25米港航艇总体方案及第一部分设计

25米港航艇总体方案及第一部分设计内容摘要：

船尽可能的美观。 本船在主尺度的选取主要考虑以下几点： 1) 主尺度的选择原则：安全、高效、节能、环保； 2) 设计船主尺度选取主要参照以往的设计船，对型船作相应的调研，以上一点中的设计原则作为 选取依据对新船主尺度选型。 3) 新船最终的选型必须满足其空间大小及功能的需求。 新船快速性和良好的操纵性是本设计的重点，增加船长对航速的提高有着重大的影响，但是由于型宽的增大，对快速行也会产生较大的影响，因此设计时要注意调和这两方面的问题，新船主要注重其安全性和性能，所以可以使船长和型宽都相应的增加到比较合适的尺度，然后加大主机功率，如此可使该矛盾将会得到相应的调和，既满足了快速性，也保证新船会有较大的空间供布置取用，同时也改善了船员的工作和生活环境。 型深方面则主要是从保证干舷要求，保证螺旋桨布置，舵效 及推进效率等方面考虑。 为了保证新船有足够的干舷，同时使得螺旋桨发挥出较好的性能，同时考虑吃水的限制因此型深较之在近似航道的型船不应该有较大的变化；船长在设计任务书已给出了相应的长度，故在主尺度的选择中总长无需再变，选取中的主要工作是参照型船的舱室划分和规范中对舱室划分的相关要求对其舱室进行合理的划分以提升新船的各方面性能，特别地，设计中对船员及工作人员的生活和工作环境的改善是新的设计的一个亮点，因此在舱室划分也要考虑到该方面的相应的因素，已使新船设计更为合理和人性化；型宽的选取是新船设计的重点，总布置方面型 宽的增加对总布置和稳性方面都很有利，但是型宽的增加对快速性的不利影响也很明显，故型宽的选取应综合各方面的问题，尽量协调其中的矛盾以保证设计船各方面的性能。 由于三峡库区的重要性，特别是四期蓄水之后，水域更为宽广，航行条件得到进一步的改善，库区的航运业也随之迎来了一个小春天，因此新船的作业任务不再是单纯的在库区航道巡航和水上搜救，新船必须具备一些其他的功能，比如对水域上明显的漂浮物和垃圾要有一定的处理能力，对出现海水事故的船舶要有一定的救援能力以保证库区顺利通航，对库区的水文气象等等重要信息也要有一定 收集处理能力等等。 为此上层建筑方面为了保证设计船拥有更多的功能也使船员的作业环境得到进一步的改善，因此上层建筑相比现役的海巡艇将会比较豪华，为了保证新船满足稳性的需求，型宽也会相应的增加。 简言之：所设计新船是航速高，马力足，功能、环境、配置豪华的新型海事巡逻艇。 故在主尺度的选择中：型深方面则主要是从保证干舷要求，保2020 届船舶与海洋工程专业毕业设计 7 证螺旋桨布置，舵效及推进效率和吃水限制等方面综合考虑； 船长 则 主要 是对舱室的划分的合理性和船员的生活工作环境改善出发 ；船宽 则作为主尺度选取的重点， 从总布置、浮力 、稳性等等各个方面 考 综合 虑 以确保设计船 的工作性能； 、要素确定 型深 D的选取 由于设计船航行的航区吃水有限制，并且设计船和母型船的线型也相似，故在有吃水限制的前提下为了确保设计船的干舷要求、螺旋桨布置、舵效及推进效率依照母型船的主尺度中去型深 D= 米、吃水 d=1m。 船长 L暨舱室的划分 由于设计任务书中已给定船总长，故本地主要是对其舱室作划分。 参考由重庆长江轮船公司工程研究设计院设计的母型船 25 米港航艇舱室划分，在船长方向上，首尾两端分别是艏尖舱和艉尖舱，中间依次是压载舱、空舱（包含燃油舱）、机舱、空舱。 设计船舱室跟母 型船布置基本一致，只对其尺寸作出相应调整。 1．艏尖舱：按《钢质内河船舶建造规范》 防撞舱壁合理的设置位置为距首垂线 ～ 的范围内，参照母型船资料和结合新船舱室布置的实际情况将其设置在距首垂线 米处，故艏尖舱的总长度为 5 米。 按照规范防撞舱壁的高度将至首升高甲板。 2．艉尖舱：本船中的艉尖舱设有舵机，参照母型船，同时为了使舵机的布置更为科学和方便并且考虑改善船员的工作环境，取其长度为 3 米。 但是考虑到舵和螺旋桨的配合效果，因此在后期工作中将舵和螺旋桨确定之后应将舵和螺旋桨的最佳配合 工况优先考虑，此长度可以和之前的空舱做相应的调整。 3．机舱：根据设计任务书和开题报告，新船在功能及航速上较母型船将有一定的提升，为了让机舱中的布置方便合理，机舱适当的调整取 米。 4．燃油舱 : 根据母型仍将船燃油舱布置在新船的中前的位置，根据上述内容及开题报告新船的主机将比母型船的主机会有更高的输出功率，为了保证新船的具备充足的续航能力，燃油舱将在母型船的基础做适当的加大，又由于主机现还未选定，因此燃油舱的最终尺度可根据最终定型的主机为依据做出选择，现先取 米。 5．压载舱：压载舱用于调整船舶的浮 态，本船属于公务船，一般情况下船上上的载荷林世德： 25 米港航艇总体方案及第一部分设计 8 不会发生太大的变化。 和母型船相比，新船在主尺度上相对较大，结合新船的实际情况压载舱 米。 6．空舱 :参照母型船以及新船舱室布置的需要，空舱在布置的地位上和母型船没有变化，只是为了满足新船的要求，将其尺度定为。 综上：船舶总长 =艏尖舱 +压载舱 +空舱（包括燃油舱） +空舱 +机舱 +空舱 +艉尖舱 =5m+3m+m+ +++ =25m 船宽 B 的估算 由于影响决定型宽 B 的 因素较多，使用近似公式具有相当大的局限性，故使用分析法通过对比型船和设计的新船的实际情况，确定 B 的值。 在对设计船的分析和开题报告中我们多次提到，设计的新船由于其航区和自身的特殊性，新船在总布置方面将会较型船要丰富得多。 新船用户为重庆市港航局，属于公务船，船上会经常召开会议、接待上级领导等等举行一些集会性活动，因此要求新船必须有足够的会议室，根据与会人数和船员人数估算总人数可能达到 15 人左右 ，为了保证有足够的空间供支配，会议室的宽度选取应在 米左右，同时保证人员在船上的移动方便主甲板上两舷的过道 宽度确定为 米。 根据上文我们已知设计新船主要考虑安全和工作效率，加之政府船舶给船舶的设计和建造提供了更多的资金空间，因此在设计过程我们也尽可能的使设计船舶能给其上的工作人员提供舒适的生活和工作环境，这势必要求我们将船宽和上层建筑的高度增大，上层建筑的加高将使船舶的稳性下降，故我们通过增大的船宽改善环境同时也保证了的稳性。 但是船宽的增加也使船舶行进时的阻力增加，而设计船又必须保证其快速性，为了协调这些方面的矛盾，我们只有将选取功率相对较大的主机，以保证其航行的快速性同时也为新船的功能的多样性提供充足的动 力。 长宽比 L/B 是一个常用作反映船舶快速性的量，我们希望该值尽可能的取大，其具体的值我们通过对型船的分析确定。 型船资料及对型船的调研分析如概述中的表一： (由于部分型船与设计船主尺度相差过大未一一列出，故只列出部分型船主尺度 ) 通过型船的资料我们不难看出，型船的 L/B 值一般都在 4 以上，快速较好的可以达到 5 以上，设计新船对快速性有一定的要求，我们再结合总布置中对船宽的要求，取船宽 B=5 米。 方形系数 CB的估算 2020 届船舶与海洋工程专业毕业设计 9 设计船弗洛德数 gLvFn / =，故不能 用亚历山大公式估算 CB，根据其他的经验公式，如下图： 故取 CB= 排水量  的估算 由阿基米德原理知，船舶所受的浮力等于排开水的重量，即： BPP BTCLk = 21 5 1 =（式中  是水的比重，单位 3/mt ， k 为附体体积系数） 首尾部选形 首部：海巡艇在执行公务时 将会经常与其他船舶靠拢或者靠岸，为了方便这种泊靠，首选尖首。 并且尖首看起来很具有动感，与设计船的快速性相呼应，比较美观，这也是我们之前设计中所想要的，复合船舶建造的美学，因此选尖首。 同时首部尽量前倾，有效的避免上浪，改善船员的工作环境。 由于机舱设在船的尾部，为了减下尾倾，将燃油舱也设在首部。 尾部：为了使螺旋桨得到充分的来流，提高推进效率，尾部做成潜尾隧道，在做线型设计时要注意线型的光顺性和调整好尾部线型的丰满度。 林世德： 25 米港航艇总体方案及第一部分设计 10 小结 船长 L＝ 吃水 T＝ 总宽 B＝ 型深 D＝ 方形系数 CB＝ 排水量  ＝ 2020 届船舶与海洋工程专业毕业设计 11 第三章 型线设计 概述 船体型线是关系船舶技术 ──所有性能的全局性设计项目之一。 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、耐波性等相关船舶性能，同时也会影响到船舶的总布置和建造工 艺。 型线绘制 型线设计中的重点是把握船体型线与流体动力性能之间的关系，目前还不能完全按理论的方法来实现，目前比较常用的方法是采用优良的母型船或系列船型资料，根据型线设计的原理和方法加以修改而成。 改造母型法 船舶型线设计同其他任何产品设计一体一般总是可以找到比较成功的优秀船做母型。 这是因为当今世界上已有成千上万条船在参加营运或正在设计与建造，通过它们的大量实践总可找到在性能上比较好的一些船型做为母型船以进行新船的设计。 但是，由于具体设计任务和要求不同，设计船与母型船总不能在尺度比及船型系数上都一 样。 因而要参照母型线进行设计时，必须对型船的型线进行改造以满足设计船的要求。 在设计中较为简便而又常常应用的一种方法就是 “l—cp”法。 当设计船与型船尺度比、 浮心纵向位置 xB、方形系数 CB 相近。 而中剖面系数 Gd相同时，可以通过改造型船横剖面面积曲线来满足设计船方形系数 c5和浮心纵向坐标 xB的要求。 林世德： 25 米港航艇总体方案及第一部分设计 12 本次型线设计的方法采用了母型船改造法，由于受已知条件的限制，与上述的母型法有一定得区别主要根据母型船的中横剖面图改造为设计船的中横剖面图，水线以上型线主要根据母型资料改造而成。 这样设计船在水线下的型线的半宽值和 纵剖线的高度值就可以在中横剖面图上量取。 而后绘制半宽水线图和中纵剖面图。 型线设计是本次设计改造的一项重要内容。 型线设计考虑是否周到，设计出的型线是否优秀，对船舶的航行性能、使用以及建造等方面有很大的影响。 综合起来，型线设计应注意以下几个方面： 航行性能 在进行型线设计时，应当满足航标船的基本航行性能：船体水下部分的形状特征和参数主要由快速性、耐波性、操纵性和稳性来确定，水上部分的形状特征主要由耐波性、稳性以及砰击等方面来确定并与水下部分在几何上合理地配合。 本次设计的航标船舶的主要工作是航标管理 （快速到达航标设置地点），所以快速性是重点并同时兼顾耐波性、操纵性和稳性。 总布置的要求 由于本案是工程作业，所以主要对前后作业甲板面积进行重点考虑。 此次设计对船舶的外观的美感要求较高所以在型线和总布置设计 时对船舶的某些性能适当进行调整和降低。 合理性与工艺性 充分考虑船体结构的合理性和工艺的可行性，本船是布置地位型船，机舱在尾部，所以船尾型线与主机和齿轮箱的布置关系较大，这点必须加以注意，目的是使船舶能以比较紧凑的尺度满足布置的要求。 不必要的复杂曲面的船体形状，不仅增加建造工时，多 耗材料，而且不易保证 施工质量，影响结构强度；过长过浅的尾悬体影响船尾部的强度和刚度。 外观造型 水线以上的首尾轮廓线、甲板边线以及外露的折角线应考虑美观和造型方面的要求。 对于航标船舶（除了考虑方便作业以外）还应考虑型线与上层建筑等相协调，给人一种快速的动感。 2020 届船舶与海洋工程专业毕业设计 13 第四章 总布置设计 概述 总布置设计是总揽全局的一项工作，是船舶总体设计的重要内容之一，不但对船的使用效能和航行性能有重要的影响，而且是其他各项设计和计算的主要依据。 在新船设计的初始阶段，为了便于方案构思和 把握主尺度与载重量、舱容、布置地位之间的关系，以及协调主要性能之间的矛盾，就需要对船的总布置有所设想和考虑，并绘制总布置草图。 总布置设计的具体工作包括以下内容： ① .区划船舶主体和设置上层建筑，包括确定机舱、货舱、油水舱、工作舱室、居住舱室和其他各种舱室的位置和地位。 ② .调整船舶的浮态，妥善合理地安排船的各部分重量沿船长方向的分布，并且注意控制重量的垂向分布，协调稳性和摇摆性能对重心高度的不同要求。 ③ .布置船舶舱室和设备，包括各类居住和工作舱室的内部布置和露天甲板上各种设备的布置等。 ④ .规划各部位 的通道和出入梯口。 不同类型的船舶，由于其用途及航行条件的不同，总布置的特点也有所不同。 在总布置设计中，除了注意各类船舶布置上的特殊要求外，一般都应遵循下述基本原则： (1).最大限度地提高船舶的使用效能。 例如：客船应合理分区，客舱布置应经济实用，保证旅客的舒适安全，交通方便；货船应充分利用舱容．提高装卸效率，确保运输质量；拖船、渔船应保证拖带与捕捞作业的安全与方便等。