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海安港至海口港32车430客客滚船方案设计毕业论文

 2020-02-18 12:02  

摘 要

全文介绍了海安港至海口港32车/430客客滚船的方案设计过程,本船主要航行于广东海安港至海口港航线,航行时间不大于4小时,适用于载运在油箱中备有自用燃油的机动车辆(含车载物) 和载客运输,不适合载运危险品及装载危险品的机动车辆运输。本船按近海航区的要求设计。稳性按无限航区校核。本船属于客货船,其设计首先确定主尺度,然后在Autocad中利用母型改造法得到设计船的型线图,再进行Rhino和Maxsurf三维建模和静水力计算,完成后即可开始总布置设计、舱容计算、螺旋桨设计、舵的设计、各种载况下的浮态调整和稳性计算、最小干舷计算等内容。设计中以保证达到任务书中的要求为前提,确保设计的船具有优良性能,满足适用、经济、安全、可靠、先进和美观的基本要求。

全文分9个部分,通过数据、图表及三维建模和计算,对海安港至海口港32车/430客客滚船的设计做了全面的阐述。

关键词:客滚船;型线设计;三维建模;静水力计算;总布置设计

Abstract

This paper introduces the design process of a 32-vehicle/430 passenger ro-ro ship from Hai'an Port to Haikou Port. The ship mainly sails from Hai'an Port to Haikou Port in Guangdong Province. The voyage time is not more than 4 hours. It is suitable for motor vehicles (including vehicle carriers) and passengers carrying self-used fuel in fuel tanks, but not for motor vehicles carrying dangerous goods and dangerous goods. The ship is designed according to the requirements of the Offshore Shipping area. Stability is checked by infinite area. This ship belongs to passenger and cargo ship. Its design first determines the main dimension, then obtains the design ship's profile in Autocad by the method of parent modification, and then carries on Rhino and Maxsurf three-dimensional modeling and hydrostatic calculation. After completion, it can start general layout design, cabin capacity calculation, propeller design, rudder design, floating adjustment and stability calculation under various loading conditions, minimum dry side calculation and so on. In the design, the premise is to ensure that the requirements in the mission statement are met, to ensure that the designed ship has excellent performance, and to meet the basic requirements of applicability, economy, safety, reliability, advanced and beautiful.

The full text is divided into nine parts. Through data, charts and three-dimensional modeling and calculation, the design of 32 vehicles/430 passenger ro-ro ships from Haian Port to Haikou Port is described comprehensively.

Key words: Ro-ro passenger ship; Profile design; Three-dimensional modeling; Hydrostatic calculation; General layout design

目 录

第1章 绪论 - 1 -

第2章 主尺度确定 - 2 -

2.1 船长的选择 - 2 -

2.1.1车辆甲板船长 - 2 -

2.1.2垂线间长估算 - 3 -

2.1.3旅客甲板船长 - 3 -

2.1.4水线长度 - 4 -

2.2 型宽的选择 - 4 -

2.2.1车辆甲板宽度 - 4 -

2.2.2旅客甲板宽度 - 4 -

2.2.3水线面宽度 - 5 -

2.2.4车辆甲板和旅客甲板草图绘制 - 5 -

2.3 吃水的确定 - 5 -

2.4 型深的确定 - 6 -

2.4.1码头情况 - 6 -

2.4.2机舱高度 - 6 -

2.4.3压载舱及燃油舱等工作舱室高度 - 6 -

2.4.4车辆舱高度 - 6 -

2.5 方形系数的确定 - 6 -

2.5.1根据母型船换算公式的变形来计算出排水量 - 6 -

2.5.2按经验公式估算 - 7 -

2.6 快速性估算 - 7 -

2.6.1 估算所需功率 - 7 -

2.6.2 主机选型 - 8 -

2.6.3 快速性校核 - 8 -

2.7 重量校核 - 8 -

2.7.1空船重量 - 8 -

2.7.2载重量 - 10 -

2.7.3排水量的确定 - 11 -

2.8 初稳性估算 - 13 -

2.9 横摇周期估算 - 14 -

第3章 型线设计 - 15 -

3.1 母型船横剖面面积曲线 - 15 -

3.1.1横剖面面积曲线计算数据 - 15 -

3.2母型船型线分析 - 16 -

3.2.1棱形系数和中剖面系数 - 16 -

3.2.2浮心纵向位置 - 17 -

3.2.3平行中体长度 - 19 -

3.2.4 横剖面面积曲线两端形状 - 20 -

3.3横剖线形状特征及参数选择 - 20 -

3.3.1水线面系数 - 20 -

3.3.2设计水线的首端形状和半进流角 - 20 -

3.3.3首部横剖线形状 - 21 -

3.3.4尾部横剖线形状 - 21 -

3.4侧面轮廓线和甲板线 - 21 -

3.4.1首轮廓线 - 21 -

3.4.2尾轮廓线 - 21 -

3.5设计船型线 - 22 -

3.5.1 新船棱形系数和中剖面系数选择 - 22 -

3.5.2新船浮心纵向位置和中剖面的选择 - 22 -

3.5.3横剖面面积曲线修改 - 22 -

3.5.4 绘制新船型线图 - 24 -

3.5.5 甲板线和首尾轮廓线 - 25 -

3.6新船型线三维建模 - 26 -

3.7新船静水力计算分析,绘制新船静水力曲线图 - 27 -

3.8绘制邦戎曲线图 - 28 -

第4章 总布置设计 - 29 -

4.1概述 - 29 -

4.2 总体布置 - 29 -

4.3 舱底甲板 - 29 -

4.4车辆甲板 - 31 -

4.5 上层建筑 - 31 -

4.6 锚泊和系泊设备的布置 - 31 -

4.7 救生、消防及信号设备 - 32 -

第5章 螺旋桨设计 - 34 -

5.1 运用艾耳法计算有效功率曲线 - 34 -

5.1.1 艾耳法标准船型相应参数 - 34 -

5.1.2 实船修正 - 34 -

5.1.3 实际设计船的有效功率 - 35 -

5.2 初步设计确定最佳转速的计算 - 36 -

5.2.1估算半流分数 - 36 -

5.2.2估算推力减额分数 - 36 -

5.2.3初步设计最佳转速计算表 - 37 -

5.2.4 齿轮箱选择 - 37 -

5.3 螺旋桨的终结设计 - 38 -

5.3.1终结设计计算 - 38 -

5.4 空泡校核 - 39 -

5.4.1空泡校核计算表 - 39 -

5.5 最佳螺旋桨要素 - 40 -

第6章 稳性校核 - 41 -

6.1舱容要素曲线的计算 - 41 -

6.1.1燃油舱(42#~52#) - 41 -

6.1.2压载水舱(114#~125#) - 41 -

6.1.3 压载水舱(55#~63#) - 43 -

6.1.4 淡水舱 - 43 -

6.2各种载况下稳性及浮态计算 - 47 -

6.2.1 调整浮态 - 47 -

6.2.2 空船重量计算及六种情况的重量及重心计算 - 47 -

6.2.3 自由液面修正 - 51 -

6.3 各种载况下的浮态及初稳性计算 - 52 -

6.4 进水角计算 - 53 -

6.5 各种载况下静稳性力臂和动稳性力臂计算 - 53 -

6.6 受风面积、面积矩计算 - 58 -

6.7 风压力臂的计算 - 59 -

6.9 客滚船横摇加速度衡准数校核 - 60 -

6.10旅客集中一舷静倾侧角计算: - 60 -

6.11回航时的静倾侧角计算: - 61 -

6.12 稳性总结表 - 61 -

第7章 吨位丈量 - 63 -

第8章 干舷计算 - 64 -

第9章 舵的设计 - 65 -

9.1舵的数目 - 65 -

9.2舵的面积 - 65 -

9.3舵的展弦比 - 65 -

9.4 舵高 - 65 -

9.5 舵宽 - 66 -

9.6 舵的示意图 - 66 -

第10章 结论 - 67 -

致谢 - 68 -

参考文献 - 69 -

第1章 绪论

本文展示了海安港至海口港32车/430客客滚船的方案设计过程,主要包括设计任务书的调研、船舶主尺度的设计与优化、船体的型线设计、船体总布置设计、静水力曲线计算、调整漂浮状态与稳性核对、螺旋桨的图谱设计、舵的设计、舱容计算、干舷计算、吨位丈量;以及给定英文文献翻译等内容。全文共分为10大章节,对海安港至海口港32车/430客客滚船的方案设计方法与过程进行了全面的阐述。本设计根据任务书要求,从船舶可靠性,方案可行性先进性等角度出发,针对船型特点,采用有关技术措施,有效中和船舶设计过程中存在的矛盾,让本船在性能上面有许多亮点。设计船主要参数为:总长Loa=85.59m,水线长Lwl=80.38m,垂线间长Lpp=78.75m,型宽B=16.5m,型深D=5.4m,设计吃水T=3.4m。在设计载况下,船舶满载排水量△=2792.34t,方形系数Cb=0.613,棱形系数Cp=0.672,能达到的最大航速为14.78kn。

由于本人水平和经验有限,文中难免有不当之处。恳请老师批评和指教,提出宝贵的意见。

第2章 主尺度确定

2.1 船长的选择

2.1.1车辆甲板船长

2.1.1.1车辆绑扎草图

图2.3 绑扎系统草图

如草图所示,车型为9m长,4m高,2.5m宽的重型卡车。该绑扎系统由4组、8跟绑索构成。绑索在汽车商的系固点分别位于车头挂钩和汽车底盘上。根据CCS《货物系固手册编制指南》,为了保证船舶横倾或者纵倾时有足够的拉力,绑索的横向和纵向投影上与甲板平面夹角在35°到60°之间。估算得到两车位纵向间距至少为0.6m,横向间距至少为0.6m。由于绑索司机和船员可以轻松穿过,出于造价考虑,车位纵向间距取0.7m,横向间距取0.6m。

2.1.1.2长度计算

本船设置双通道:

式中——车辆长度,这里按25t重型卡车计算,取9m;

——载车行数,根据载车数由布置而定。按母型船规划车位如草图所示,32车位取8行;

——汽车之间的纵向间隙,方便单人通过,并布置如草图所示的绑扎设备,且车位对非重型车类型有余量,这里就取0.7m;

——首尾预留长度,一般取2~6m,此处取5m。

计算得到

上述为车辆甲板长度的最低要求值。

2.1.2垂线间长估算

式中K——系数,根据型船车辆甲板全长及垂线间长之比取1.04,于是计算得到

取79.8m

2.1.3旅客甲板船长

2.1.3.1客舱长度

客舱按草图布置分为前后两个位置,前一个为242人的舱室。后一个为195人的舱室,舱室长度分别为客乘坐13m和15m,座位大小按照m,纵向间距0.5m,考虑到座位上的人的脚不至于妨碍到需要通过的人。同时靠舱壁两侧的座位纵向间距为0.8m,考虑到摆放小桌子及面对面两人乘坐的舒适度所需要的大小。该船属于第三类客船,航程较短,可以少设客房,又考虑到该航线部分旅客购买力大,可以设置4个双人客房,横向并列,纵向长度为3.6m。该部分共需要32m。

2.1.3.2横向通道的宽度

草图上有两个通道横向穿过旅客甲板,其一是厕所及洗浴间之间的通道(未画出),此通道的宽度已经包括在厕所及洗浴间的长度中,下文将会进一步讨论;其二是医务室及客厅与客房之间的通道,该通道满足3人并行,初步定为1.2m。

共需要2.4m;

2.1.3.3旅客餐厅纵向长度

按《船舶设计手册》规定,第三类客船餐厅座位数量需满足旅客数量的20%,即86人,每名旅客占用0.8的面积,至少需要68.8的餐厅面积。布置如草图所示厨房、配餐间、室和应急发电机间等依照母型船布置。

2.1.3.4厕所及洗浴间纵向长度

按《船舶设计手册》规定,厕所所需大便池数为旅客人数/90,约10个,按男女一比一配置,各5个;淋浴器每80人一个,布置6个;洗手池设置14个,都按1比1分配给男女旅客。布置如草图所示,纵向长度为7m。

2.1.3.5医务室纵向长度

按《船舶设计手册》规定,第三类船舶需要设置医务室,300到500旅客的船舶只需要设置一张病床,并按照医务室及逃生楼梯的纵向长度设置接待室和部分船员舱。如草图所示,纵向长度为5.5m;则旅客甲板上舱室长度为63m。

根据母型船旅客甲板全长与车辆甲板长度比估算设计的旅客甲板长度

考虑船艏船尾舾装预留长度,船舶全长至少为85.59m,取85.6m。满足海安港和海口港船长不超过100m的要求。

2.1.4水线长度

根据母型船水线和总长比值

2.2 型宽的选择

2.2.1车辆甲板宽度

式中——车道宽度,市面上重卡宽度经测量大约为2.2~2.3m,取车道宽为2.5m,,考虑到车辆会有系泊设备固定,车道与车道之间应有间隔,其间隔取0.5m,依据草图有5条车道且有舷侧通道,考虑到方便卡车的周转取2.2m通道宽。此船为载客型船,为保证乘客的舒适度应使初稳性大,因此宽度不宜过小此处取2.3m;

——舷侧通道范围内的车道数,根据载车数由布置决定。按母型船规划车位如草图所示,32车位取5道;

——舷侧内的通道宽度,根据草图车位布置,需要给机舱棚及两侧通道留下充足空间,取1.5m

C——车辆宽度方向的间隙,方便单人通过且打开车门,且按上述绑扎系统布置,取0.5m;

于是根据计算得到

2.2.2旅客甲板宽度

2.2.2.1客舱硬座和软座区域

如草图所示,考虑到该船航行距离不超过16海里,为近海航区,按设计航速14kn,航行时间不超过1小时30分,那么旅客卧席可以考虑减少,绝大多数按硬软座布置。船尾处座位区初步确定为206人,座位大小按照m标准硬座大小布置。座位横向间距为1.15m,容两人并行通过。经过计算后,那么客舱需要宽度为13.6m。

2.2.2.2舷侧通道及楼梯布置

由车辆甲板草图可知,船尾部有两处通道用于乘客及船员上下甲板。车辆甲板与旅客甲板主要用于车辆司机及船员上下,初步估计不到60人,按《船舶设计手册》规定取0.9m;而旅客甲板上下驾驶甲板处通道为逃生通道,主要给部分船员及全部乘客使用,按《船舶设计手册》规定:服务人群超过90人则每多一人增加10mm,最终净宽度不超过1.8m。根据设计草图所示,旅客甲板最宽的封闭区域为物料间,就两侧室内逃生通道而言,一侧服务人群大约为120人,取1.2m。该通道位于物料间处,舱门朝向舷侧打开,舷侧通道至少需要满足舱门宽度0.8m,就草图布置需要宽度2m。设计旅客甲板宽度为15.5m,除去客舱宽度还有1.95m,满足需求。

2.2.3水线面宽度

依照母型船型宽与水线面宽度比值进行计算

2.2.4车辆甲板和旅客甲板草图绘制

C:\Users\DELL\AppData\Local\Temp\1559023994(1).png

图2.1 旅客甲板草图

C:\Users\DELL\AppData\Local\Temp\1559023895(1).png

图2.2 车辆甲板草图

2.3 吃水的确定

该船航线为琼州海峡,海安港——海口港。客滚船吃水由码头前沿水深决定,海口港车渡码头水深4米至10米,海安港车渡码头水深2.6米至6.4米。吃水根据码头前沿水深及航道最浅处水深来确定,不能超过3.4m,通常同类型双艉船螺旋桨直径不超过3m。参考同类型船舶为3.4-4m,为保证足够干舷及储备浮力,综合考虑下,取设计吃水d=3.4米。根据统计,客滚船结构吃水和设计吃水差0.15~0.4m,则结构吃水最大为4m,并未超过港口航道限制吃水。

2.4 型深的确定

2.4.1码头情况

车客渡船的型深主要由干船舷而定,同时适应码头情况。海口港为阶梯式码头,有三个标高,每个标高差1m,可以根据当前潮位停靠在不同标高的码头上,汽车通过跳板上下船。所以车辆甲板高度选择范围很大。海口港和海安港年平均最高和最低潮的差为2m。按满载(设计载况)校核低水位,型深要求至少为5.4m。

2.4.2机舱高度

通过调查同类型客滚船,垂线间长达到100m以上且航速达到14kn以上的“海安——海口”路线的双艉型客滚船搭载两个约2000kw的柴油机,这种柴油机高度为3.4~3.8m,该船相对较小,取3.5m高度。《船舶设计手册》规定客船可以不在机舱底部设置双层底。考虑到机舱所需操作空间及船舶结构需要空间,取余量1.8m。最终机舱高度取。

2.4.3压载舱及燃油舱等工作舱室高度

《船舶设计手册》规定主船体中部双层底不小于大于2m,考虑到该船垂线间长,为方便施工,取1.4m。而车辆甲板下的油舱、空舱、调节水舱均为4m。

综合2.4.1、2.4.2、2.4.3所讲,型深初步确定为5.4m

2.4.4车辆舱高度

该船运输的重卡最大不会超过3.8米,考虑余量及船体构件与车辆间隙,车辆舱取4.6米。

2.5 方形系数的确定

2.5.1根据母型船换算公式的变形来计算出排水量

按船长计算,由公式

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