10000t近海散货船型线设计及操纵性预报毕业论文
2021-06-30 11:06
摘 要
我国干散货船队中吨位在5万以下的占43%，但是这些船老化情况严重，并且我国谷物、煤等货物的运输量连年增加。船舶老龄化以及货运量增加使得运力越加紧张，本课题设计的10000t近海散货船可有效弥补该问题。本设计也是对以往所学的船舶原理的相关知识做一个总结，借此进一步学习、掌握型线设计、图线绘制和建模的方法；学会综合分析问题，进行方案优选；培养用专业技术工作、解决问题的能力。
本设计在完成调查的基础上，按照相关法规和规范，确定了设计船的主要要素，对其进行了型线设计和静水力计算；为了确定设计船舶的操纵性好坏，自行编制了程序进行了操纵性预报。
本文的特色：本设计过程为船舶型线设计，设计过程从主尺度确定、建模再到优化计算是一个循环过程，限于篇幅，本文仅针对最终确定的最优方案详细阐述。
关键词：散货船；型线设计；操纵性预报
Abstract
There be 43% are under 50,000 tonnage of China dry bulk carriers, but they are aging heavy and grain, coal and other cargo transport in China continue to increase. Since shipping ageing and increased cargo needs are driving the transport capacity more and more nervous, the subject of 10000t offshore bulk carrier can compensate for the problem. This design is also a summary as well as a revise of ship theory we have learned in the past few years. And it’s an opportunity to further learn and master the methods of designing, line drawing and modeling, to learn to analysis problems comprehensively and put forward program optimization, and to enhance the ability of solving problems from a professional perspective.
On the basis of the investigation, the main dimension, molded lines, and hydrostatic calculation are conducted in accordance with the relevant laws and regulations. In order to forecast the maneuverability of design ship, a section of code is written.
The innovation of this paper: The design is a cyclic process, from principal dimension, to modeling, and to optimization. Due to limited space, only the final determination is set forth in detail.
Keywords: bulk carrier; molded line design; maneuverability prediction
目 录
第1章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.2国内外研究现状 1
1.3本文的主要工作 2
第2章 任务书的分析 4
2.1内容 4
2.1.1 船型特点 4
2.1.2 船级、法规 4
2.1.3 载重量及积载因数 4
2.1.4 主机、辅机及燃料 4
2.1.5 总布置 5
2.1.6 设备 5
2.1.7 乘员编制及配置 5
2.2主要矛盾 6
第3章 船舶主要要素的确定 7
3.1主要思路 7
3.2排水量Δ的初步确定 8
3.3主尺度的确定 9
3.3.1船长的初步确定 9
3.3.2 型宽B的初步确定 10
3.3.3 吃水d的初步确定 10
3.3.4 型深D的初步确定 11
3.3.5 方形系数CB的初步确定 11
3.4空船重量的估算 12
3.4.1船体钢料重量WH的估算 12
3.4.2舾装重量WO的估算 12
3.4.3机电设备重量WM的估算 12
3.4.4空船重量的估算 14
3.5浮力校核 14
3.6诺曼系数修正 14
3.6.1 修正方向的确定 14
3.6.2 诺曼系数修正 15
3.7浮力第二次校核 15
3.8载货量的估算 16
3.8.1人员及行李、食品、淡水重量 16
3.8.2燃油、滑油及炉水重量 16
3.8.3备品及供应品重量 17
3.8.4载货量WC 17
3.9货舱容积校核 17
3.9.1货舱所需容积估算 17
3.9.2货舱容积校核 17
3.9.3舱容的调整 18
3.10初稳性估算 18
3.11横摇周期的估算 19
3.12快速性估算 19
3.13 船舶最终主尺度 20
第4章 型线设计 21
4.1船型特点分析 21
4.2型线设计的方法及步骤 22
4.3船体型线要素及型线图的绘制 22
4.3.1 横剖面面积曲线的绘制 22
4.3.2 横剖面形状的确定 31
4.3.3 其他型线图要素的设计 33
4.3.4 型线图的绘制与完善 40
4.4三维建模与静水力计算 40
第5章 舵设计 45
5.1舵的式样与类型 45
5.2舵面积 45
5.3舵高与舵宽 46
5.4舵参数总结 46
第6章 全船说明书 47
6.1概述 47
6.1.1 船舶类型、航区及用途 47
6.1.2 入级及设计准则 47
6.2船舶技术参数 47
6.2.1 主要尺度 47
6.2.2 主要能力 48
6.3动力装置与航速 48
6.3.1 主机与辅机 48
6.3.2 齿轮箱 49
6.3.3 推进器 49
6.4载重量及载货量 50
6.5舵设备 50
第7章 船舶操纵性预报 51
7.1船舶操纵性预报概述 51
7.1.1船舶操纵性预报的概念及意义 51
7.1.2操纵性预报方法及步骤 51
7.2MMG 数学模型 52
7.2.1 建模条件 52
7.2.2 坐标系的建立 52
7.2.3 操纵运动方程的建立 54
7.2.4 作用于船体上的力和力矩 55
7.3操纵运动方程的求解 58
7.3.1操纵运动水动力系数 58
7.3.2 操纵运动微分方程的求解 59
7.4操纵性预报程序 61
7.4.2 模型验证 61
7.4.3 回转性预报及操纵性分析 63
7.5方案优选与小结 68
第8章 总结与展望 71
参考文献 72
附录A 操纵性预报部分程序 74
附录B 邦戎曲线相关参数 80
附录C 10000T近海散货船型线设计及操纵性预报调查报告 84
致 谢 94
第1章 绪论
1.1研究背景
灵便型散货船运输的货物种类丰富，可以适应各类港口，在经营方式上也比较灵活，且抗风险能力较强，是未来航运事业重点发展的船型之一。事实上，我国航运业对于灵便型船舶具有长期的需求市场。我国北方地区生产的煤炭、谷物等货物长期向南方运输，北方地区对南方生产的钢材、小麦等也有长期的需求；并且随着我国国民经济的持续增长，谷物、煤炭、矿砂、水泥等货物的运输量连年增加。我国的散货运输船队从吨位上来看偏小，多数在五万吨以下，但是作为我国近海海运主力军，老龄化情况严重，设计理念等也无法满足现代货运要求。总之，我国灵便型近海散货船亟待改良及更新。
另外，航运业的不断发展使得现代船舶趋向于大型化、高速化和多功能化。这些高性能的船舶的快速发展在为航运带来便利的同时，也向人们提出了更大的挑战：大型油轮、LNG和化学品船一旦出现碰撞或触礁等事故，将对海洋环境造成严重污染；大型邮轮、豪华游艇一旦出现航向不稳定情况，甚至是操纵性能上的缺陷，将引发严重的社会问题。与大型船舶的航向稳定性差、回转半径过大等缺陷相反，高性能船舶的航向稳定性良好，但回转性有所限制，易出现侧倾。这两类船舶都对船舶操纵性有一定的要求。以往一般都是在一艘船设计好以后用船模进行操纵性试验，以检验设计好坏与否，甚至是在建造好以后在下水阶段才进行操纵性试验；这两种情况如果发现所设计船舶操纵性能不能满足要求，无疑是浪费人力物力。看来无论是MARPOL、SOALS等公约还是船舶设计建造的方方面面，都希望在初始设计阶段就可以对船舶进行操纵性预报，以达到缩短建造周期，保证船舶质量的目的。
1.2国内外研究现状
早在上世纪四十年代，大卫蒂森就从运动稳性理论出发，指出船舶操纵性包括航向稳定性和回转性两个方面，而他们又是由一系列因素相互制约的；由此奠定了现代船舶操纵性理论。在全球范围内，到上世纪六十年代就已经可以利用船模对实船的操纵性做一定的预报。当然那时候的预报只是简单的运动模型，没有过多考虑舵、风浪、螺旋桨对运动方程的影响。随着CFD技术的进步，各种各样的仿真模型层出不穷，计及的影响因素也越来越多。对于船舶操纵性模型，目前世界上主要划分为两大流派：一种是采用整体式结构的欧美学派，另一种是采用分离式结构的日本学派。
