整数站站线，划上均匀的1～20站，即得到设计船的半宽水线图。(3)绘制设计船横剖线图跟据设计船半宽水线图，结合先前确定的首尾轮廓和甲板线，用均匀的整数站再画一次横剖线图，即可得设计船的横剖线图。(4)绘制纵剖线在绘制完成上述各线后，绘制纵剖线进行广顺性调整，纵剖线应同时通过横剖线与半宽水线的对应点，这样才能检验出船舶的光顺性。纵剖线不光顺处，需要综合三向视图进行光顺，直至同时三向视图同时满足光顺性与一致性为止。(5)检验、量型值、标注对不光顺及投影关系不正确的地方进行修改，以达到型线图的要求“关顺性、一致性、协调性”。检验完毕后，在图上读出型值，并对进行标注。4.4静水力计算型线绘制完成并光顺后，将各站型值量出，填好静水力性能计算要素表。通过静水计算程序stab计算得出静水力计算结果。静水力计算结果如表4.4所示。计算结果误差如表4.5所示，均在0.5%以内，结果满足要求。（静水力计算输入数据表详见附录2.1，输出结果见附录2.2）表4.4静水力计算结果表TVDZBXBSXFZMZML0.498.25298.8420.2111.654278.1371.11112.701332.7270.8216.226217.5240.4251.254300.6410.7376.807180.951.2340.098342.1390.6351.048317.0910.445.019130.8691.6475.033477.8830.8520.679360.216-1.7484.509134.942621.703625.4341.0760.127370.763-1.4694.009111.447TCBCWCMCPCHID/CMM/CMDZI/CM0.40.640.7240.9060.7060.8832.7986.847-0.0650.80.7040.7830.9560.7360.8993.0248.181-0.0461.20.7380.8260.9710.760.8943.199.283-0.0291.60.7730.9380.9780.7910.8243.62413.350.13220.810.9660.9820.8240.8383.7314.3810.114表4.5静水力结果误差计算表项目T(m)V(m3)D(t)ZB(m)XB(m)计算结果1.6474.285477.1300.8520.633设计值1.6472.73475.570-0.632误差（%）-0.330.32-0.158项目T(m)XF(m)CBCMCP计算结果1.6-1.7700.7720.9780.789设计值1.6-0.7690.9730.789误差（%）--0.390.510根据计算结果绘制静水力曲线图、邦荣曲线图和稳性横截曲线图（见附录图1.2、1.3、1.4）。