沿海高速巡逻艇总体设计毕业论文

2020-02-18 12:02

摘要

本文依据给定的设计任务书来设计沿海高速巡逻艇，设计船可用作治安巡查、水上救援和指挥交通等。本船满载试航速度30节，自持力为10小时。设计船的主尺度数据如下：总长35.4m，垂线间长30.44m，水线长31.6m，型深3m，型宽5.6m，水线宽5.1m，吃水1.4m，方形系数0.464。

本次设计首先对设计任务书进行分析、初步拟定船舶总布置情况、利用CAD绘制总布置草图。然后进行主尺度的确定优选出最佳方案，再利用Maxsurf软件进行母型船建模改型，得到设计船模型、接着使用其stability模块进行静水力计算和稳性计算。静水力计算完成后开始完善前期的布置草图，并利用B型螺旋桨图谱进行螺旋桨设计。最后依据规范中的要求进行稳性计算和校核，再完成吨位丈量及最小干舷计算。

本设计船为布置地位型船，设计过程中以船舶总布置作为主要考虑因素，快速性和稳性次之，确保设计船满足安全、美观和实用等要求。

关键词：高速船；布置地位；快速性；性能计算

Abstract

This paper designs a coastal high-speed patrol vessel according to the requirements of assignment. The designed ship can be used for public security patrols, water rescue and command traffic.It sails in the coastal area with full-load trial speed of 30 knots and 10-hour continuing sailing capability. The main scale data of the designed ship is as follows: , , , ，,.

Firstly this design analyzes the design task book, preliminarily determines the general arrangement of the ship, and draws the general arrangement sketch using CAD. Then the main scale is determined to optimize the best solution, and then the Maxsurf software is used to model and modify the female ship, and the design ship model is obtained, and then the stability module is used to calculate the hydrostatic force and stability. After the completion of the hydrostatic calculation, the layout of the previous layout was improved, and the propeller design was carried out using the B-type propeller map.Finally, according to the requirements in the specification to calculate and check the performance of the ship, tthen he tonnage measurement and the minimum freeboard calculation are completed.

The designed ship is a position-type ship. In the design process, the ship's overall layout is taken as the main consideration, followed by rapidity and stability, ensuring that the design ship meets the requirements of safety, aesthetics and practicality. Keywords:High-speed vessel；Decorate position；Speedability；Performance computation

摘要 I

Abstract II

第1章绪论 1

第2章任务书分析 2

2.1船型分析 2

2.2设计航速及续航力 2

2.3推进系统 2

2.4总布置特点 2

2.5设计中主要矛盾分析 2

2.5.1阻力与耐波性之间的矛盾 2

2.5.2航速与主机功率之间的矛盾 3

第3章全船说明书 4

3.1 概述 4

3.1.1 航区及用途 4

3.1.2 船型 4

3.1.3 船级及规范 4

3.2 船舶主要要素和性能 4

3.2.1 船舶主要要素 4

3.2.2 甲板间高、舷弧及梁拱 4

3.2.3 主机 5

3.2.4 螺旋桨 5

3.2.5 航速及自持力 5

3.2.6 船上人员定额 5

3.3 船舶设备 5

3.3.1 锚泊和系泊设备 5

3.3.2 消防设备 6

3.3.3救生设备 6

3.3.4信号设备 6

3.3.5航行设备 7

3.3.6电气装置 7

3.3.7空调系统 7

3.3.8 无线电通信设备 7

3.3.9 舱室设备 7

第4章船舶主要要素的确定 9

4.1设计思想 9

4.2主要要素的确定 10

4.2.1母型船主要要素 10

4.2.2 设计船主要要素的确定 10

4.3 性能校核 13

4.3.1浮性 13

4.3.2初稳性校核 15

4.3.3横摇周期校核 16

4.3.4快速性校核 16

4.4主要要素确定 19

4.5方案比选 20

第5章型线设计 22

5.1 设计思想 22

5.2 型线设计内容 22

5.2.1 横剖面面积曲线 22

5.2.2 侧面轮廓线 23

5.3 型线设计 24

5.3.1 Maxsurf建模 24

5.3.2型线图的绘制 27

5.4设计船静水力计算 28

第6章总布置设计 32

6.1 设计思想 32

6.2总布置规划 32

6.2.1 概述 32

6.2.2 肋骨间距 32

6.2.3 舱壁 32

6.2.4 主甲板以下舱室划分 33

6.2.5 主甲板上舱室划分 33

6.2.6 驾驶甲板舱室划分 34

6.2.7 梯道设置 34

6.3 舾装设备 34

6.3.1 锚泊及系泊设备 34

6.3.2 消防设备 35

6.3.3救生设备 36

6.3.4信号设备 36

6.3.5航行设备 37

6.3.6电气装置 37

6.3.7空调系统 37

6.3.8 无线电通信设备 37

6.3.9 舱室设备 37

第7章螺旋桨设计 39

7.1 概述 39

7.2 螺旋桨设计需要考虑的因素 39

7.2.1 螺旋桨的数目 39

7.2.2螺旋桨的叶数及形式选择 39

7.3 螺旋桨初步设计 39

7.3.1 螺旋桨直径 39

7.3.2 推进系数及推进效率成分 40

7.3.3 初步设计计算 41

7.4螺旋桨终结设计 42

7.5空泡校核 45

第8章完整稳性 48

8.1 校核内容 48

8.2 各载况下船舶的重量重心位置计算 48

8.2.1 满载出港 48

8.2.2满载到港 48

8.2.3压载出港 49

8.2.4压载到港 49

8.3初稳性计算 50

8.3.1初稳性计算 50

8.3.2自由液面修正 50

8.4横摇周期及横摇角的计算 52

8.5静稳性及动稳性计算 53

8.6稳性衡准 55

8.6.1 各载况下受风面积和面积形心计算 55

8.6.2稳性衡准计算 56

8.7全速回航稳性校核 57

8.8乘客集中于一舷稳性校核 58

第9章吨位丈量和干舷计算 59

9.1 总吨位计算 59

9.1.1 上甲板以下的所有围蔽处所的型容积计算： 59

9.1.2上甲板以上围蔽处所容积 61

9.2净吨位计算 61

9.3干舷计算 61

9.3.1基本干舷 61

9.3.2方形系数对干舷的修正 62

9.3.3有效上层建筑和凸形甲板对干舷的修正 62

9.3.4非标准舷弧对干舷的修正 62

9.3.5夏季干舷 62

9.3.6干舷衡准 63

第10章结论 64

参考文献 65

致谢 67

第1章绪论

进入新世纪，海洋为整个世界所关注，海洋对国家发展的有着不可或缺的作用，未能成功利用海洋的国家，必将为时代所淘汰。我国政府顺应潮流，在第十八次全国人大中提出了“海洋强国”战略。海洋是陆地的延申，如何在新时代、新环境、新背景下认识和建设海洋强国，使中国在新世纪这个海洋的世纪中崛起，是事关中华民族伟大复兴能否实现的重大战略问题。进入21世纪以来，各国间的关于海洋、岛屿和海域的争端连续不断。如为我们所熟知的英国和阿根廷之间的马尔维纳斯群岛之战、日本和韩国所发生的的独岛之争等。而发生在我国与他国间的海洋争端亦是不少，如2015年发生的人尽皆知的我国与日本对钓鱼岛的争夺以及我国和东南亚各国的关于南沙群岛之争等。为保护我国丰富的海洋资源、维护我国国家领土主权及海洋权益和保护我国沿海渔民不受他国巡逻艇干扰，设计建造技术装备先进、性能优良的沿海高速巡逻艇势在必行。

海事巡逻艇多用于海事巡逻、应急搜索营救指挥以及对我国领海、毗连区、专属经济区和大陆架巡航监视，维护海洋权益，是海岸巡逻队和海警执行任务的主要工具，亦是我国各海域维护海洋权益、海洋执法的生力军。一艘艘航速较高，阻力性能优良、耐波性好的海事巡逻艇，将极大的提高海岸巡逻队的工作效率，确保巡航水域水上交通安全，营造良好通航环境；还能以最短时间实现在海面监管并向遇险人员和遇险船舶实施救助，减少人民群众的损失，保障人民群众的安全，同时还能彰显我国强大的海防力量、为维护我国的国家形象和海洋权益作出重大贡献。

党的十八大以来，我国对海防力量建设的重视程度一步步提高，大量人力物力财力的投入海防力量建设，势必推动新一轮巡逻艇需求的提高；沿海航区内，各级海事局、渔政、海监、边防等执法部门均需要配备相应数量的海事巡逻艇；同时面对产业结构调整和航运市场由低迷到缓慢复苏过程中严峻复杂的水上安全形势，各级海事局都在积极改革，对即将服役期满的巡逻艇进行更新换代；改革开放后，我国各行各业都急速发展，国力日益强盛，但我们并没有欺压比我们弱小的国家，一直采取的温和的外交政策并为那些需要帮助以及发生重大灾害事故的国家提供国际援助，这些做法赢得了很多国家特别是发展中国家的好感，一方面海防力量不足的国家乐意向我们订购海事巡逻艇，另一方面一些无法自行设计建造巡逻艇的国家如孟加拉国求助于我国，因此我国海事巡逻艇行业的需求量大，发展潜力大，本次设计实际而可行。

第2章任务书分析

2.1船型分析

本船最大航速大于符合《国内航行海船法定技术检验规则》（2011）第6篇高速船中对船长大于等于20m的高速船的定义，属高速船，且本船体积傅汝德数Fr_▽在2左右，属过渡型艇。对于过渡型艇，其船型特点是艇体瘦长和采用方尾。

2.2设计航速及续航力

本船满载试航速度为30节，能够保证发现异常情况后第一时间赶到现场。本船续航力为10小时，可持续航行可达555.6km，一方面能够保证每次巡逻范围足够大，另一方面能够使海警们在遇到匪徒时能够长时间追击匪徒直至将他们绳之以法。

2.3推进系统

本船采用双机双桨，主推进柴油机两台，保证主机有足够大的功率使设计船达到任务书要求的航速。

2.4总布置特点

本船为沿海高速巡逻艇，担负治安巡逻、水上救援和指挥交通等多项任务。配备武器室以保证海警们的执法能力，另外配备紧急救助室以第一时间对海上事故中的伤员进行救助，完成水上救援任务。驾驶室设在最上层甲板上，这样可以保证驾驶人员的视线不受其他上层建筑的干扰。整个船舶主体轮廓鲜明、完整、庄严大气，能够凸显执法巡逻艇的威严。

2.5设计中主要矛盾分析

2.5.1阻力与耐波性之间的矛盾

本船为过渡型快艇，为使设计船有相对较好的阻力性能，艇体线型采用圆舭型较多，但是圆舭型艇的耐波性较差，如果航行航区的风浪较大，会影响到乘客乘船的舒适性。考虑到本设计船为民船，对耐波性要求较军船稍小，而且航行于沿海航区，遇到的风浪较小再加上海警在执行任务时将以高达30节的航速航行，因此选择圆舭型艇，在设计时尽量提高耐波性。

2.5.2航速与主机功率之间的矛盾

在我们设计船舶时，所选主机功率的大小和船舶的航速密切相关，航速越高则所需的主机功率越大，主机功率增大后其尺寸也会随之增大，从而影响机舱的大小、设计船舶的浮态并会引起船舶机电设备重量的增加，船体重量变大后吃水增加以维持船舶平衡，此时船舶所受阻力也会有所提高，再次影响设计船所需的主机功率。此外，由海军系数法我们可以大致知道功率和航速之间成立方关系，所以在航速提高不多的情况下，所需的主机功率可能会有非常大的增加，不仅会产生上述矛盾而且主机功率增加后其价格也会增加，船舶的造价也会有小幅度上涨。因此在选择船舶主机时要综合考虑船舶布置，船舶总重量、船舶快速性和经济性等各方面因素，力求能使船舶跑到设计航速同时主机造价较低、重量尺寸较小，并且广泛了解各厂商生产的主机，作出最佳选择。