高速船與游艇設計型線設計教學PPT

1、 71 概概 述述 一、一、 型線設計在船舶設計中的地位：型線設計在船舶設計中的地位： 船舶型線是關系到船舶的技術性能和經濟指標的全局船舶型線是關系到船舶的技術性能和經濟指標的全局 性設計之一，對新船設計的成敗有重要的影響。性設計之一，對新船設計的成敗有重要的影響。 1 船舶的靜力和動力性能，大多與船體型線有關，包船舶的靜力和動力性能，大多與船體型線有關，包 括浮態(tài)、穩(wěn)性、括浮態(tài)、穩(wěn)性、(抗沉性抗沉性)、快速性、操縱性、耐波性、快速性、操縱性、耐波性 等等 阻力：取決于船舶型線（興波阻力、粘壓阻力）阻力：取決于船舶型線（興波阻力、粘壓阻力） 穩(wěn)性：橫剖面特征是穩(wěn)性：橫剖面特征是u型還是型還是v

2、型，對船舶的浮心高度型，對船舶的浮心高度 和橫穩(wěn)性高度有很大的影響。和橫穩(wěn)性高度有很大的影響。 2 總布置總布置 包括船舶主體內艙室的布置，特別是尾機型包括船舶主體內艙室的布置，特別是尾機型 船舶或尾部型線復雜的船舶的機艙布置，甲板面積及船舶或尾部型線復雜的船舶的機艙布置，甲板面積及 甲板上的設備和艙室布置甲板上的設備和艙室布置 3 結構與工藝結構與工藝 結構上強度、振動是否合理，施工是否結構上強度、振動是否合理，施工是否 方便。方便。 二、型線生成方法二、型線生成方法 1 優(yōu)秀母型船改造優(yōu)秀母型船改造 2 模型系列資料模型系列資料 3 數學方法生成。數學方法生成。 線框生成：通過母型船交換線

3、框生成：通過母型船交換 或船型系數生成型值表，從或船型系數生成型值表，從 型值表中讀取數據，選用二型值表中讀取數據，選用二 維樣條函數進行型線擬合，維樣條函數進行型線擬合， 生成橫剖線、水線、縱剖線生成橫剖線、水線、縱剖線 等。等。 曲面生成：曲面生成： 利用給定的空間點列構造利用給定的空間點列構造b 樣條曲面，通過適當調整特樣條曲面，通過適當調整特 征網格，用交互設計的方法征網格，用交互設計的方法 控制曲面。控制曲面。 利用支撐軟件，通過利用支撐軟件，通過b樣條樣條 曲線，生成船體曲面片，將曲線，生成船體曲面片，將 各曲面片連接成一個完整的各曲面片連接成一個完整的 船體曲面。船體曲面。 實體

4、模型生成：實體模型生成： 先生成曲面，再通過曲面圍出先生成曲面，再通過曲面圍出 船體實體模型。先生成實體毛船體實體模型。先生成實體毛 坯，利用生成的曲面進行切割，坯，利用生成的曲面進行切割， 及倒、圓角等機械加工手段，及倒、圓角等機械加工手段， 將實體模型毛坯加工成船體實將實體模型毛坯加工成船體實 體模型。體模型。 三、國內外計算機輔助型線設計系統三、國內外計算機輔助型線設計系統 國外：國外： 挪威挪威 autokon (二維線框造型二維線框造型) 西班牙西班牙 foran (二維線框造型二維線框造型) 瑞典瑞典 viking tribon (曲面造型曲面造型) 英國英國 hulltec (曲

5、面造型曲面造型) 美國美國 isdp catla 芬蘭芬蘭 napa (曲面造型曲面造型) cadmatic (曲面造型曲面造型) 荷蘭荷蘭 nupas (曲面造型曲面造型) 日本日本 hzs (三維線框造型三維線框造型) 國內：國內： 上海造船工藝所上海造船工藝所 csh (二維線框造型二維線框造型) 中國船舶工業(yè)總公司中國船舶工業(yè)總公司 casis/cams 上海交大和大連理工上海交大和大連理工 mpsds 武漢理工武漢理工 長江大中型客船長江大中型客船cad (二維線框造型二維線框造型) 上海船舶運輸研究所上海船舶運輸研究所 caes/cad (三維線框造型三維線框造型) sdicad

6、（實體造型）（實體造型） 雖然一般的船舶設計軟件可以在游艇設計 中使用,但用船舶軟件設計游艇,似乎有點殺雞 用牛刀的感覺.游艇的設計主要為艇體的造型 設計,加部分的性能設計.諸如靜水力曲線與大 傾角性能計算.而大的船舶設計軟件更側重于設 計制造等一體化.有很多諸如輪機管系設計,電 氣設計,施工的工藝設計,這些并不是游艇設計 所必須的. 一般的游艇設計有兩個基本模塊:一是成型 建模,二是簡單的性能計算.有些公司的一整套 的軟件,會提供其它的擴展設計模塊,如阻力計 算,結構放樣等. 在國外的游艇設計中,maxsurf與rhino是 用得比較多的軟件.在boatdesign的論壇統 計中,這兩個軟件

7、并列第一. maxsurf是澳大利亞的一款設計軟件, 在設 計軟件的功能上,可謂最全的了.rhino(犀牛) 是一款小巧的三維建模軟件,本身并沒有游艇性 能計算功能,但其有一款插件rhinomarine 可與之無縫聯接,進行性能的計算.其兩者各有 優(yōu)勢 總體上來說,max家族寵大,功能齊全,rhino小 巧實用,價格便宜.不過在我國,盜版使用得比較 多。 rhino（犀牛） 這是一款船舶制造業(yè)設計軟件, 它包括了從船 只結構建模, 分析, 及優(yōu)化分系統工程。 flagship 的結構設計能力就是基于此軟件。 rhino的建模能力、易學好用以及低價策略， 已經成為船艇產業(yè)的標準工具了。擁有30年

8、船 艇軟體開發(fā)經驗的proteus engineering便將該 司享有盛名的fastship功能移植到rhino后改 名為rhinomarine，并以四個分開的模組來加 強rhino在船艇設計與制作方面的功能。 rhinomarine擁有快速、精確的流體力學與穩(wěn) 定性計算能力，而且非常容易從船身產生任何 型式的剖面線。 rhinomarine能將完整的流體力學與穩(wěn)定性計 算數值輸出成excel檔在瀏覽器內觀看結果。 rhinomarine可以管理與追蹤船體的重量與估 價，并以rhinomarine自己的樹狀管理員整理。 所有船體物件都能以拖放方式在樹狀管理員排 列順序 rhino（犀牛） a

9、utoship autoship 系列里主要包括: 1model maker(做重心文件及分艙) ; 2autohydro 用來做靜水力計算 ; 3autoship 可以做線形設計; 4autoplate這個可以用來做外板展開、 放樣 5autoload則是主要用于裝載計算機， 6其它系列，可以做航速預估等 四、型線圖的作用四、型線圖的作用 、型線圖表達的形狀、型線圖表達的形狀 我們知道，我們的型線圖表達的是船體的表面形狀，反映了船 體曲面的變化情況。但是，鋼板有一定的厚度，且厚度也是隨 位置不同而不同，型線圖是表達的鋼板的外表面還是內表面的 呢？ 外表外表 面面 內表面內表面 船體的外板表面

10、有外表面和內表面之分，甲板也有上表面和下船體的外板表面有外表面和內表面之分，甲板也有上表面和下 表面之分。對于表面之分。對于金屬船體金屬船體而言，而言，型線圖所表達的形狀是外型線圖所表達的形狀是外 板內表面和甲板下表面的形狀板內表面和甲板下表面的形狀。 我們所繪制的型線圖是船體型表面船體型表面的形狀。 、型線圖的作用、型線圖的作用 型線圖是船舶設計階段重要的圖文文件，它有很重要的作用。 1）可以表征船體的形狀和大小。）可以表征船體的形狀和大小。 2）是計算船舶航海性能的重要依據。）是計算船舶航海性能的重要依據。 3）是繪制后續(xù)船體其它圖樣的依據。）是繪制后續(xù)船體其它圖樣的依據。 4）是進行船體

11、放樣的依據。）是進行船體放樣的依據。 總之，型線圖是船舶設計建造的第一個重要圖樣文件，其決 定了船舶的形狀大小和性能，是船舶建造的基礎。 、型線圖的由來、型線圖的由來 引例1、圓柱體表面形狀是如何形成的？ 引例2、球體表面形狀是如何形成的？ 由上面兩個例子我們可以看出，其表面由上面兩個例子我們可以看出，其表面 形狀可以由一定的曲面沿著某軸移動或形狀可以由一定的曲面沿著某軸移動或 旋轉得來的。旋轉得來的。 針對曲線面而言，曲面可以分為針對曲線面而言，曲面可以分為直線面直線面和和曲線面曲線面兩大類。上兩大類。上 述的圓柱面就是直線面，而球體表面就是曲線面。述的圓柱面就是直線面，而球體表面就是曲線面

12、。 對于曲線面而言，上述的球體表面曲線在繞軸旋轉的過程中，對于曲線面而言，上述的球體表面曲線在繞軸旋轉的過程中， 曲線的形狀和大小都沒有發(fā)生改變，我們成這一類曲面為定線曲線的形狀和大小都沒有發(fā)生改變，我們成這一類曲面為定線 曲面；反之，如果曲線的形狀或大小在旋轉的過程中發(fā)生了改曲面；反之，如果曲線的形狀或大小在旋轉的過程中發(fā)生了改 變，則稱所得曲面是變，則稱所得曲面是變線曲面變線曲面。 對于船體曲面而言，我們不難發(fā)現， 其表面的形狀沿高度、長度及寬度方 向都有變化，所有船體曲面屬于變線 曲面的范圍。 甲板表面可以近似的認為是定線曲面。甲板表面可以近似的認為是定線曲面。 船體外形表面是變線曲面。

13、船體外形表面是變線曲面。 、船體型表面的繪制原理、船體型表面的繪制原理 通過上面的討論我們可以知道，對于定線曲面可以通過給出 決定曲面性質的幾何要素以及曲面外形輪廓的投影就可以定 出曲面的形狀。 但是，對于變線曲面僅僅 依靠這些就不能如實反映 其真實形狀和尺寸了。 我們知道，船體曲面是一個 有三維曲度的變線曲面，對 于這種變線曲面，應該如何 反映其表面的形狀及其變化 的情況呢？ 對于變線曲面，通過一些幾何要素已經無法表達出其實際形對于變線曲面，通過一些幾何要素已經無法表達出其實際形 狀了。狀了。 對于變線曲面，一般要畫出曲面投影以及一系列平面截切曲 面所得的若干截交線的投影來表示。 對于上圖的

14、船體，我們可以通過繪制其表面的投影及一系列的 截交線比較準確地反映出船體曲面的各處形狀。 三組截交線三組截交線 對于船體而言，它是有三維曲度的實體，通過一個方向的截 交線很難準確地反映實際形狀和尺寸。 由上面的圖我們可以看出，僅靠一個平面上面的剖切只能表達 一個平面上曲線變化情況。而船體是一個三維曲面，顯然這還 是不夠的。 怎樣才能如實且簡單地表達船體曲面的變化情況呢？ 要想準確表達船體表面形狀，我們可以在三個平面同時剖切船 體，形成三組截交線三組截交線。 縱剖面情況 用一系列縱剖平面可以反映出船體型表面不同船寬處沿船長方 向的變化。 橫剖面情況 橫剖面可以反映出沿船長方向船舶橫向形狀尺寸的變

15、化情況。 用平行于中橫剖面的一組平面切割船體時，與船體曲面相交 得一組交線，稱為橫剖線，它們表示船體的橫向外形。 水線剖面情況 可以反映出不同高度處船體型表面的變化情況。 船舶形狀示意圖 為了更有效的表達船體表面，可以將船 體表面劃分成若干個區(qū)域，每個區(qū)域以 不同的方法表達。 前部區(qū)域前部區(qū)域 中部平行舯體部分中部平行舯體部分 后部區(qū)域后部區(qū)域 尾部尾部 中部平行舯體部分中部平行舯體部分 是柱體的一部分，橫剖面形狀相同，舷側是直是柱體的一部分，橫剖面形狀相同，舷側是直 壁式的，舭部為一段圓弧，而船底則為一個水壁式的，舭部為一段圓弧，而船底則為一個水 平面平面無底邊升高，或為兩個相交的平面無底邊

16、升高，或為兩個相交的平面有有 底邊升高，底邊升高， 由多個曲面組成，最基本的有三部由多個曲面組成，最基本的有三部 分：頭部的首柱曲面，它也可以看分：頭部的首柱曲面，它也可以看 成規(guī)則曲面；下部為船底平面；其成規(guī)則曲面；下部為船底平面；其 他為形狀較為復雜的曲面他為形狀較為復雜的曲面.在線型圖在線型圖 上，這張曲面依靠水線圖、橫剖線上，這張曲面依靠水線圖、橫剖線 圖、縱剖線圖反映。前邊與首柱曲圖、縱剖線圖反映。前邊與首柱曲 面相切，形成一個不太明顯的切點面相切，形成一個不太明顯的切點 線，后部與中部筒形區(qū)域相切，上線，后部與中部筒形區(qū)域相切，上 邊為甲板邊線，甲板邊線在該區(qū)域邊為甲板邊線，甲板邊

17、線在該區(qū)域 為一空間曲線；這一區(qū)域的下部和為一空間曲線；這一區(qū)域的下部和 船底平面相切，這根切線是曲面與船底平面相切，這根切線是曲面與 平面的邊界線，稱為平底線，它和平面的邊界線，稱為平底線，它和 平邊線一起成為船體表面重要的邊平邊線一起成為船體表面重要的邊 界線。界線。 后部區(qū)域后部區(qū)域 后部區(qū)域的前部與中部筒形區(qū)相切，上后部區(qū)域的前部與中部筒形區(qū)相切，上 部結束于甲板邊線，下部與船底平面相切，部結束于甲板邊線，下部與船底平面相切， 相切的曲線是平底線的后部分段。相切的曲線是平底線的后部分段。 尾部尾部 尾部區(qū)域較復雜。 形狀是多種多樣的。 除以上區(qū)域外，船體形狀上還有一個相對獨立的區(qū)域甲板

18、區(qū)域。 甲板曲面的形狀也是多種多樣的，有平面甲板，帶折角線甲板。最 常見的甲板還是帶梁拱的甲板。為了制造方便，使甲板曲面在各個 橫剖面上具有相同的形狀，既甲板曲面可以看成是一個圓柱曲面。 72 橫剖面面積曲線 橫剖面面積曲線是以船長為橫向坐標、設計水線橫剖面面積曲線是以船長為橫向坐標、設計水線 下各橫剖面面積為豎向坐標所繪制的曲線，其形狀如下各橫剖面面積為豎向坐標所繪制的曲線，其形狀如 圖圖71所示。所示。 該曲線具有下列特征：該曲線具有下列特征： (1)橫剖面面積曲線與橫向坐標軸間所包圍的面積等橫剖面面積曲線與橫向坐標軸間所包圍的面積等 于設計水線下船的排水體積于設計水線下船的排水體積v；

19、(2)橫剖面面積曲線的豐滿度系數等于船在設計水線橫剖面面積曲線的豐滿度系數等于船在設計水線 下的縱向棱形系數下的縱向棱形系數cp； (3)橫剖面面積曲線與橫軸所包圍的面積的形心橫向橫剖面面積曲線與橫軸所包圍的面積的形心橫向 坐標，等于船的浮心縱向位置坐標，等于船的浮心縱向位置xb ； (4)曲線的最大縱坐標值代表最大橫剖面面積曲線的最大縱坐標值代表最大橫剖面面積amax ； (5)豐滿船的橫剖面面積曲線的中部有一平行段，稱豐滿船的橫剖面面積曲線的中部有一平行段，稱 為船的平行中體長為船的平行中體長lp ，平行中體前后的兩段長度分別稱，平行中體前后的兩段長度分別稱 為進流段長為進流段長le：和去

20、流段長：和去流段長lr。方形系數小的船一般都。方形系數小的船一般都 沒有平行中體，最大橫剖面常在中后。沒有平行中體，最大橫剖面常在中后。 一、棱形系數一、棱形系數cp和中剖面系數和中剖面系數cm的選擇的選擇 在方形系數已確定的情況下，因在方形系數已確定的情況下，因cpcbcm，所以，所以 cp的選擇必須與中剖面系數的選擇必須與中剖面系數cm的選擇一起來考慮。從的選擇一起來考慮。從 阻力的影響來看，阻力的影響來看，cm是不重要的，因此，是不重要的，因此，cm的選擇很的選擇很 大程度上是考慮與大程度上是考慮與cp的配合。的配合。 棱形系數棱形系數cp對船的剩余阻力對船的剩余阻力rr影響很大，而對摩

21、擦阻影響很大，而對摩擦阻 力力rf影響極小棱形系數對剩余阻力的影響隨船的相對影響極小棱形系數對剩余阻力的影響隨船的相對 速度不同而變化。速度不同而變化。 低速時低速時(fn 0/18)，雖然選取小的，雖然選取小的cp對剩余阻力是有利對剩余阻力是有利 的，但此時興波阻力的比例很小，因此的，但此時興波阻力的比例很小，因此cp對總阻力的影對總阻力的影 響甚微。一般低速肥大船為提高裝載能力和建造方便，響甚微。一般低速肥大船為提高裝載能力和建造方便， cm取值很大，所以取值很大，所以cp與與cb相差不大。相差不大。 中速時中速時(018 fn 030)，船的興波主要發(fā)生在船，船的興波主要發(fā)生在船 的首部

22、，選取小的的首部，選取小的cp可使船的兩端較尖瘦，對減小剩余可使船的兩端較尖瘦，對減小剩余 阻力有利。但必須保證船體水線能從尖瘦的兩端順滑地向阻力有利。但必須保證船體水線能從尖瘦的兩端順滑地向 中部過渡，不產生明顯的突肩，這就要求中部過渡，不產生明顯的突肩，這就要求cm也相應地取也相應地取 小些。然而，必須指出，實用上所取的小些。然而，必須指出，實用上所取的cp值一般比剩余值一般比剩余 阻力最佳時的阻力最佳時的cp值要大。這是因為，從每噸排水量的總值要大。這是因為，從每噸排水量的總 阻力看，如排水量一定，棱形系數小，方形阻力看，如排水量一定，棱形系數小，方形 系數也必然系數也必然 小，這樣勢必

23、增大尺度小，這樣勢必增大尺度(特別是船長特別是船長)，從而增加了船的摩，從而增加了船的摩 擦阻力，總阻力上反而不利。擦阻力，總阻力上反而不利。 高速時，隨著高速時，隨著fr的增加，興波阻力愈來愈大，船首興波的增加，興波阻力愈來愈大，船首興波 的區(qū)域逐漸擴展到船長的極大部分。此時，在確定的的區(qū)域逐漸擴展到船長的極大部分。此時，在確定的cb 下，過小的梭形系數可能會導致船體曲面在中部過分凸起，下，過小的梭形系數可能會導致船體曲面在中部過分凸起， 從而造成較大的興波阻力，因此，一般要求選取適當大的從而造成較大的興波阻力，因此，一般要求選取適當大的 棱形系數。棱形系數。 選取棱形系數選取棱形系數cpc

24、p時應考慮船舶的經濟性，對于一般時應考慮船舶的經濟性，對于一般 運輸貨船，首先要根據主要使用狀態(tài)下的運輸貨船，首先要根據主要使用狀態(tài)下的fnfn，合理地選，合理地選 取經濟上有利的方形系數取經濟上有利的方形系數c cb b。如果選用的。如果選用的c cb b已達到已達到fr所所 允許的上限，則應取大的中剖面系數允許的上限，則應取大的中剖面系數cmcm，以降低棱形系，以降低棱形系 數數cp.cp. 選取選取cpcp棱形系數時還應考慮對布置的影響。棱形系數時還應考慮對布置的影響。cpcp較小較小 時，船舶兩端尖瘦不利于船舶的布置，特別是尾機型船時，船舶兩端尖瘦不利于船舶的布置，特別是尾機型船 和雙

25、槳船，和雙槳船， cpcp過小，機艙與軸系布置困難。過小，機艙與軸系布置困難。 由于船舶初始設計階段確定主尺度時由于船舶初始設計階段確定主尺度時c cb b已經確定，已經確定， 所以型線設計時可按所以型線設計時可按c cb b值由統計曲線估取值由統計曲線估取cmcm和和cpcp。圖。圖7-27-2 給出了給出了cmcm、cpcp與與c cb b的關系曲線，可供船舶設計時參考。的關系曲線，可供船舶設計時參考。 二、浮心縱坐標二、浮心縱坐標x xb b的選擇的選擇 在一定的棱形系數下，浮心縱向位置，決定了船的在一定的棱形系數下，浮心縱向位置，決定了船的 前半體和后半體的相對豐滿度。前半體和后半體的

26、相對豐滿度。 (一一)從阻力方面考慮從阻力方面考慮 當浮心位置改變時，前體興波阻力和后體形狀阻力當浮心位置改變時，前體興波阻力和后體形狀阻力 的相對比例也發(fā)生變化。例如，浮心位置向后移動，相的相對比例也發(fā)生變化。例如，浮心位置向后移動，相 當于前體豐滿度減小，后體豐滿度增大，因而形狀阻力當于前體豐滿度減小，后體豐滿度增大，因而形狀阻力 由小變大，而興波阻力則由大變小因此，對應于給定由小變大，而興波阻力則由大變小因此，對應于給定 速度的船，存在著一個阻力最小的最佳浮心位置。速度的船，存在著一個阻力最小的最佳浮心位置。 另外，從推進效率上看，浮心位置稍后于阻力上最另外，從推進效率上看，浮心位置稍后

27、于阻力上最 佳位置佳位置(如向后如向后0.20.3lbp)是合適的。是合適的。 (二二)從布置方面考慮從布置方面考慮 浮心位置的選取，還應注意與滿載出港時的重心縱浮心位置的選取，還應注意與滿載出港時的重心縱 向位置相配合，使船不致產生首傾和不允許的尾傾向位置相配合，使船不致產生首傾和不允許的尾傾(尤尤 其是吃水受限制的情況其是吃水受限制的情況)。對于中機型船，這種配合一。對于中機型船，這種配合一 般困難不大。對尾機型或中尾機型船，則需要認真分析般困難不大。對尾機型或中尾機型船，則需要認真分析 對待。對待。 另外，某些尾機型船，為了便于機艙布置，縮短機另外，某些尾機型船，為了便于機艙布置，縮短機

28、 艙長度，或為了避免槳軸伸出過長和軸包架或軸支架尺艙長度，或為了避免槳軸伸出過長和軸包架或軸支架尺 度過大，將浮心適當取后些比起將棱形系數度過大，將浮心適當取后些比起將棱形系數cp適當取適當取 大些，在總體效果上更為有利。大些，在總體效果上更為有利。 三、平行中體的長度和位置，最大橫剖面位置三、平行中體的長度和位置，最大橫剖面位置 (一一)平行中體的長度和位置平行中體的長度和位置 在在fr較低較低(fr 0.24)時，采用一段平行中體，對于前體，時，采用一段平行中體，對于前體， 可使進流段可使進流段(le型線尖瘦些，降低興波阻力；對于后體，型線尖瘦些，降低興波阻力；對于后體， 可削瘦去流段可削

29、瘦去流段(lr)的船體型線，有利于改善形狀阻力。在的船體型線，有利于改善形狀阻力。在 實用上，平行中體一段的橫剖面形狀完全相同，使得中部實用上，平行中體一段的橫剖面形狀完全相同，使得中部 的船艙方整，便于裝卸貨物。設置平行中體還可簡化工藝的船艙方整，便于裝卸貨物。設置平行中體還可簡化工藝 和降低建造成本?？傊?，適當采用平行中體不但在經濟性和降低建造成本。總之，適當采用平行中體不但在經濟性 和實用性上有利，在阻力性能上也是有利的。平行中體長和實用性上有利，在阻力性能上也是有利的。平行中體長 度的選取，一般是取不使阻力性能惡化的最大長度。度的選取，一般是取不使阻力性能惡化的最大長度。 對一定的船型

30、來說，棱形系數和浮心縱向位置選對一定的船型來說，棱形系數和浮心縱向位置選 定以后，就基本上決定了前后體的棱形系數定以后，就基本上決定了前后體的棱形系數cpf和和cpa， 因此，平行中體長度和位置的選擇，就是對前體和后因此，平行中體長度和位置的選擇，就是對前體和后 體的排水體積沿船長進行合理的再分配。體的排水體積沿船長進行合理的再分配。 目前，目前，lelb、lrlbp及相應的平行中體長度及相應的平行中體長度 和位置主要是根據試驗資料得出的規(guī)律決定的，新船和位置主要是根據試驗資料得出的規(guī)律決定的，新船 設計時最好參考母型船的資料來選取，設計時最好參考母型船的資料來選取， 為了避免后體過渡區(qū)反曲太

31、大、水流分離過早而為了避免后體過渡區(qū)反曲太大、水流分離過早而 產生漩渦，去流段長度不應過短。按貝克理論，最短產生漩渦，去流段長度不應過短。按貝克理論，最短 的去流段長度的去流段長度: ( (二二) )最大橫剖面位置最大橫剖面位置 無平行中體的船舶，其最大橫剖面位置決定了進流無平行中體的船舶，其最大橫剖面位置決定了進流 段和去流段的長度。由于前體興波阻力隨段和去流段的長度。由于前體興波阻力隨f fr r的增大而增的增大而增 大，所以最大橫剖面位置應隨大，所以最大橫剖面位置應隨f fr r的增大而后移。如：的增大而后移。如： f fr r0.300.300.30時，則在中后時，則在中后3 34 4

32、lbplbp；高速軍艦甚至；高速軍艦甚至 更后。更后。 四、橫剖面面積曲線兩端的形狀四、橫剖面面積曲線兩端的形狀 首尾端部形狀，分別與前體棱形系數首尾端部形狀，分別與前體棱形系數cpf和后體棱和后體棱 形系數形系數cpa進流段和去流段長度密切有關。圖進流段和去流段長度密切有關。圖74表示表示 進流段棱形系數進流段棱形系數cpe 相同的三種典型橫剖相同的三種典型橫剖 面面積曲線的首端部面面積曲線的首端部 形狀，其中形狀，其中a為直線形，為直線形， b為凹形，為凹形，c為微凹形。為微凹形。 顯然，三種不同形狀表示排水體積在進流段范圍內的顯然，三種不同形狀表示排水體積在進流段范圍內的 三種不同的分布

33、情況，從而影響船的興波阻力。與進三種不同的分布情況，從而影響船的興波阻力。與進 流段相似，去流段也有三種形狀的橫剖面面積曲線，流段相似，去流段也有三種形狀的橫剖面面積曲線， 其不同的排水體積沿去流段的分布影響船的形狀阻力。其不同的排水體積沿去流段的分布影響船的形狀阻力。 (1)對對f fr r 0.28 0.28時，首部興波范圍再增大且后時，首部興波范圍再增大且后 移，則進流段應更增長。所以，首端形狀由凹形過渡移，則進流段應更增長。所以，首端形狀由凹形過渡 到微凹或直線形為宜。到微凹或直線形為宜。 (4)(4)去流段的橫剖面面積曲線形狀，為減少水去流段的橫剖面面積曲線形狀，為減少水 流分離而產

34、生漩渦，一般應使平行中體向后緩和過渡，流分離而產生漩渦，一般應使平行中體向后緩和過渡， 過渡段要長些，并保持曲度變化均勻。尾端段一般取過渡段要長些，并保持曲度變化均勻。尾端段一般取 為微凹或直線形。為微凹或直線形。 實際設計中，端部形狀應根據母型或系列船型資實際設計中，端部形狀應根據母型或系列船型資 料，并結合設計水線的形狀、首尾輪廓線的形狀，端料，并結合設計水線的形狀、首尾輪廓線的形狀，端 部橫剖面形狀，統一加以考慮，作到適宜配合。部橫剖面形狀，統一加以考慮，作到適宜配合。 73 設計水線設計水線 設計水線的特征和參數包括：水線面系數設計水線的特征和參數包括：水線面系數cw、前、前 后半段的

35、豐滿度系數后半段的豐滿度系數cwf和和cwa、平行中段長度、端、平行中段長度、端 部形狀、半進流角部形狀、半進流角i：(近首垂線處水線與中心線的角近首垂線處水線與中心線的角)， 以及尾部的縱向斜度等。以及尾部的縱向斜度等。 一、首段形狀一、首段形狀 設計水線首段形狀對興波阻力的影響機理，與前面設計水線首段形狀對興波阻力的影響機理，與前面 所述的橫剖面面積曲線相類似，它的選取與相對速度所述的橫剖面面積曲線相類似，它的選取與相對速度 密切相關，所以，首段形狀特征如下：密切相關，所以，首段形狀特征如下： f fr r =0.160.19 由凸形到直線形；由凸形到直線形； f fr r =0.200.

36、22 直線形或微凹形；直線形或微凹形； f fr r =0.230.32 微凹形；微凹形； f fr r 0.32 直線形，整個進流段保持和緩的曲度直線形，整個進流段保持和緩的曲度 設計水線的半進流角對船首部興波阻力有重要影響。設計水線的半進流角對船首部興波阻力有重要影響。 適宜的半進流角適宜的半進流角i ie e ，主要與，主要與f fr r有關，其次與有關，其次與c cp p、l lb b、 c cwf wf等有關。在 等有關。在cpcp與與f fr r成合理配合的情況下，可用圖成合理配合的情況下，可用圖7-57-5 所示的關系來反映，這些資料是對應于所示的關系來反映，這些資料是對應于l

37、lb=7b=7左右的左右的 情況，當情況，當l lb b較小時，較小時，ieie應隨應隨l lb b的減小而適當地增的減小而適當地增 大。大。 從耐波性方面看，設計水線首段適當豐滿些較有從耐波性方面看，設計水線首段適當豐滿些較有 利，而成利，而成s s形的則不利。小型船舶常從穩(wěn)性和總布置的形的則不利。小型船舶常從穩(wěn)性和總布置的 要求考慮，設計成較豐滿的首部水線。要求考慮，設計成較豐滿的首部水線。 二、尾段形狀二、尾段形狀 設計水線尾段的形狀，從阻力上看，主要是影響設計水線尾段的形狀，從阻力上看，主要是影響 形狀阻力。在一般情況下，它對總阻力的重要性次于形狀阻力。在一般情況下，它對總阻力的重要性

38、次于 首段形狀。為了避免水流分離而發(fā)生漩渦，尾段要求首段形狀。為了避免水流分離而發(fā)生漩渦，尾段要求 保證順滑，通常尾段型線以直線型為佳，而不宜成凹保證順滑，通常尾段型線以直線型為佳，而不宜成凹 形。尾段的縱向斜度應不大于形。尾段的縱向斜度應不大于30。單槳船螺旋槳區(qū)。單槳船螺旋槳區(qū) 的水線應力求平直，終的水線應力求平直，終 端端(尾柱處尾柱處)形狀不應鈍闊，縱形狀不應鈍闊，縱 向斜度不要超過向斜度不要超過20；水線反曲處也應避免斜度過大，；水線反曲處也應避免斜度過大， 注意順滑過渡，設計水線應蓋住螺旋槳和舵，以利安注意順滑過渡，設計水線應蓋住螺旋槳和舵，以利安 全。全。 三、水線面系數三、水線

39、面系數cw 水線面系數水線面系數cw與多種因素有關，這些因素包括穩(wěn)性、與多種因素有關，這些因素包括穩(wěn)性、 快速性、耐波性、總布置、型線協調等等。顯然，取大快速性、耐波性、總布置、型線協調等等。顯然，取大 的的cw，即表示水線面面積大，對穩(wěn)性，即表示水線面面積大，對穩(wěn)性(gm值值)和總布置和總布置 有利；但對快速性不利，通常會使阻力性能變差。有利；但對快速性不利，通常會使阻力性能變差。 船舶設計中，一般對船舶設計中，一般對cw的選取是從快速性著眼，然的選取是從快速性著眼，然 后校核穩(wěn)性，總布置及型線配合等方面，看是否合后校核穩(wěn)性，總布置及型線配合等方面，看是否合 適通常適通常cw與與cp或或cb

40、有一個大體的協調范圍，如：有一個大體的協調范圍，如： 設計實踐表明，設計實踐表明，c。在此范圍內變化，對快速性影。在此范圍內變化，對快速性影 響不大。響不大。 74 首部及尾部型線首部及尾部型線 一、橫剖型線形狀一、橫剖型線形狀 圖圖7-6所示的為四種常規(guī)船型的橫剖型線，其形狀特征所示的為四種常規(guī)船型的橫剖型線，其形狀特征 可分為：可分為： v、中、中v、 中中u、u形。形。 (1)u形形 排水量沿吃水高度比較均勻分布，使設計水線削瘦，排水量沿吃水高度比較均勻分布，使設計水線削瘦， 半進流角小，有利于減小興波阻力；在尾部，半進流角小，有利于減小興波阻力；在尾部，u形剖面使伴流比形剖面使伴流比

41、較均勻，有利于提高船身效率，改善螺旋槳的工作條件，降低螺較均勻，有利于提高船身效率，改善螺旋槳的工作條件，降低螺 旋槳的激振力。但相對于旋槳的激振力。但相對于v形；形；u形剖面的濕面積較大，摩擦阻形剖面的濕面積較大，摩擦阻 力大些；耐波性也差些。一般大型運輸船及中、高速船舶，采用力大些；耐波性也差些。一般大型運輸船及中、高速船舶，采用 u形剖面，形剖面， (2)v形形 v形剖面的面積分布偏于上部，濕表面積較小，對減形剖面的面積分布偏于上部，濕表面積較小，對減 小摩擦阻力有利。在尾部，小摩擦阻力有利。在尾部，v形剖面使去流段水流順暢，可減小形剖面使去流段水流順暢，可減小 漩渦阻力。漩渦阻力。v形

42、剖面可增加縱搖和升沉的阻尼，對耐波性有利，形剖面可增加縱搖和升沉的阻尼，對耐波性有利， 小型船舶多采用小型船舶多采用v形剖面。形剖面。 (3)中中u形或中形或中v形形 兼顧阻力和耐波性兩方面的要求，為大多兼顧阻力和耐波性兩方面的要求，為大多 數中型船舶所采用。數中型船舶所采用。 水上部分的橫剖型線應與水下部分光順過渡；首部適度外飄，水上部分的橫剖型線應與水下部分光順過渡；首部適度外飄， 可緩和縱搖運動和甲板上浪，并可提供足夠的甲板面積?？删徍涂v搖運動和甲板上浪，并可提供足夠的甲板面積。 二、首輪廓線二、首輪廓線 船首的外形，對全船的外觀造型有較大的影響。船首的外形，對全船的外觀造型有較大的影響

43、。 一般船舶的首柱是做成前傾一般船舶的首柱是做成前傾1530(圖圖77)。這。這 使設計水線以上的首部水線較尖瘦，減少了首端的激使設計水線以上的首部水線較尖瘦，減少了首端的激 浪；并使設計水線以上的水線面積迅速增加，有利于浪；并使設計水線以上的水線面積迅速增加，有利于 減小船在迎浪中的縱搖和升沉運動；并可提高碰撞時減小船在迎浪中的縱搖和升沉運動；并可提高碰撞時 的安全性；也有利于增大首部甲板面積；的安全性；也有利于增大首部甲板面積； 從經濟性和實用性來看，前傾不宜過大，否則會從經濟性和實用性來看，前傾不宜過大，否則會 增加總長和造價、增大噸位及泊位長。增加總長和造價、增大噸位及泊位長。 三、尾

44、輪廓線三、尾輪廓線 現代運輸船一般采用巡洋艦尾現代運輸船一般采用巡洋艦尾(圖圖78)。其尾懸體。其尾懸體 沉入水中一定深度，改善了船尾的水流，對快速性有沉入水中一定深度，改善了船尾的水流，對快速性有 利。尾部的輪廓線要考慮螺旋漿、舵、船體之間的配利。尾部的輪廓線要考慮螺旋漿、舵、船體之間的配 合，既要蓋住舵的后緣，又要留有一定的間隙。在設合，既要蓋住舵的后緣，又要留有一定的間隙。在設 計水線處，尾垂線后的長度大體為計水線處，尾垂線后的長度大體為(0.0250.035)lbp。 上甲板處的長度，則按上甲板上布置的需要來考慮，上甲板處的長度，則按上甲板上布置的需要來考慮， 一般為一般為(0.030

45、.045)lbp。近年來，為簡化工藝，節(jié)省。近年來，為簡化工藝，節(jié)省 鋼材，在設計水線附近切除了巡洋艦尾的曲面尾端，鋼材，在設計水線附近切除了巡洋艦尾的曲面尾端， 改用一塊后傾為改用一塊后傾為1015的平板作為尾封，如圖的平板作為尾封，如圖 78中的虛線所示，中的虛線所示， 上述船尾習慣上也稱方尾，但與高速艦艇舶方尾是有根上述船尾習慣上也稱方尾，但與高速艦艇舶方尾是有根 本區(qū)別的。本區(qū)別的。 高速艦艇采用的方尾如圖高速艦艇采用的方尾如圖79所示。它具有闊而平所示。它具有闊而平 坦的船底，平直的尾部縱剖線，從而使高速艦艇的尾部坦的船底，平直的尾部縱剖線，從而使高速艦艇的尾部 水流能平順地離開船體

46、，減小尾流的能量損失，形成了水流能平順地離開船體，減小尾流的能量損失，形成了 相當于增加船長的相當于增加船長的“虛長度虛長度”，故能減小高速艦船的阻，故能減小高速艦船的阻 力桑德斯提出，方尾浸深為力桑德斯提出，方尾浸深為v2 200(v為航速，為航速，ms) 或不小于或不小于0.25設計吃水，漫沒面積不小于中橫剖面面積設計吃水，漫沒面積不小于中橫剖面面積 的的0.15倍，吃水處的尾封板寬度不小于船寬的倍，吃水處的尾封板寬度不小于船寬的8090 。方尾型線的尾部水線寬，水線面系數大，有利于提。方尾型線的尾部水線寬，水線面系數大，有利于提 高艦艇的穩(wěn)性及防止螺旋漿吸入空氣，寬敞的尾部甲板，高艦艇的

47、穩(wěn)性及防止螺旋漿吸入空氣，寬敞的尾部甲板， 便于布置和建造施工。但倒車性能較差，倒車時尾部甲便于布置和建造施工。但倒車性能較差，倒車時尾部甲 板易濺水。板易濺水。 雙槳船尾部水下部分的輪廓線必須結合雙槳船尾部水下部分的輪廓線必須結合 槳、軸、舵的數目和位置、槳徑、軸支架槳、軸、舵的數目和位置、槳徑、軸支架(或軸或軸 包架包架)和尾部橫剖型線的設計綜合加以考慮，避和尾部橫剖型線的設計綜合加以考慮，避 免槳葉與船體、附體間的間隙過小，產生激烈免槳葉與船體、附體間的間隙過小，產生激烈 的振動；保證采流順暢，以提高推進效率。的振動；保證采流順暢，以提高推進效率。 四、球鼻首四、球鼻首 (一一)球鼻首的

48、減阻機理球鼻首的減阻機理 不同速度和形狀的船舶，其球鼻首的減阻機理是不同的。不同速度和形狀的船舶，其球鼻首的減阻機理是不同的。 減小興波阻力減小興波阻力 對于對于fr在在0.270.34之間的中高速船，安裝球之間的中高速船，安裝球 鼻苜可以減小興波阻力。這是因為當球鼻的大小和位置選擇恰當鼻苜可以減小興波阻力。這是因為當球鼻的大小和位置選擇恰當 時，在一定的速度范圍內，球鼻產生的波系與船體波系發(fā)生有利時，在一定的速度范圍內，球鼻產生的波系與船體波系發(fā)生有利 的干擾作用，使合成波的波高降低，從而減小了興波阻力。的干擾作用，使合成波的波高降低，從而減小了興波阻力。 減小舭渦阻力減小舭渦阻力 肥大船型

49、在航行時，通常在船首底部會發(fā)生大肥大船型在航行時，通常在船首底部會發(fā)生大 量漩渦，并產生埋首現象，從而增加阻力。這是由于舷側的水流量漩渦，并產生埋首現象，從而增加阻力。這是由于舷側的水流 繞過舭部斜向進入船底，與船底原來向后的水流交叉相混，形成繞過舭部斜向進入船底，與船底原來向后的水流交叉相混，形成 漩渦。安裝具有整流作用的合適球鼻首后，可以改善首部流場，漩渦。安裝具有整流作用的合適球鼻首后，可以改善首部流場， 降低舭渦阻力和減少埋首現象。降低舭渦阻力和減少埋首現象。 減小破波阻力減小破波阻力 肥大船在壓載航行時，首部水流情況肥大船在壓載航行時，首部水流情況 容易惡化，所以破波阻力相當明顯。安裝球鼻首后，容易惡化，所以破波阻力相當明顯。安裝球鼻首后， 首部船體前伸，該處橫剖面面積曲線的陡度和首部水首部船體前伸，該處橫剖面面