船舶与海洋工程毕业论文：片列四体船大倾角稳性计算【毕业论文】.doc

1、 本科毕业论文 （ 20 届） 片列四体船大倾角稳性计算 所在学院 专业班级 船舶与海洋工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 目录 摘 要 . 3 1 前言 . 5 1.1 立题背景 . 5 1.2 “薄船”概念 . 7 1.3 四体船 . 8 1.3.1 高速并列四体船 . 8 1.3.2 高速小水线面四体船 . 10 2 稳性 . 15 2.1 初稳性 . 17 2.2 大倾角稳性 . 20 3 初稳性计算以及大倾角稳性计算 . 22 3.1 初稳性计算原理 . 22 3.2 大倾角稳性计算原理 . 29 3.2.1 大倾角稳性计算原理 . 29 3.2.2 乞氏剖面图画

2、法 . 30 4 算例 . 32 结论与展望 . 44 致谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 45 外文翻译 . 错误 !未定义书签。 3 片列四体船大倾角稳性计算 摘 要 船舶在外力作用下偏离其平衡位置而倾斜，当外力消失后能自行回复到原来平衡位置的能力，称为船舶稳性。船舶在海上航行时，经常受到风浪等各种外力的干 扰，使其产生倾斜这样就破坏了原来正浮时的平衡状态。船舶在受到外力干扰产生倾斜后会不会翻掉，当外力消失后船舶会不会回复到原来的平衡位置，这就是船舶的稳性问题。 根据船在水中倾斜角度的不同，可以将船的稳性划分为两种：初稳性和大倾角稳性。本文研究的是大倾角稳性，即倾角大于 1015

3、或上甲板边缘开始入水后的稳性。 近年来，多体船引起了广泛关注， 多体船的稳性特点使得片体的设计非常灵活 , 这与传统的船舶设计方式有了很大的不同 .多体船的设计概念是通过采用大长宽比的主船体来有效减小兴波阻力 , 而由此带来的稳性损失由两侧 片体来弥补 . 采用静力学方法对多体船横倾状态下的受力情况进行分析 , 建立了多体船完整稳性的计算模型 . 以一四体船方案为例进行完整稳性计算 , 分析了片体跨距对静稳性臂的影响以及静稳性曲线的特征 ，计算表明随着四体船片体横向位置的增大，复原力臂 GZ 值迅速增大，但是 GZ 曲线的最大值点对应的横倾角 也明显减小。 关键词 多体船；并列四体船；大倾角稳

4、性；静力学 4 Abstract Ship under external force away from its equilibrium position and tilting the end of the implementation on their own when the external force disappears back to the original position of equilibrium capacity, known as the stability of the ship. Ships at sea, often by storms and other e

5、xternal interference, to produce a dump of the original boots are so damaged float balance. Generated by external interference ship will not be dropped my tilt, when the external force disappears, the ship will return to its original equilibrium position, which is the ships stability problems. Boat

6、in the water under the different angle, the ships stability can be divided into two types: steep initial stability and stability. In this paper, stability is steep, the a ngle is greater than 10 -15 or on the deck into the water after the beginning edge of stability. In recent years, multi-hull boat

7、s attracted widespread attention, multi-hull boats of the stability of the design features make the film a very flexible body, which is the traditional ship design methods have very different. Multi-hull boats of the design concept through the use of large aspect ratio of the main hull to effectivel

8、y reduce the wave resistance, and the resulting loss of stability on both sides of pieces by the body to compensate. using static methods of many-body state of the ship heeling force analysis of the situation, establishment of a multi-hull boats intact stability calculation model. to the program as

9、an example a four-hull boats for intact stability calculations, analysis of the film body arm span of influence of static stability and static stability characteristics of the curve, calculations show that with the quad-hull ship lateral position increases, the value of the righting lever GZ increas

10、es rapidly, but the maximum point of the curve GZ corresponding to the horizontal angle was significantly reduced. Key Words Multihulled ship; Described ship; Large angle stability; Statics 5 1 前言 船舶在外力作用下偏离其平衡位置而倾斜，当外力消失后能自行回复到原来平衡位置的能力，称为船舶稳性。船舶在海上航行时，经常受到风浪等各种外力的干扰，使其产生倾斜这样就破坏了原来正浮时的平衡状态。船舶在受到外力干

11、扰产生倾斜后会不会翻掉，当外力消失后船舶会不会回复到原来的平衡位置，这就是船舶的稳性问题。 1.1 立题背景 在很久以前，印度尼西亚人为了提高独木舟的稳性，曾在独木舟的两侧各安装一个小型的舷外浮体，这两个浮体通过两根横向布置的竹竿和中间的独木舟连在一起，这就是多体船的雏形。在小型风帆船中 ，多体船概念已应用多年。 由单体船发展，将船体改设计成两个关联的细长片体降低了兴波阻力 获得较高的航速，于是有了高速双体船的船型概念该型船较适用 ,于沿海高速客运不太适应内河航道，因其生 成的尾浪大需要的回旋半径大易掀翻其周围的小船。为提高船舶的耐波性能，为取得更高的航速，澳大利亚新南威尔士大学的学者于 20

12、世纪末开发了一种超细长双体船其两个片体各长35米，宽仅 1米（单体船船体的长宽比一般不超过 10），长度排水量系数约为 11.2（即整个船体的长度值除以排水体积的立方根值之数，该数显示船体的肥瘦程度）用 335千瓦 功率的柴油机 2台推动 61吨排水量的船，航速达到 23海里 /小时，快速性能极佳，开发成功后不久，有 6艘此型船下水。 1998年 8月，英国国防部 (MOD)与沃斯伯桑尼克罗夫 (Vosper Thornycroft)公司签订合同，设计和建造一艘长约 100米，宽 20米，排水量为 1000t1300t，主机功率 5MW，最大行组 22kn的三体船。该船 1999年开工， 20

13、00年 8月交船并命名为 “RV Triton”(研究船“海神”号 )，见图。建成后至 2002年 9月的两年时间里完成了实船的各种性能和船体结构强度方面的航行实验 ，以及海上补给与舰载直升机的起飞与着陆试验。现代高速三体船设计不仅是为了提高船舶的稳性，三体船还具有其他的许多优点，如：宽敞的露天甲板、能降低高速航行时的兴波阻力、耐波性能好等。 在改善船舶航行性能的同时，新的船型不断出现，如为了提高其他性能，在小水线面船的基础上派生了四体船；在三体船的基础上，又派生出五体船等。 Daniel Tollet最早提出了四体船设计概念，并于 1990在法国主持建造了第一艘四体船“Alexander”号

14、。它长 17.5m，重 13.5吨，由四个 300马力的发动机推进，航速达到了 60节。6 “Alexander”号在法国地中海沿岸航行了五年，运载了大量的旅客。 20世纪 90年代，人们进行了对各种尺寸四体船的设计。法国的大型钢铁企业 SOLLAC看到了高强度钢质大型四体船的市场，于是赞助 122175m长的四体货船的设计工作。 26m长的四体货船 “Roxelane”号在法国建成，并在加勒比海的马提尼克成功试航。它的设计航速只有 30节。美国的营造商在诺福克的 Moon Engineering公司订购了另外一艘 26m长时速高达 50节的铝质四体渡船。 7 1.2 “ 薄船”概念 高性能船

15、，是当前世界造船业的热门课题。这些船舶无论在军用上，还是在民用交通运输都占有相当重要的地位。世界各国十分重视对各种形式高性能船开发与研制。高速“薄船”就是属于高性能船型之一。 瘦长船舶亦称其为“薄船”。“薄船”或瘦长船舶是指船体长度 L 与船体宽度 B 的比值很大的船舶。一般高速排水型船舶，不论单体船还是多体船的每个浮体，都属于瘦长体（因此又称为片体）。由于瘦长船首、尾两端的船体曲率变化较大，因此兴波最为严重。船舶具有不同的片体数目及其布局形式，决定了高速排水型船体不同的构型和不同的水动力性能， 其相应的兴波阻力表达式也不同。 8 1.3 四体船 1.3.1 高速并列四体船 并列四体船的设计该

16、概念最早由 Daniel Tollet 提出，并于 1990 年在法国主持建造了世界第一艘四体船 “Alexander”号。该船具有 4个相同的片体并采用平行并列的布局，船总长 17.5m，排水量 13.5t。由 4 台 300hp（ 221kw）的柴油机推进，航速达到了 60kn。 “Alexander”号在法国地中海沿岸航行了 5 年，运载了大量的旅客，如图 1.1 所示 9 图 1.1 世界第一艘四体 船 “Alexander”号 20 世纪 90 年代，人们开始设计较大尺度的四体船，但多仍然采用相同的片体布局。如法国的大型钢铁企业 SOLLAC 看好高强度钢在大型四体船的市场，于是赞助

17、开发了122m175m 的四体货船。之后法国又建成长 26m 的四体货船 “Roxelane”号，并在加勒比海的马提尼克成功试航。但它的设计航速只有 30kn。后来美国也在诺福克的 Moon Engineering 公司订购建造了一艘长 26m，航速高达 50kn 的铝制四体渡船。 图 1.2 四体船“ Alexander”号片体并列布置 “Alexander”号四体船设计概念是在常规双体船的基础上，进一步提高船舶的快速性，扩10 大甲板面积和增大船舶的吨位，使之向大尺度船舶发展。由于片体形状为瘦长的窄楔型，并采用相互平行的并列布置形式（见图 1.2），使四体船不仅在高速时具有较低的兴波阻力，

18、同时具有更好的横稳性。在相同的排水量的情况下，它的吃水可以做到比单、双体船都要浅，适合于浅水道航行；同时尾流很小。此外，与双体船相比，四体船的抗沉性与破舱稳性都能得到进一步的提高。在推进方面，对于平行孤立的 4 个片体，螺旋桨能够获得均匀的水流，提高了螺旋桨的工作效率。这种形式 的四体船，不适合在较低速度航行，因为低速时兴波阻力占总阻力的比重不大，主要为摩擦阻力。显而易见，四体船的湿面积较大，而且四个片体彼此排列较紧密，会阻碍水流和气流畅通，而且无论对于粘性阻力还是对于性波阻力都必然存在强烈的不利干扰，从而增加阻力。 在布置方面，由于片体内的空间狭小，很难布置足够功率的主机，因此限制了四体船航速的提高与优势的发挥。向大型化发展的并列四体船将是必然的趋势。 1.3.2 高速小水线面四体船 1998 年，美国海军开发建造了一艘用于海上巡逻的新型小水线面高速四体船，命名为“海飞削”号（ SEA SLICE）。在纵、横两个方向上，它的片体采用错位布局并通过四个支柱支撑上平台，构成小水线面四体多功能公务艇（见图 1.3）。 图 1.3 小水线面四体船“海飞削”