1、 本科 毕业论文 (设计 ) 题 目： 拖网渔船稳性校核 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： 东海科学技术学院本科毕业论文 目录 目录 摘 要 .III Abstract .II 1 绪论 .1 1.1 选题的目的和意义 .1 1.2 国内外拖网渔船稳性的研究状况 .1 1.3 本设计的主要内容 .5 2. 设计船主尺度及排水量的确定 .6 2.1 分析任务书与母型船资料 .6 2.2 确定设计船主尺度及排水量 .7 2.3 设计船重量估算 .7 2.3.1 空船重量估算 .7 2.3.2 载重量估算 .8 3 设计船型线设计 .9 4 设计船
2、总布置设计 .12 4.1 设计船重量重心计算 .13 5 设计船初稳性校核 .19 5.1 设计船静水力计算 .20 5.2 绘制设计船静水力曲线 .35 5.3 设计船初稳性和浮态 计算 .36 6 总结部分 .38 致谢 .39 参考文献 .40 附录 ：附图 .41 东海科学技术学院本科毕业论文 摘要 拖网渔船稳性校核 摘 要 稳性是指船舶在受外力作用发生倾斜而不致倾覆，当外力作用消失后，船舶仍能回复到原来平衡位置的能力。 本次设计为 7.0m 拖网渔船稳性校核。整个设计过程中首先分析母船资料，然后确定设计船的主尺度，进行设计船总布置设计和重量重心计算，最后进行 设计船的初稳性计算和稳
3、性校核。 绘图包括 通过仿氏变换绘制设计船型线图、设计船总布置图和静水力曲线图。 关键字 ：拖网渔船 稳性校核 型线图 总布置图 静水力曲线图 东海科学技术学院本科毕业论文 摘要 东海科学技术学院本科毕业论文 Abstract The stability check f 7.0m dory trawler Abstract Stability is that a ship was skewed by external force without overturning, when the external force disappears, the ship is able to return
4、 to the original position of equilibrium.This design is the stability check of 7.0 m fishing ship. The whole design process is required to analysis the mother-ship data,to determine the main dimension of the design ship ,to design the general arrangement and estimate the ships weight and the centre
5、of weight, at last do the calculation of stability and stability check. The drawings include molded lines based on the mother-ship, the general layout of the design ship and the Hydrostatic curves. Keyword： dory trawler stability check molded lines general layout Hydrostatic curves. 东海科学技术学院本科毕业论文 正
6、文 1 绪论 1.1 选题的目的和意义 拖网渔船是用拖网捕鱼法来捕捞鱼类的船舶。拖网渔船上的拖网，是利用甲板上的绞车来收网的。拖网渔船捕捞到的鱼，储藏在船上的冷库中。拖网捕鱼是捕鱼效果好、适用范围广的一种捕鱼方法。所以，拖网渔船是渔船中数量最多的一种。拖网渔船作业时，渔具阻力对拖网渔船的稳性、横倾角和吃水都有一定的影响。 稳性是船舶的基本性能之一。相对于其他类型船舶而言，渔船尺度小，所遇到的气象、海况条件恶劣，在海上装载情况多变，风向、浪向等都不确定，因此保证渔船自身的稳性尤其重 要。渔船稳性包括初稳性和大倾角稳性两个方面。 据调察，我国渔船事故中，稳性出事故者约占 10%左右，比例虽然不高，
7、但是渔船一旦稳性出事故，往往导致生命和财产的重大损失。本次设计任务是整个拖网渔船的稳性校核。在充分分析母型船的基础上设计新船型，该船继承了母型船的优点，整个设计过程中要求对该船舶的主要要素作出确定。该设计阶段涉及全船的主要技术形态的建立和各项性能指标的确立。由于无论从船舶稳定性，耐波性上考虑，渔船等小型船舶都不如一般的大型船舶来得好。因此渔船的倾覆事故发生多次。如果能够研究出稳性好，造价低 ，经济性好的船型，将对渔民的人生安全提供更好的保障，能够提高我国整个渔业的经济效益。 本次课题将尝试在母型船的基础上，设计出符合规范要求的拖网渔船，同时也是对原有母型船的部分改造，力求新船的各项性能在原有母
8、型船的基础上，能够更上一个台阶。 改进船型，改善船舶稳性，使之更有效地适应海洋捕捞作业的需要，这是减少新造的拖网渔船发生倾覆事故的根本。如果能够设计出好的船型，将对渔民的人生安全提供更好的保障，也能够提高经济效益。 1.2 国内外拖网渔船稳性的研究状况 船舶的稳性十分重要的，国内外许多学者都花了大量的 时间来研究船舶的稳性，已经有几百年的历史了。船舶稳性研究又是相当复杂的，由于实际船舶航行于两种流体之间的界面上，并且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它性能的恶化，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
9、素、环境条件和倾覆机理等因素的稳性衡准。 最早的稳性理论研究工作主要是由 Buouger， Awotdo 和 Moselye 等开创的。他们的研究属于最古老的稳性概念。这一概念认为船舶稳陛可以由船舶的几何形状和重量分布决定 ，即 :船舶的稳性取决于船舶在静水中的复原力臂曲线的形状。这一概念是建立在若干失事和非失事船舶的统计数据基础上而严格假定的。这些假定是 :浮力保持不变 ;任何形式的能量增加或损失可以忽略 ;所有形式的扰动均是有势的、定常的 ;祸合力和其它流体动力可以忽略。 18 世纪是造船发展史上具有重要意义的时期，法国人 Buouger 首次提出了稳心的概念，并定义了稳心半径和初稳性高的
10、概念。稳心半径 r 定义为 : /TIr (1-2) 东海科学技术学院本科毕业论文 正文 式中 TI 、 e 分别为横向惯性矩和排水体积，初稳性高 GM 定义为 : GB ZrZGZ (1-3) 式中 BZ ， GZ 。分别为浮心和重心的垂向坐标， Bouger 的研究确立了船舶稳性中初稳性的研究。Awtood 用出水和入水楔形体积构成的容积转移力矩来更加精确地计算船舶的复原力臂。 他提出的复原力臂的公式为 : s in)(/21 BG ZZggvGZ (1-4) 式中， v 为入水或出水楔形的容积， 21gg 为容积转移力臂。之后， ReveerndMoselye 提出了“动稳性”的概念，这
11、一概念考虑的是倾覆力矩所作的功与船舶复原力矩所作的功相平衡，它是我国、前苏联和日本等国使用的稳性规范的基础。 由于船舶稳性研究的实用意义在于制定稳性衡准，在早期，稳性衡准主要应用初稳性高作为船舶稳性的量度，根据船舶大小，认为初稳性高在 0.20.6m 之间稳性就足够了，这是一种纯粹凭经验的方法。 1887 年， Denny 第一次提出了一条标准的稳性力臂曲线，以此作为稳性的衡准。后来，Benjamin 通过对大量安全航行的船舶进行比较后提出了用动稳性力臂曲线作为稳性衡准。 1939 年Ralloal 根据大量失事船舶资料的统计结果提出了基于船舶静水中的实际复原力臂曲线下面积的稳性估计及稳性界限
12、，他第一次比较全面地、科学地将实船经验统计方法应用于船舶稳性的研究之中，他的成果对后来国际海事组织 (IMO)讨争性规范的制 定具有重要作用。 1.2.1 波浪中船舶稳性国外研究现状 Wendel指出了当船舶遭受一个波长和速度与其一样的随浪作用时波峰在船肿时船舶复原力矩损失相当大这一现象并给出了复原力矩损失量的计算方法。之后， Amdt和 Rodne 考虑了波浪中水质点轨圆运动影响的 Smhti 效应对 Wendel 的计算方法进行修正，从而使计算结果更加接近于试验结果。Pualiing 等人进一步发展了这种计算法，并推导了一组计算公式。 Kure 和 Bang 研究了斜浪中的稳性问题，他们把
13、斜浪影响分成两个分量 :一个分量按随浪来计算，另一分量则看成船舶 左右舷引起的压力差从而可以归结为一个波浪扰动力矩。 Martni 和 Kure。应用李雅普诺夫处理动力系统稳定性的方法提出了用直接法来处理横浪一横风中和随浪航行时船舶稳性的思想。 1952 年， Grim 研究了随浪航行船舶复原力矩随时间变化对横稳性的影响，解决了水线面周期变化引起的稳性高度周期变化而产生的参数共振问题，使参数共振成为船舶翻沉的物理模型之一。Puallig 等人通过在旧金山湾天然风浪中进行的大比尺船模试验，运用相应的时域模拟分析方法，发现尾随浪情况下的一些船舶的倾覆机理，也就是参数共振和纯稳性丧失原理。 Robe
14、rt 和 Naess 等人应用 Markov 过程推导了横摇振幅的概率密度分布，发现横摇运动振幅渐进分布属于指数型分布。chiuLee 在己知系统的吸引子的条件下，尝试采用胞映射 法求解升沉一横摇藕合系统的吸引域 ;Mukl 和 Falano 使用路径跟踪技术，得到了非线性横摇运动的分岔集，求出了系统多种形式的振动解以及由周期不断倍化而产生的混沌吸引子。近年来，随着神经网络技术的兴起，己经有人开始东海科学技术学院本科毕业论文 正文 尝试利用神经模糊网络技术，对船舶在波浪中的稳性变化进行动态仿真模拟。 Masmai和 Abudle提出了在尾斜浪中导致船舶倾覆的一种数学模型，是基于剥离法 (srt
15、ipmhetdo)发展而来的，模型中考虑了在波浪中初稳性高度变化的影响，这种变化通过在一定的倾斜角度下的复原力矩平衡条件得到，同时对初稳性高 度分别为 0.3m， 0.6m， 0.9m 的 15000 吨集装箱船进行了研究。研究表明，将初稳性高度变化考虑进去的剥离法，可以对参数共振进行预测 ;航速和波速接近时，初稳性高度为 0.9m 和 0.6m 在遭遇角为 45 度时，是危险的，容易引起船舶倾覆 ;初稳性高度 0.3m在遭遇角为 60 度时，是危险的，这是因为 ForudeNumber 变得很大，满足了参数共振条件。 S.Surendran 由即和 J.VeknataReddy 用非线性逼近
16、来预测船舶摇摆响应，他们在研究了船舶主要的阻尼和复原周期，并研究了波浪主要参数对船舶摇摆的影响， 参数包括波幅，波频和波高等。求解方法用四阶 RungeKuatt 法求解，结果表明此近似方法与己知的结果吻合得很好。 由于海洋环境条件，特别是波浪，其最显著的特点就是随机性，在自然界里波浪的出现是无法准确预测的。因此，它是典型的随机事件，应用研究随机现象的方法，即概率论的方法对其进行研究，当然这方面研究也是结合船舶横摇运动进行的。 1953 年 Denis和 Pierosn 开创了船舶随机稳性方面的研究。他们把不规则的波浪看作一个随机过程。利用响应函数来表示船舶在海浪上的运动，从而把概率统计方法引
17、进了船舶运动的研究。Haseslmna 和 vasslipuolos 介绍了随机扰动力矩下如何处理非线性系统的问题。 Kasoter 应用了Haseslmna 和 Vassilpuolos 提供的方法，研究了横摇运动相位平面的轨迹。 De.Jong 试图利用 FPK方程解诀这一问题，并且用超越频率来确定稳性。 Dorin 等人提出了各种造成船舶倾覆的因素如何依一定的概率组合在一起，造成可能的倾覆事故，从而确定船舶可能出现的危险的概率。 Kasnter提出了用假设检验的方法来确定船舶是否会倾覆，并且指出了长期和短期衡准的区别。 Vossers，Kovrni，越 智和夫等人应用线性理论对随机波浪中
18、的船舶稳性进行研究。随着非线性动力学的发展，许多学者应用非线性理论进行这方面的研究。英国的 Robesrt 利用 Markov 过程和随机平均法研究了不规则波浪中船舶非线性横摇的随机理论，他还研究了确定船舶稳性的横摇运动概率模型。加拿大的 Hdadar 应用功率谱研究非线性横摇运动。 Nekrasov 研究了船舶非线性横摇运动的稳定性，讨论了随机风浪激励下的船舶倾覆的基本机理。 Y.I.Nechave 基于统计试验 (Monte 一 Carlo)方法、Fokker-plank-mogorov 方程和力 矩法等方法考虑了船舶在极端海况下的稳性的概率分析问题。 1.2.2 波浪中船舶稳性国内研究现
19、状 1 波浪中稳性理论研究 董艳秋，纪凯，黄衍顺采用瞬时湿表面的时域分析法，研究波浪中的船舶横摇稳性。船舶瞬时湿表面，也就是船舶某一时刻浸入水中的表面积。当船舶在波浪中航行时，由于船舶与波浪的相互作用，船舶的姿态及吃水是随时间变化的。船舶的位置、姿态及吃水，直接影响船舶的排水体积，从而影响船舶的恢复力矩及稳性。在研究波浪与船舶的稳性时暂不考虑航速的影响，并假定，船舶的重心在横摇过程中位置不变，船宽远远小于船长，船波横 向相交视为直线。计算船舶的瞬时湿表面。由于横摇运动是非对称运动，船舶的左右舷吃水并不相同，所以不能再以简单的吃水来衡量，在此，引入一个新的概念一浸深，即为左舷和右舷的吃水。通过实
20、例计算和分析，可以发现，由于波浪的存在，不同横摇角对应的恢复力矩与静水中的恢复力矩相比较存在很大的差异，尤其是随浪东海科学技术学院本科毕业论文 正文 时船中位于波峰时的差异更大。这说明波浪中稳性的研究是很重要的 ;采用瞬时湿表面变化的时域分析法，可得出复杂情况下船舶在波浪中的复原力矩，在大角度横摇情况下，它具有明显的非线性特性 ;稳性曲线受波浪因素影响较大，在稳性衡准过程 中，应注意波浪参数及船波相对位置等动态因素的影响，选择合理的衡准标准。 林焰，邢殿录，纪卓尚，杨植利用 LiPaunov 理论，研究了船舶在规则波浪中运动的稳性 ;利用摄动理论，求解出船舶运动响应 ;并讨论了船舶横摇与垂荡运
21、动频率、最大横摇角和波浪要素对稳性曲线 GZ 的影响，以及流体动压力对稳性曲线的修正，从而给计算船舶在随浪中的稳性提供了一种方法。并以 38000t 成品油船为例进行了计算，并编制了船舶随浪稳性仿真软件，具有对波浪和船舶运动的实时仿真功能，即在连续的时间历程中，通过屏幕连续显示波浪和船舶的三维运动，并能 计算出完整船舶或破损船舶在某个时间历程点的浮态和稳性。应用数字仿真技术进行船舶随浪稳性研究，为船舶随浪稳性的研究提供了一个 CAD 手段 ;通过对实船的仿真计算，证明仿真软件是有效的、实用的 ;船舶随浪 (中拱 )稳性曲线 GZ 与静水稳性曲线有不同程度的损失，这在船舶设计阶段要给子充分的考虑
22、 ;船舶随浪稳性的研究为今后继续探讨船舶的斜浪稳胜和破损船的波浪稳险提供了基础。 孔祥金，曹振海应用摄动法提出了一种尾斜浪中复原力计算的方法，对四艘处于各种船一波相对位置的船舶进行了大量的计算，其中包括波高，波长对复原力的影响，计算表明 :当波高或波高与波长之比不变时，波长在 O.SL 倒 1.2L 之间变化对稳性影响不大，但当波长或波长与波高之比不变时，波高同等量级的变化对稳性影响要比前者大得多。最后，用一艘船模作了尾斜浪中半约束船模的稳性试验，验证了理论计算的正确性。作者编制了尾斜浪中稳性计算程序，包括静水和随浪的情况 ;在计算实例中发现，船肿位于上下坡段时，航向角在大于 45“情况下稳性
23、陡然下降，稳性甚至比纯随浪中船月中位于波峰时还要小。 当船舶在随浪和尾斜浪中航行时，容易发生倾覆。倾覆的主要原因是，在某些波浪和航速条件下，船舶会发生横甩，此时船 舶失去控制，突然发生横转，同时产生大角度横倾，继而发生倾覆。因此，研究船舶在随浪中的横甩现象是分析船舶倾覆的基础，具有重要意义。随浪中的横甩和倾覆运动幅度很大，是一种非线性、不定常的问题，用数学方程描述和模型试验模拟非常困难。 1999 年，Minecif 利用 Z 形试验结果预报船舶在波浪中发生横甩的可能性。 Z 形操纵运动同时反映了舵的控制能力和船的响应性能，只要制定相应的判断标准，就可以用来判断横甩的发生。这种方法与常规的操纵
24、性研究方法类似，比较容易实现。范佘明在水平的随船坐标系下，建立了船舶在波浪中的六自由度操纵 运动方程。进行船舶在波浪中的回转运动和 Z 形操纵运动模型试验，验证数学模型的正确性。通过不同波浪和航速条件下船舶 Z 形操纵运动的模拟计算，预报船舶在随浪中的横甩，预报结果与试验结果比较一致。 2 风浪中船舶稳胜衡准研究 船舶在航行作业中，或因配载，或因自由液面影响，或因重物移动，或因甲板上浪、流水不畅，或因风浪等外力影响所造成的翻沉事故，都是由于船舶的稳性不足而发生的。困此寻找稳性的衡准方法和相应的合理性标准，直接与船舶航行安全性和船舶使用的经济性及其它性能相关，也是船舶设计，航运部门关心的问题。国
25、际上一些国家 依据海损事故统计分析，结合半经验半理论公式，提出了不少稳性衡准标准，这些标准的实施为避免船舶因稳性不足而发生翻沉的事故起到了一定的作用。但这些衡准方法不能真实的反应船型、装载状态与周围环境条件间的相互关系。由于船舶在海东海科学技术学院本科毕业论文 正文 上航行时，所受的环境条件是随时间而变化的，在环境条件及载荷的扰动下，船舶将作大幅值的横摇运动，而且这种运动是一个持续扰动作用下的非线性，非自治非定常系统的运动。刘家新，蔡岭梅应用“实用稳定性”理论和李雅普诺夫函数讨论船舶非线性横摇运动的大倾角稳性问题。提出了稳性衡准指标，并验证了计算衡准方法的 可靠性和实用性。 3 船舶在波浪中的
26、运动 船舶在海上航行时由于风浪等各种扰动而产生的摇摆运动中，对船舶的适用和安全影响最显著的是横摇、纵摇和垂荡三种形式。尤其通过对于横摇运动的研究，可以确定船舶倾覆的条件。 长期以来，船舶在波浪中的摇摆问题一直用线性动力学的方法进行研究，并己取得丰硕的研究成果。然而船舶在波浪中摇摆，尤其在恶劣的海况下，实际存在着各种非线性影响因素，如非线性复原力矩，非线性阻尼力矩等，这是线性动力学无法描述的，且船舶不同运动形式之间存在的祸合也无法用线性动力学进行准确的描述。早在 1863 年， Froude 就观察到当纵摇方向的小的自由振荡频率为横摇方向小的振荡频率的二倍时，船舶出现无法解释的横摇特性，即现代非
27、线性动力学中的“参数共振”现象。由于非线性振动，尤其是混沌振动数学理论方面的困难，使得对于船舶非线性摇摆的研究发展缓慢。然而随着关于分岔和混沌理论的发展，给船舶摇摆研究也带未了活力。尤其是非线性横摇运动，因其对船舶和海洋结构动力学稳定性和安全性所产生的影响，受到工程力学界和船舶工程界的关注。 船舶非线性动力学的研究中还有几个重要问题巫待深入研究 :其一是非线性复原力矩和阻尼以及不同运动之间的非线 性祸合共同作用下的船舶非线性复杂动力学响应问题，尤其是非线性祸合情况下的理论分析研究。在船舶非线性动力学的研究中，这是极为重要的对船舶动力响应影响最大的非线性因素，深入开展此方面的研究可以充分了解船舶
28、在波浪中摇摆的非线性动力响应问题，探明其分岔、混沌及导致船舶奇异倾覆的机理 ;其二是船舶在随机波浪作用下的复杂非线性动力响应，分岔和混沌及其导致船舶倾覆的概率问题尚需进一步深入研究。只有开展在随机波浪中船舶的非线性动力学研究，研究随机波浪中各种非线性因素的祸合效应，才可能搞清实际海况中航行的船舶非线性动力学特性， 为将所研究的理论真正应用到航行于实际海况的实船中进行理论准备 ;其三是上述船舶非线性运动响应和船舶参数之间的关系和相互作用尚无具体分析研究。船舶参数与非线性动力响应之间内在联系的研究也是十分必要的，可以对船舶的使用和安全设计提供理论指导依据。 1.3 本设计的主要内容 本文重点研究了拖网渔船的稳性校核过程 ,包括设计船的主尺度确定 ,型线图、总布置图的绘制以及静水力曲线的绘制 ,针对各种工况对设计船进行初稳性计算和稳性校核 ,并对存在的问题进行总结分析。
