1、浙江海洋学院船舶与海洋工程专业 毕业论文 1 本科 毕业论文 (设计 ) 题 目： 散货船型线设计及性能计算 学 院： 学生姓名： 专 业： 船舶与海洋工程 班 级： 指导教师： 起 止 日期： 浙江海洋学院船舶与海洋工程专业 毕业论文 2 散货船型线设计及性能计算 摘 要 散货船技术门槛不高，技术发展趋于成熟，是具有后发优势造船国家发展造船业非常适合的切入点，船企通过散货船制造，在不断积累和优化自身在设计、建造和管理等技术水平的同时，还可以提升船厂综合能力，拓展市场份额，为进一步进军高技术船舶领域积累经验、夯实基础。 本文主要参照 散货船的 母型 资 料 进行方案设计。内容主要包括 主尺度确
2、定，型线设计，总布置设计 ，重量重心计算和稳性计算 。 性能部分 主要参照船舶设计原理和船舶快速性，通过型线 设计和 静水力计算 ， 完成型线图 和 静水力曲线图的绘制 。 总布置设计主要是根据船舶设计原理相关内容，在以上性能计算、图谱绘制及结构部分计算的基础上，在满足营运要求和保证船的航行性能和安全型的前提下，对船舶的整体进行合理的布置，并最终完成总布置图的绘制。 通过本文的计算研究，初步确定了该 散货 船的型线图、 静水力曲线图 、总布置图等内容，最终完成该船型的方案设计。 关键词 散货船 ；总布置图； 型线 设计 ； 性能计算 浙江海洋学院船舶与海洋工程专业 毕业论文 3 Hull Li
3、nes Design and Performance Calculation on Bulk Carrier Abstract Bulk carrier is the suitable point to enter the ship-building industry for countries with the advantage of late development. Because its fairly low technical threshold and mature technology. The ship-building enterprises, while amassing
4、 and prioritizing the design, construction and management consistently, they can also enhance comprehensive capability, expand market share, accumulate the experience and solidify the foundation for marching into the area of hightech ships. In the paper, the author will conduct the type line of desi
5、gn and performance calculation on bulk carrier which is employed in river-sea shipping. This paper consists of decided to principal dimensions, type line design,general layout design,weight calculation and stability calculation. In the part of performance calculation, referring to the Principles of
6、Ship Designing and Ship Resistance and Performance, the author completes the design of molded lines and hydrostatic curves by means of type line design and hydraulic computation. On the basis of the above calculations and graph drawing as well as in light of the related parts in the Principles of Sh
7、ip Designing, meeting the operation requirements and guaranteeing the shipping performance and safety, the author makes logical settings on the general layout of the ship and finally accomplishes the general layout. In this paper, through the calculation study, the author makes a preliminary conclus
8、ion of the molded lines, hydrostatic curves and general layout, thus contributing to a complete project design on bulk carrier. Key Words bulk carrier; general layout; hull lines design; performance calculation 浙江海洋学院船舶与海洋工程专业 毕业论文 4 1. 前言 散货船自 20 世纪 50 年代中期出现以来，总体上 保持着强劲的增长势头 。 在国际航运业中，散货船运输占货物运输的
9、30%以上 。 由于货运量大，货源充足，航线固定，装卸效率高等因素，散货船运输能获得良好的经济效益，散货船已成为运输船舶的主力军 。 作为 当前世界三大主流船型之一，目前世界散货船船队总运力约 4.54 亿载重吨，占世界船队总运力的近 37%。由于技术相对成熟，散货船通常是一国造船业进入世界造船市场的首选船型之一。 而 我国发展散货船具有明显的综合优势：散货船技术门槛不高，技术发展趋于成熟，是具有后发优势造船国家发展造船业非常适合的切入点，船企通过散货船制造，在不断 积累和优化自身在设计、建造和管理等技术水平的同时，还可以提升船厂综合能力，拓展市场份额，为进一步进军高技术船舶领域积累经验、夯实
10、基础。 国际金融危机爆发后，散货船市场虽然遭到冲击，但是比集装箱船、油船及液化天然气船等其他船型市场所受到的影响要小，并成为支撑近期船市的主要力量。金融危机下的 2009 年，全球新船成交量的 66%是散货船，其市场之大由此可见一斑。 据航运经济与物流研究所统计，截至 2011 年 7月 1日，世界商船队保有量为47926 艘、 140787.2 万载重吨。以载重吨计，同比增长 8.9%，较 2010 年同 期增幅达 1.8%。各船型中，船队规模同比增幅最大的船型仍是散货船。 可见对散货船的设计改进是多么重要。 对于新船型设计的优劣，造船界一般采用以下技术和经济指标作为评判的标准： （ 1）航
11、速（ Vs）：航速的确定对年货运量、运输成本有很大影响。 （ 2）造价（ P）：如果投资受到一定限制，造价的高低直接影响优良船舶性能的实现，也是船主选择船型时需要考虑的主要指标之一，较低的造价具有更大的竞争能力。 （ 3）净现值（ NPV）：在使用期内，考虑到资金的时间价值后能获得利润 (还本付息后 ) 的总现值，因此， 该指标可作为一项指标 来评判船舶方案。 浙江海洋学院船舶与海洋工程专业 毕业论文 5 （ 4）必要运费率（ RFR）：由于实际营运过程经常受到各种不确定因素的影响，在模糊因素的影响下，必要运费率是相对比较稳定的，因此，该指标可以作为衡量船型方案优劣的一项经济指标。 （ 5）内
12、部收益率（ IRR）：该指标对衡量项目投资是否可进行具有重要意义，只有在 IRR 大于银行贷款利率或企业内部拟订的基准收益率方案才可行。 （ 6）投资回收期（ PBP）：该指标也是船东选择船型时需要考虑的指标之一。 未来，我国造船业要继续提升技术和管理水平，努力降低成本，提高生产效率，进一步巩固价格竞争力；要着力实施 品牌发展战略，争取在散货船市场创造出更多的品牌船型 。 浙江海洋学院船舶与海洋工程专业 毕业论文 6 2. 主尺度的确定 2.1 设计任务书 船名： 9000t 散货船 航区：无限航区 船型特征 ：钢质、单甲板、尾机型、单桨、单舵，由柴油机驱动的散货船。 船员定额： 20 人 载
13、重量： 9000t 船级： CCS 续航力 /自持力：满足船舶在满载状态，服务航速（ Vs=12 海里 /小时）时的续航力为 6000 海里以上。 60 天以上的自持能力。 服务航速： Vs=12kn 船体结构：本船为钢质全电焊船舶。船体结构采用混合结构形式。即货舱区域上甲板、顶边水舱、双层底为纵骨架式，机舱、货舱舷侧、首尾结构、上层建筑、甲板室为横骨架 式。 2.2 母型船资料 总 长 LOA 108.00 m 垂线 间长 Lpp 102.00 m 型 宽 B 17.20 m 型 深 D 9.30 m 设计 吃水 d 7.00 m 排 水 量 9651.60 t 船员 定额 20 人 2.3
14、 确定设计船主尺度 已知母型船的载重量和排水量： toDW 7000 ， to 60.9651 。设计船的载重量为tDW 9000 。 725.060.9 6 5 17 0 0 0 DWo oDWDW ， 可得到设计船排水量的初步估算 tDWDW 8.1 2 4 1 37 2 5.09 0 0 0 。 假设设计船和母型船的方形系数相同，确定设计船的主尺度： 因为新船和母型船的航速和排水量相近，已知母型船的 垂线间长 mPPL 00.102。由母型换算公式得： 浙江海洋学院船舶与海洋工程专业 毕业论文 7 mPPLPPL 87.1103/1)7 0 0 0/9 0 0 0(00.1023/1)/
15、( 同理得： mBB 70.183/1)7 0 0 0/9 0 0 0(20.173/1)/( mdd 60.73/1)7 0 0 0/9 0 0 0(00.73/1)/( 从干舷考虑 D 可用下式计算的： mddDD 00.1000.7 60.730.9 根据母型船的型值表及设计船的主尺度，横向按照 087.1oBB的比例放大，垂向按照0857.1odd 的比例放大，画出设计船型线图的横剖线图，并在图中测量出设计船的干舷值，为 mmF 2400 ， mmD 10000 ，并进行以下的校核。 根据船舶设计原理 2.2.3 节夏季最小干舷的计算： 计算中所涉及的尺寸，若设计船未知的，则由母型船相
16、关资料中得出。故计算船长为最小型深 85%处水线总长的 96%，或沿该水线从首柱前缘至舵杆中心线的长度，取其长者。由此测出 mL 864.110 。 （ 1）基本干舷 0f ：本船属 B 类船，查表 2.2.4 得 mmf 15.1 4 7 91 4 7 91 1 11 1 0 1 1 18 6 4.1 1 01 5 0 01 1 01 1 1 1 1 08 6 4.1 1 00 （ 2）因本船为 mL 100 的 B 类船，故 01f ； （ 3）方形系数对干舷的修正值 2f ： 7 6 8.06.77.1887.1 1 0 0 2 5.18.1 2 4 1 3 dBLCB mmBCfff
17、14.97136.1 68.07 6 8.026.1 5 0 1136.1 68.0102 ； （ 4） 型深对干舷的修正值 3f ： mmRLDf 227.62548.0864.11015864.11000.10153 ； （ 5）上层建筑和凸形甲板对干舷的修正值 4f ： mmf 93.1 0 0 51 0 7 0851 2 2 858 6 4.1 1 08 6 01 2 285 1 2 28 6 4.1 1 04 ， %100K ， mmKff 93.1 0 0 5%10093.1 0 0 544 ； （ 6）舷弧对干舷的修正值 5f ： 浙江海洋学院船舶与海洋工程专业 毕业论文 8 表
18、 2-1 舷弧计算 位置 实际舷弧高 （ 1） 标准舷弧高 （ 2） 差数（ 3） =（ 1）（ 2） 乘数（ 4） 乘积（ 5） =（ 3）（ 4） 尾垂线 443 1173.875 730.875 1 730.875 距尾垂线 L/6 135 521.2 386.2 3 1158.6 距尾垂线 L/3 0 131.474 131.474 3 394.422 船中 0 0 0 1 0 mmS A 4 8 7.2 8 585 船中 0 0 0 1 0 距首垂线 L/3 0 262.948 262.948 3 788.844 距首垂 线 L/6 146 1042.4 896.4 3 2689.2
19、 首垂线 666 2347.75 1681.75 1 1681.75 mmS F 9 7 4.6 4 485 上层建筑标准高度： mmmh 2 1 5 81 5 8.28.11 2 575 1 2 58 6 4.1 1 03.2751 2 5 758 6 4.1 1 0 ， mmy a 34221582500 ， mmy f 4 2 92 1 5 82 5 8 7 ， mLa 446.23 ， mLf 842.14 ， mmSSS fa 253.43864.1103 842.14429864.1103 446.23342 mmLlSSSf AF649.243864.1102288.3875.0
20、253.432487.285974.644275.025 mm ffffffF 2 3 5.1 4 5 7 6 4 9.2 4 393.1 0 0 52 2 7.6 2 514.97015.1 4 9 7543210m i n 由此可得， 因为 FFmin 所以 设计船的干舷值满足夏季最小干舷的要求， 因此 ，设计船的主尺度确定如下： 总 长 LOA 116.87 m 垂线 间长 Lpp 110.87 m 型 宽 B 18.7 m 型 深 D 10.00 m 设计 吃水 d 7.6 m 浙江海洋学院船舶与海洋工程专业 毕业论文 9 3. 型线设计 船体的型线关系到船的阻力性能，稳性以及总布置等
21、多个方面。设计出来的型线既要有良好的航海性能，又要保证总布置，船体结构的合理性和工艺性等方面的要求。在本次型线设计过程中，通过考虑和确定横剖面面积曲线，设计水线和甲板边线，横剖线形状以及侧面轮廓线来控制设计船型线的形状。 3.1 横剖面面积曲线 横剖面面积曲线是控制型线的重要要素，型线设计通常从确定横剖面面积曲线入手。横剖面面积曲线有棱形系数 CP ，浮心纵向位置 XB ，平行中体长 LP ，进流长度 LE ，去流长度LR ，最大横剖面位置以及曲线形状等特征数。 棱形系数 CP 表征了排水体积沿船长分布，在方形系数已确定的情况下有：MCBCPC 768.0BC ; 1 8 7.087.1 1
22、08.9125 1 4 4.0 gLvnF 根据文献 1图 6.2.3 给出的 CP ， CM与 CB的关系曲线得到： 767.0PC 979.0MC 。 进流长度 LE 的确定： mPPLPCnFEL 53.37)2)7.0(514.023.6( 去流长度 LR的确定： mBdMCRL 1.4808.4 横剖面面积曲线进流段的形状主要考虑处理好首端形状和平行中体前端是否出现硬肩，而去流段面积曲线的形状，以减少水流分离产生漩涡为主要考虑因素，也要兼顾尾端形状和后肩形状之间的关系。根据前面所得的 CP 和 Fn 值查文献 1表 6.2.1 得设计船的横剖面面积曲线的首端形状为微凹形，尾端形状为直
23、线形。 3.2 设计水线及横剖线形状特征 型线的几何形状特征对稳性，耐波性，布置和造型等有较大的影响。而设计水线以下的几何形状可以通过设计水线和横剖线的形状来控制。 设计水线的水线面系数 CW 的选取与航速，耐波性和稳性有关。设计水线的首段形状从阻力方面看，因为 Fn=0.187，其值在 0.16 至 0.19 之间，所以首段形状为由凸形到直线形。在一般情况下设计水线的尾段形状对总阻力的重要性次于首段形状，为减缓水流分离，设计船的尾段 形状为直线形。本设计船为单桨船，所以设计水线平行中段的长度为横剖面面积曲线平行中体长度的 2 倍。设计水线见图 3-1： 浙江海洋学院船舶与海洋工程专业 毕业论
24、文 10 图 3-1 设计水线图 设计船的横剖面形状取母型船的横剖面形状而不做修改，即横剖面首部形状采用 V 形，尾部形状采用 U 形并加球尾，中部不采用舭部升高，舭部形状采用圆弧。 3.3 侧面轮廓线和甲板边线 型线的侧面轮廓线是船体型线最基本的边界线，它包括首柱轮廓，尾端和尾框轮廓，龙骨线，甲板边线和甲板中心线。设计船采用球鼻首线型和球尾，龙骨线与基线一致，采用抛物线形状甲板边线。 参考母型船取首舷弧： mmSF 684 尾舷弧： mmSA 494 3.4 型线图的绘制 型线图的绘制方法有自行设绘法，母型改造法，系列船型方法和数学型线方法。其中母型改造方法生成的型线，可以保持优秀母型船的型
25、线特征，对新船的性能比较容易把握。本船采用母型改造并结合自行设计进行型线图的绘制。 主长度改造：长度： OO LLXX宽度： OO BBYY吃水： oO ddZZ横剖面面积曲线在前面已修改好，横剖线形状不做修改，利用插值的方法生成型线。在横剖面面积曲线图上，量出各站出新船与母型船横剖面面积百分数相同的距离 i ,然后在母型船的水线图上距对应站 i 处量取各水线半宽 ijy ，在乘上 B/BO，即可得到新船各站半宽型值。新船横剖面图的水线先按母型船的比例划分，将母型船上量得的 ijy 乘上型宽修改比例值后，点在各水线上，将各半宽点连成光顺曲线后即得新船的横剖线图。在横剖线图上按新船要求重新划分水线，然后绘出新的水线图和纵剖线图。绘制水 线图和纵剖线图以前，应按新船要求先绘制纵剖线图上的甲板边线和首尾轮廓线。首尾轮廓线由母型船的形状修改而得。设计水线以上的型线绘制时参考母型船改造所得的横剖线形状自由绘制，绘制时应满足总布置对甲板边线宽度的要求。 型值表 见 表 3-1，表 3-2,型线图见附录 zjou405-100-001 。
