船舶主尺度确定

3 船舶主要要素的确定3.1 船舶主尺度初估3.1.1 船长(Loa&Lpp)船长 L 是表征船舶大小的最主要的因素之一。 浮力 L 的增减，对排水量的影响很大。当船的各部分重量之后大于排水量时，可以通过加大 L 来解决重量与浮力的平衡问题，但影响的面较广。 航速 L 对船舶阻力有较大影响，在不同的傅劳德数 Fn 下，Rt 及 Rr占总阻力的百分数是变化的。在对 Fn0.250.30 的低速船舶，可以考虑不使阻力激烈增加而经济上有利的经济船长 Le 的概念。 总布置 包括舱容和甲板面积两个方面， L 选小了，布置不下；L 选太大了又不紧凑。所以存在一个满足容积及甲板面积要求的适度 L。 操纵性 加大 L 将使船舶全速回转时的直径加大，并使船在曲折和狭窄的航道中航行增加困难，但有利于保持航向稳定性。 经济性 这里主要是指船体重量等变化引起的船造价的增减。增加 L 将导致船体钢料等重量又加大的增加，如要保持船有相同的载重量，则船的排水量将加大，造价及相应的费用增加。同时，L 的大小又将使船的快速性能不同，会影响到船舶的运营成本。另外，船长的大小对耐波性、抗沉性和总纵强度等方面的影响也是比较大的。本船设计过程中，船长的确定主要包括总长度 Loa 和垂线间长 Lpp。我们通过型船的一些统计，得出来总长与垂线间长一般有以下关系图 3-1 Lpp 与 Loa 线性关系y = 0.9795x - 6.5939 R² = 0.9957 （3-1）这是一组线性相关度非常高的数据，所以我们可以根据这个线性回归公式，来估算出垂线间长。故在任务书给定总长为 75 米级时，不妨就取 Loa=75m，则可以得到相对应的垂线间长 Lpp=66.87m。3.1.2 型宽 B在满足船宽尺度限制的条件下，选择船宽时首先考虑的基本因素是：浮力，总布置（舱容及布置地位）和初稳性高（上，下限要求）。最小船宽常由稳性下限调节和总布置要求所决定，这对于小型船舶和布置地位型船尤其是这样。a. 从布置地位看，增大船宽可增加舱室宽度，加大甲板面积，对船舶的布置及使用一般是有利的。b 从稳性要求看，船宽增大对提高船舶的稳性有显著的效果，但 B 偏大，Gm 上升有可能不利于倾角较大时的大倾角稳性。近代拖网渔船，包括远洋拖网渔船在内，由于机械化程度日益提高，为了便于布置，同时满足对容积的需求，型宽 B 已较以前有所增加，但 L/B 已很少大于 6。经过资料统计 2000 年至今远洋拖网渔船 L/B 集中在 4.66 之间。初估主尺度时，选取 L/B=4.6，则 B=Lpp/(L/B)=14.23m3.1.3 型深 H型深对于布置地位型要求的船舶，它取决于舱内的布置地位。从对稳性的影响来看，增大型深会引起重心高度的增加，加大风压倾侧力矩，但型深加大能使甲板入水角增大，增加稳性复原力臂曲线下的面积和最大复原力臂对应角。因此，增加型深由于重心升高会减小初稳性高，但对大倾角稳性可能有利。从船舶纵总强度方面来看，因为增加型深对提高船体剖面模数十分有效，所以增加型深对纵总强度有利。在远洋拖网渔船中型深 H 主要起到保证容积的需要，但一般对远洋拖网渔船而言，L/H 不会太大。故主尺度初估时取 B/d=2.55，已算得 Lpp=66.87m则 d=5.58m3.1.4 吃水 T设计吃水的选择主要从一下几个方面来考虑：1） 浮力 增加吃水，可减小 Cb 或 B 及 L，对快速性和减轻空船重量等许多方面都是有利的。当然减小 B 和 L 都应该满足稳性和布置地位等有关的要求；2）从提高推进器的性能方面考虑：吃水增加，桨轴沉深就增大，从而空泡数较大，而吃水增加，螺旋桨半径就可以增加，从而提高螺旋桨的效率；3）从稳性方面考虑：吃水 T 增加，会使得 B/T 减小，而 B/T 对稳性的影响较大，而会造成稳性的降低；4）从耐波性的观点来看，L/T 大者，在风浪中纵摇与升沉运动较为缓和，但 T 又不可取的过小，以免引起前踵出水而产生拍击。通常在渔船设计中，T的选取往往根据 B/T 决定。根据统计，远洋渔船的 B/T 通常在 2.52.9 之间。在贾复的渔船设计中，当已知船长 Lpp 时，有以下经验公式：T=d+0.0357Lpp+0.77 (3-2)由 Lpp=66.87m，则可算出吃水 T=5.81m。3.1.5 方形系数 Cb方形系数的选择主要从以下几个方面来考虑：1）对稳性的影响：方型系数 Cb 增加，可是稳性降低；2）对快速性的影响：方型系数 Cb 越大，对摩擦阻力 Rf 影响不大，但对剩余阻力 Rr 影响较大，尤其是高速船，选择方型系数 Cb 时应首先从舱容和布置方面考虑。3）对总布置的影响：方型系数 Cb 越大，对增大舱容有利；4）对于渔船，从耐波性来看，对短的船，在减小失速现象上方形系数有着显著作用，也就是在同等海况下，船长相同，方形系数大者，失速较大，相同的方形系数，船长短的，失速较大。因此从耐波性来看，渔船采用较小的方形系数是比较合理的。在贾复的渔船设计一书中，从实船统计分析来看，渔船的方形系数可用下列公式表示：Cb=1.14-0.61V/Lpp0.5其中，V=13.5kn，Lpp=66.87×3.82=255.4434 英尺，则可得出 Cb=0.62。3.2 主机功率及主机型号的选取3.2.1.拖航功率（1）网具阻力网具选用 1440 型 扩张比 0.4。参考我国竹筴鱼中层拖网网具性能分析应用网子阻力公式：R=0.0899(d/a)LCV1.738 （3-14）式中 d/a=0.00149 L=472.25m C=1440m 该式仅适用于拖速 1.533.06m/s 范围内，大型竹荚鱼中层拖网网具阻力计算。本船拖速 5kn,约为 2.57m/s.考虑 30%风浪储备。网具阻力：R1=R*1.3=610.78KN （3-15） （2）拖网功率本船拖速 5kn,航速 13.5kn拖网功率：P1=610.78*5*0.514KW=1569.71KW （3-16）（3）船身功率为了简化阻力计算可以由船舶原理上册相当平板阻力公式计算船身阻力，将船简化为相当平板查船舶原理（上） 可估算船身阻力：（3-18）式中相关参数确定如下：Re= vL/(其中 =1.006×10-6)由摩擦阻力系数公式 Cf= ,将 Re 值代入得到 Cf0.075(lgRe-2)2总阻力系数 Ct 包括摩擦阻力系数 Cf 和剩余阻力系数（兴波阻力很小，忽略不计） ，因此取 Ct=（1+20%）Cf因此由相当平板算的船身总阻力： R2= 1/2 SV2 Ct （3-19）由功率与船速算得船身功率 P2=R2×V1 （3-20）由以上计算求得拖航功率 P=P1+P2 （3-21）3.3.2 主机功率、主机选型取推进效率 QPC=0.50 可得到主机需提供 P=P/QPC 的功率用于拖航。（1）用电功率速冷功率：最大网产 40t，速冻柜取 12 个，速冷功率为 600KW冷库功率为每日产量 59.5t，取 120KWRSW 舱大小=59.5/1.5=39.666m3 取 40 m3用电功率 24KW起网功率：起网时船速 0.6m/s，起网速度 1m/s,起网阻力 R=206.17KN起网功率=329.88KW其他用电功率 100KW用电功率 P3=600+120+24+329.88+100=1173.88KW（2）主机功率则 所需主机功率 =P/QPC+ P3 （3-22）根据此计算的主机功率选择瓦锡兰中速柴油机机 6L32，4640KW规格如下：表 3-1 主机参数WÄRTSILÄ 32 IMO TIER IICylinder bore 320 mm Fuel specification: Piston stroke 400 mm Fuel oil 700 cSt/50oCCylinder output 500 kW/cyl, 580 kW/cyl 7200 sR1/100oCSpeed 750 rpm ISO 8217, category ISO-F-RMK 700Mean effective pressure24.9 bar, 28.9 bar SFOC 185 g/kWh at ISO conditionPiston speed 10.0 m/s Option: Common rail fuel injection.表 3-5 主机规格RATED POWEREngine type 500 kW/cyl 580 kW/cyl8L32 4 000 4 640表 3-6 主机尺度DIMENSIONS (MM) AND WEIGHTS (TONNES)EnginetypeA* A B* B C D F Weight8L32 5 960 6 245 2 360 2 295 2 305 2 345 1 155 43.4图 3-2 主机尺度示意图3.3.性能初步校核3.3.1 快速性用海军系数法来校核航速是否满足要求。已知已选定主机瓦锡兰中速柴油机机 6L32，4640KW，经计算，由主机功率采用海军系数法得到的航速远远大于任务书要求的服务航速 13.5kn。但考虑到渔船的特殊性，只有部分主机功率用以航行，其他部分用来制冷、供电、保鲜、加工等等。由此可知，在此主机功率下足够保证该船达到任务书要求的航速，即满足快速性要求。3.3.2 稳性由初稳性高公式：GM=a1T+a2 /T-a3H， （3-23）式中 Cw= 0.75 , 1+23 =a1= =0.55，a2= =0.08，a3=0.65，所以 GM=0.67m>0.35m，即满足规范要求。3.3.3 横摇周期根据计算横摇周期的公式：t=0.58f,其中，f=1+0.07（B/T-2.5）=1.0035，KG=0.65H，故 t=12.6s>1.3×8=10.4s，满足规范要求。3.4 排水量计算3.4.1 空船重量 LW参照渔船空船重量与重心估算 ，根据 LW 与主尺度之间的关系估算：Lw=CLLBD （3-24）式中 Lw空船重量LBD立方数，为垂线间长、型宽、型深的乘积，m 3；CL重量系数，t/m 3。参照渔船空船重量与重心估算 ，得如下数据：表 3-2 双甲板渔船空船重量系数LPP 25 30 35 40 45 50 60 70 80冰鲜渔船 0.220 0.210 0.202 冷冻渔船 0.255 0.246 0.235 0.230 0.222 0.217 0.207 0.201 0.200 此设计船为冰冻渔船，取 CL=0.201，因 L、B D 均为变量，Lw 也随之变化。Lw=0.201LBD （3-25）空船重量取 6%的裕度。Lw=Lw（1+6%） （3-26）3.4.2 载重量 DW 估算(取一个扒载周期时载况)（1） 船员及行李每人取 110-120Kg，Wp=120*34=5.4t