摘 要

本篇论文简要地介绍了拖船的发展状况及其设计特点，并详细说明了拖船方案设计的过程。本文以设计一艘功率为2000hp的近海拖船为例，从船舶主尺度的确定、船体型线设计、静水力计算、总布置设计、舱容计算、稳性衡准、螺旋桨设计、舵设计、最小干舷计算、吨位计算、主要构件尺寸计算及典型横剖面的绘制等几个方面对拖船总体设计的方法及计算过程作出详细说明。

整个设计的主要依据是《国内航行海船法定检验技术规则》（2014 ）及《国内航行海船建造规范》（2014 ）两部法规，采用母型船改造设计法，逐步推进，最终形成总体的设计方案。

关键词：2000hp拖船 方案设计 母型船改造

Abstract

This paper briefly introduces the development of the tug boat and its design characteristics, and also made a detailed description of the overall design process of tugs. The paper tookan2000hp offshore tug as an example, made a detailed description of tugs’ design and calculation process from the ship's main dimensions design, hull curves design, hydrostatic calculation , general layout design, tank volume calculation, stability criteria, the propeller design, rudder design, minimum freeboard calculations, tonnage calculation, main component size calculation, drawing of primary transverse section and some other aspects.

The main basis of the whole design is: Technical Regulation for the Statutory Survey of Internal Sea-Going Ship (issued in 2014) and Rules for Construction of Sea-going Ships Engaged on Domestic Voyages (issued in 2014)these two regulations and rules. The design adopted the mother ship reform design method has been conducted step by step to obtain the overall design results finally.

Key Words: 2000hp tug, the project design, mother ship transform.

目 录

第1章 绪论 1

1.1 背景 1

1.2 拖船的特点 1

1.2.1 港作拖船 1

1.2.2 远洋拖船 1

1.2.3 近海拖船 1

1.3 设计任务书分析 2

1.3.1 船型及拖带类型 2

1.3.2 布置要求及布置思路 2

1.3.3 设计中的关键问题 2

1.4 船舶辅助设计软件介绍 2

第2章 船体说明书 3

2.1 总体 3

2.1.1 船舶总述 3

2.1.2 船级、则和规范 3

2.1.3 主要尺度 4

2.1.4 舱容 4

2.1.5 吨位 5

2.1.6 干舷 6

2.1.7载重量及载货量 6

2.1.8 动力装置 7

2.1.9 航速、续航力及自持力 7

2.1.10 纵倾和稳性 8

2.1.11 船员定额 8

2.1.12 总布置概况 8

2.1.13 备品和属具 10

2.1.14 标准及计量单位 10

2.2 船体结构 11

2.2.1 概述 11

2.2.2 主要构件尺寸 12

2.3 外舾装设备 13

2.3.1 锚泊设备及系泊设备 13

2.3.2 舵设备 13

2.3.3 救生设备 14

2.3.4 消防设备 15

2.3.5 航行及信号设备 16

2.4 舱室舾装部分 16

2.4.1 防火结构 16

2.4.2 舱室舾装 17

第3章 船体主要要素确定 18

3.1 概述 18

3.2 估算主尺度 19

3.2.1 主机的选型 19

3.2.2 机舱长度的确定 19

3.2.3 柴油、淡水、压载水重量粗估 19

3.2.4 确定设计船的型宽、型深和吃水 20

3.2.5 各舱室的长度确定 20

3.2.6 船长的确定 20

3.2.7 Cb的确定 21

3.3 重量校核 21

3.3.1 估算设计船空船重量LW 21

3.3.2 估算设计船载重量DW 24

3.3.3 估算设计船满载排水量Δ 25

3.4 舱容校核 26

3.4.1 压载水舱容积V_B 26

3.4.2 机舱容积 26

3.4.3 油水舱容积 27

3.4.4 其他舱室容积 27

3.4.5 舱容校核与调整 27

3.5 性能校核 28

3.5.1 快速性校核 28

3.5.2 初稳性校核 28

3.5.3 估算横摇周期 29

3.6 个人心得 29

第4章 总布置设计 30

4.1 概述 30

4.2 拖船的布置特点 30

4.3 总布置图的组成和表达方法 31

4.4 总体布置划分 31

4.4.1 肋距 31

4.4.2 双层底 32

4.4.3 水密舱壁 32

4.4.4 机舱部位及其长度 32

4.4.5 液舱 33

4.4.6 上层建筑布置与内部划分 33

4.5 锚泊、系泊设备选型与布置 34

4.5.1 船舶舾装数计算 34

4.5.2 锚泊、系泊设备选型 35

4.6 消防、救生设备选配与布置 35

4.6.1 消防设备选配 36

4.6.2 救生设备选配 37

4.7 信号设备选配与布置 37

4.8 总布置图的绘制 38

4.9 个人心得 38

第5章 型线设计 39

5.1 概述 39

5.2 型线设计的方法步骤 39

5.3 母型船改造法设计型线 40

5.3.1 型线主要参数选择 40

5.3.2 确定侧面轮廓线和甲板线 40

5.3.3绘制横剖面面积曲线 41

5.3.4 根据横剖面面积曲线绘制型线 42

5.4 绘制型线图 42

5.5 个人心得 43

第6章 静水力计算 45

6.1 概述 45

6.2 COMPASS静水力计算说明 45

6.3 COMPASS静水力计算过程简述 45

6.4 静水力计算结果 48

6.5 个人心得 50

第7章 稳性计算 51

7.1 稳性横截曲线计算 51

7.1.1 概述 51

7.1.2COMPASS横截曲线计算说明 51

7.1.3 船舶进水点位置的确定 51

7.1.4 COMPASS稳性横截曲线计算步骤 51

7.1.5 COMPASS稳性横截曲线计算结果 52

7.2 舱容计算 54

7.2.1 概述 54

7.2.2 Compass舱室建模过程 55

7.2.3 Compass舱容计算结果 58

7.3 稳性计算 59

7.3.1 概述 59

7.3.2 受风面积计算 59

7.3.3 基本载况说明 60

7.3.4 稳性计算过程 60

7.3.5 Compass稳性衡准步骤 63

7.4 个人心得 65

第8章 干舷计算 66

8.1 计算说明 66

8.2 主要数据 66

8.3 干舷计算过程 66

8.3.1 基本干舷 66

8.3.2 方形系数对干舷的修正 67

8.3.3 上层建筑和凸形甲板对干舷的修正 67

8.3.4 非标准舷弧对干舷的修正 67

8.3.5 最小船艏高度 68

8.3.6 夏季干舷 68

8.3.7 结论 68

8.4 个人心得 68

第9章 吨位计算 70

9.1 计算说明 70

9.2 计算 70

9.2.1 主要尺度 70

9.2.2 总吨位（GT）计算 70

9.2.3 净吨位（NT）计算 71

第10章 螺旋桨设计 72

10.1 概述 72

10.2 螺旋桨设计过程中应注意的问题 72

10.3 螺旋桨设计中的基本数据 72

10.4 螺旋桨终结设计 74

10.4.1 终结设计方法 74

10.4.2 按拖航工况进行终结设计 75

10.5 螺旋桨空泡校核 77

10.6 螺旋桨强度校核 78

10.7 螺旋桨螺距修正 80

10.8 螺旋桨的敞水性征曲线 81

10.9 航行特性曲线 83

10.10 螺旋桨主要参数总结 85

10.11 个人心得 85

第11章 舵设计 86

11.1 概述 86

11.2 舵类型及数目的选择 86

11.3 舵面积 86

11.4 舵高、舵宽、展弦比、平衡比 86

11.4.1 舵高的确定 86

11.4.2 舵宽的确定 86

11.4.3 展弦比的确定 86

11.4.4 平衡比的确定 87

11.5 设计舵的参数 87

第12章 主要构件强度计算 88

12.1 概述 88

12.2 计算所需的主要要素 88

12.3 外板 88

12.4 甲板 88

12.5 双层底 88

12.6 舷侧骨架 88

12.7 甲板骨架 88

第13章 结论 93

参考文献 95

附录 96

致谢 97

第1章 绪论

1.1 背景

拖轮又可以被称为拖船，其工作内容是拖曳没有自航能力的船舶或协助大型船舶进出港口、靠离码头，或者救助海洋遇难船只的船舶。

拖船作为一种高附加值的船型，受到了广泛的关注。我国已经拥有几十年的拖船建造历史，积累了丰富的经验。特别是进入21世纪，拖船的设计和建造取得了突飞猛进的成就。

1.2 拖船的特点

拖船的系柱拖力的大小是拖曳功能中的主要技术经济指标之一。系柱拖力的大小，又与主机功率和螺旋桨设计有着直接的关系。^[1]按照使用水域不同，拖轮可分为远洋拖轮、沿海拖轮、港作拖轮和内河拖轮。不同的拖轮特点不同。

1.2.1 港作拖船

港作拖船的主要主要作业范围为港内，作业内容为协助大型船舶靠离码头、出入船坞等。因此要求船型小巧，操纵灵活，并且能提供很大的拖力，但这类拖船并不要求很高的航速、自给力和续航力。

由于港作拖船的任务需求和工作特点不断延伸、变化，追求更进一步的机动灵活，更大的马力是其发展趋势。^[2]

1.2.2 远洋拖船

远洋拖船主要用于海上救助人员和遇难船。其特点是作用于船舶上的水流力、风力会影响拖船的拖力配置。^[3]正确地设计拖曳系统，不仅能满足使用要求，而且在经济上、重量上和甲板布置上都是有利的。^[4]