船舶与海洋工程毕业设计：片列四体船初稳性计算.doc

1、本科毕业论文（20 届）片列四体船初稳性计算所在学院 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 本科毕业论文 目 录摘要 .31 前言 .51.1 立题背景及研究意义 .62 四体船初稳性公式推导 .82.1 片列四体船船体分布图及型线图 .82.2 外侧两片体的惯性矩推导 .102.3 内侧两片体的惯性矩推导 .102.4 横稳心半径推导 .102.5 纵稳心半径推导 .112.6 浮心高计算公式 .112.7 初稳性公式 .113 四体船初稳性计算 .123.1 船型，主尺度及船体型线值 .123.2 ， ， ， ， 计算表 .15wAFxTILwpC3.

2、3 ， ， ，TPC 计算表 .33B3.4 计算表 .34B3.5 KB 计算表 .353.6 计算表 .36,(),()LMLKzz3.7 MTC 计算表 .373.8 计算表 .38,MPC4 四体船静水力曲线绘制 .394.1 四体船静水力曲线所需数据 .394.2 绘制静水力曲线图 .415 结论和展望 .455.1 结论 .455.2 展望 .456 致谢 .46参考文献 .47附录一：外文翻译.本科毕业论文 目录3.47本科毕业论文 摘要3摘要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个或更多的侧片体来弥补。本文在单体船初稳性计算的基础

3、下，进行对多体船初稳性研究，分析了侧体跨距、排水量等参数对于初稳性的影响。本文根据单体船的初稳性计算，推导四体船横向惯性矩和纵向惯性矩，以及根据船模而获得的大量型线值，再利用船舶在静止正浮状态下浮性和初稳性的基本原理及其计算，从而绘制静水力曲线图。船 舶 稳 性 研 究 是 船 舶 行 业 中 一 个 非 常 重 要 、 非 常 复 杂 的 课 题 。 近 年 来 ,多 体船 引 起 广 泛 关 注 ， 满 足 稳 性 要 求 是 多 体 船 型 设 计 开 发 的 基 本 前 提 。 期望能对今后的四体船稳性研究有所帮助。关键词 四体船；初稳性；静水力曲线图；惯性矩本科毕业论文 摘要4Cal

4、culation of initial stability of Four-body shipAbstract The design concept of multi-hull boats use a large aspect ratio of the main hull to reduce the wave resistance effectively.Then the resulting loss of stability makes up by two or more pieces body.In the basis of the initial stability calculatio

5、n of single ship,well reseach the initial stability of the multi-hull boat,analyze the impact of initial stability from side of the body span,displacement and other parameters .According to the initial stability calculation of the single ship,we can derive horizontal moment of inertia and vertical m

6、oment of inertia of four-body ship.Then according to ship model we get a large number of profile values,use ship in the stationary state and the basic principles and calculation of initial stability to draw the curves of hydrostatic.Stability of the ship in the shipbuilding industry is a very import

7、ant and complex issue.In recent years,multi-hull boats caused widespread concern.Meet the stability requirements are the basic of multi-body ships design and development.Looking forward to help the study of four-body ship in the future.Key Words Four-body ship;metacentric;hydrostatic curves;monent o

8、f inertia本科毕业论文 正文51 前言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。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。“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

9、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。 14四体船是指采用四支柱、四下体式的小水线面船型，下体都采用球鼻艏和尖锥艉型；前双下体问距小于后双下体间距，这有利于高速航行和保持高耐波性；前后四下体的线型和重量分配均采用优化设计，以减少阻力、提高推进效率和航速、改善运动姿态。四体船与三体和五体船有着极大的不同。它设计独特，是一种高速、浅吃水、航行平稳、尾流很小的高性能船舶。四体船的四个窄楔形船体，可以产生水动升力，并且在船体间的窄带空间里还可以由空气动力产生附加的升力，因此推进器的需求功率可以比普通

10、船舶小得多。另外伴随着气动升力，气体在船底可以产生气垫来减小阻力。四体船的四个船体并排展开，这样它就有更好的可靠性和幸存机会，因为一个船体出了问题并不会很容易的传到其它的船体。船舶稳性研究是船舶行业中一个非常重要、非常复杂的课题。由于船舶稳性涉及环境条件、船舶技术条件和操作要素等许多因素，故而稳性的改善可能又会导致船舶其他性能的恶化。因此这一方面研究虽有几百年的历史，至今还没有形成一个理论上成熟的综合考虑船型要素、环境条件和倾覆机理等因素的稳性衡准。 9船舶稳性就是船舶在外力作用下，船舶发生倾斜而不致颠覆，当外力的作用消失后，仍能回复到原来位子的能力。判断船舶是否具有足够的稳性，有其一定的衡量

11、指标。这些指标与船舶的主尺度、形状以及装载情况等有密切关系。船舶的稳性问题分为两部分进行研究，此文研究的是船舶的初稳性（或称小倾角稳性）一般指倾斜角度小于 1015或上甲板边缘开始入水前的稳性。在稳性研究中发现，船舶在一定排水量下产生微小横倾时，横稳性高， 越大，GM复原力矩也越大，也就是抗倾斜力矩的能力越强。而初稳性 是衡量船舶初稳性的重要指标，可写成： GMKBG概括说来，其中最重要的问题是，弄清浮心 B、重心 G 和稳心 M 的位置以及三者之间的本科毕业论文 正文6关系。船舶在外力作用下导致船舶的倾斜，造成浮心的移动，从而横稳心半径即： TIBM纵稳心半径即： TLI而对于四体船的稳性研

12、究，超细长多体船的设计概念就是通过采用大长宽比的片列来有效减少兴波阻力，而由此带来的稳性损失由片体来弥补。增加片体从而使横向惯性矩增大，增加横稳心半径。本文将利用静水力学方法计算片列四体船的初稳性以及绘制静水力曲线。1.1 立题背景及研究意义在美国，人们对小水线面船了解最多的可能是在夏威夷，那里是小水线面船开发、设计、建造、试验、营运的一个中心。进入 90 年代，许多人曾在夏威夷有风浪时乘坐小水线面旅游观光船到海上去观浪景别有情趣。 更令人瞩目的是洛克希德马丁集团在“海影“号隐身试验船基础上研制的“司莱斯“号多功能公务船，它是一型小水线面四体船。“司莱斯“号排水量约 177 吨，总长约 31.

13、7 米，前后下体垂线间长约 24.9米，最大宽约 16.8 米，上层建筑宽约 12.5 米，上层建筑底距水面约 2.14 米，下体最大处直径约为 3.04 米，干舷约 3.36 米，吃水约 4.27 米；在船中后部的有效负载模块重约 50 吨，长约 17.4 米，宽约 13.1 米。“司莱斯“号采用四短斜支柱、四下体式小水线面船型，各下体都采用球鼻首和尖锥尾型，下体长相对较短，前双下体间距小于后双下体，中心线错位能降低凯尔文尾流，不仅利于高速航行，而且在港湾内航行时也对岸壁及其它船只无影响，特别有利于保持高耐波性；前后四下体线型、流体布局、重量分配经优化设计，达到减少阻力、提高推进效率与航速、

14、改善运动姿态的目的。美国海军试用该船作为监测雷达的海上平台，执行跟踪火箭飞行试验任务；美国海军陆战队试用模拟无人驾驶飞机进行广泛地区无人响应海上补给作业的海上平台，都取得圆满成功。这证明该船适航性、快速性、操纵性都很优越。在试航期间，该船只配2 名船员和 4 名组织试验的军官，在海上都在驾驶室里。美国海军还邀 31 个国家的海军武官来夏威夷参观“司莱斯“号在风浪中航行的演示，声称是为 21 世纪军民船舶市场开发出的新一代革命性高技术船，确实给各国海军代表留下一个小型、高速、平稳、实用、经济的多功能船的深刻印象。 12纵观国际高速船的技术开发与市场发育情况，不难发现 80 年代中期以来，各类高速

15、船已完全进入实用化、商业化阶段，船型已基本形成系列。高速多体船与其他性能本科毕业论文 正文7船相比，除了甲板面积宽敞、稳性好及吃水较小外，尚具有技术要求不太复杂、成本较低、易于发展；没有易损坏的或复杂的部件、使用可靠、维修保养方便等优点。超细长的船体使其剩余阻力大幅度降低，船长的增加对改善耐波性有利，甲板面积小和稳性不足的问题则通过采用多体结构来解决。而近年来，双体船、三体船以及五体船不断的发展，四体船的有关研究相应不足，而对于多体船，它在外力的作用下产生倾斜以后，水下部分体积的形状发生了变化，体积行心（浮心）向倾斜的一侧移动，所以，船体的稳性研究是船舶制造的前提。四体船与三体和五体船有着极大

16、的不同。它设计独特，是一种高速、浅吃水、航行平稳、尾流很小的高性能船舶。四体船的四个窄楔形船体，可以产生水动升力，并且在船体间的窄带空间里还可以由空气动力产生附加的升力，因此推进器的需求功率可以比普通船舶小得多。另外伴随着气动升力，气体在船底可以产生气垫来减小阻力。四体船的四个船体并排展开，这样它就有更好的可靠性和幸存机会，因为一个船体出了问题并不会很容易的传到其它的船体。在推进方面，四体船在四个船体上布置 2 个螺旋桨，因此比同排水量的单体船和双体船需要的推进功率较小。但对较小的四体船来说，较低的船体太狭窄，所以很难在两个船体上布置足够的功率，不过对于大型的四体船则不存在这个问题，因为功率密

17、度随着功率的增加而迅速增大。对于小型四体船可以采用舷外侧发动机，这样就避免了在狭窄船体上布置动力的难题。在阻力方面，一般认为：四体船的湿面积较大，必然会产生很大的摩擦阻力；四个船体彼此排列较紧密必然会产生强烈的相互影响力和多余的阻力；另外船体间距较小，也会阻碍水流和气流从而增加阻力。其实不然，四体船的四个及其狭长的船体有着尖角而且没有侧翼，这样就会受到非常小的兴波阻力。水动和气动升力也会减少浸没水中的船体表面积。船体间的气体压力也可以减少波浪的产生和波浪阻力。 14本科毕业论文 正文82 四体船初稳性公式推导假定四体船四个片体都为相同并列片体，船舶在等体积小角度倾斜过程中，浮心移动曲线是以稳心

18、 M 为圆心、 为半径的圆弧（B 为正浮时的浮心位置）,M 点位置保持不变，浮力作用线始终通过 M。根据假定，在外力作用下发生小角度 横倾时，四体船从 水线等体积倾斜到0WL水线 时，倾斜前后的排水体积大小保持不变，并且前后两水线面的交线 0-0 轴通WL过倾斜前的水线面 的漂心。将 和 看作是中间有一段被掏空的楔形00WO0L体。假定两片体之间的跨距为 b。 152.1 片列四体船船体分布图及型线图 片 列 四 体 船 侧 体 分 布 图(23)片列四体船侧体分布图本科毕业论文 正文99876543210101121314151617191820 9876543210101121314151

19、617191820CL1B234 CL1B234BL2T4681034.9 148.73601T2BL2T46810T2954.2 7.6 3.主 尺 度2.41B234BCL2B34 L2T68104T2BL2T68104T2 10123456789014567尾 封 板20189158. 1:5A设 绘标 记 数 量 修 改 单 号 签 字 日 期描 图描 校日 期标 验校 对审 核 图 样 标 记 质 量 Kg比 例第 页共 1页总 长 ： 72.41m船 宽 ： 639设 计 水 线 长 :8设 计 水 线 宽设 计 吃 水纵 剖 线 间 距 B=0水 线 间 距 T24m单片体型线图