畢 業(yè) 論 文（設(shè)計）題 目： 散貨船快速性研究 學(xué) 院： 船舶與海洋工程學(xué)院 學(xué)生姓名：專 業(yè)：班 級：指導(dǎo)教師：起止日期：目 錄1.緒論 31.1 引 言 .31.2 設(shè)計任務(wù)和主要內(nèi)容 .52.總布置設(shè)計 62.1 總布置 .62.2 舾裝數(shù)及錨泊設(shè)備計算 .73.性能設(shè)計 73.1 重量重心 位置計算 .73.2 浮態(tài)與初穩(wěn)性 .103.3 阻力估算 153.4 艙容校核 .174.螺旋槳設(shè)計 184.1 船型主要參數(shù) .184.2 主機與螺旋槳參數(shù) .184.3 設(shè)計工況 .194.4 推進因子的決定 .194.5 可以達到最大航速的計算 .204.6 空泡校核 .214.7 強度校核 .234.8 螺距修正 .254.9 重量及慣性矩計算 .264.10 敞水特征曲線 .274.11 系柱特性計算 .284.12 航行特性計算 .294.13 螺旋槳計算總結(jié) .304.14 螺旋槳繪制 .315.總結(jié) 315.1 船體說明書 .315.2 感受和致謝 .33參考 文獻 .36外文譯文 .371散貨船快速性研究摘 要本船為 7000t 載重量的散貨船，船型設(shè)計計算的主要內(nèi)容包括三個部分：第一，對母型船的總布置設(shè)計，包括總布置和舾裝數(shù)，并繪制總布置圖；第二，性能計算，包括重量重心計算、浮態(tài)與初穩(wěn)性、阻力估算并繪制阻力曲線圖、艙容校核等，其中根據(jù)船舶的裝載狀況的不同，分滿載出港、滿載到港、空載出港、空載到港，各自的排水量分別為9121.60t、8189.86t、6971.76t、6040.02t，修正后的初穩(wěn)性高分別為5.49m、4.699m、6.73m、6.319m；第三，螺旋槳設(shè)計，包括空泡校核、強度校核、重量及慣性矩計算等。[關(guān)鍵詞] 散貨船；總布置設(shè)計；初穩(wěn)性高；螺旋槳 2Bulk carrier speedability research[Abstract] This ship is 7000 t capacity of bulk carrier, ship form design and calculation of the main content includes three parts: Firstly, the mother ship general arrangement design, including the general arrangement and equipment number, and draw general arrangement; Secondly, performance calculation, including weight calculation, float state estimation and map the initial stability, resistance and the resistance curve, capacity checking, etc., among them according to different ship loading conditions, the full load departure, full load, no-load clearance, racing to the port to port, the respective displacement were 9121.60 t, 8189.86 t, 6971.76 t, 6040.02 t, the adjusted initial stability high respectively is 5.49 m, 4.699 m, 6.73 m, 6.319 m; Thirdly, the propeller design, including the cavitation check, intensity, weight and moment of inertia calculation, etc.[Key Words] bulk carrier; general arrangement design; high initial stability; propeller31.緒論1.1 引 言20 世紀(jì) 50 年代以前沒有專用散貨船，都是用普通雜貨船運輸散貨。糧食、水泥等散貨的流動性比液體小，都有一定的休止角，因而裝這些散貨時在艙口圍扳內(nèi)裝滿后，艙口四周的甲板下仍留有一個棋形空檔。船在海上發(fā)生橫搖后，散貨流向空檔，形成橫貫整個船寬的自由表面。出現(xiàn)較大橫搖時散貨將流向一舷，船隨即橫傾，在風(fēng)浪中很容易發(fā)生傾覆事故。據(jù)統(tǒng)計，20 世紀(jì) 50 年代全世界有 150 余艘運送散貨的船發(fā)生海損事故。為了解決這個安全問題，才逐步形成了現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的典型專用散貨船結(jié)構(gòu)型式：兩舷布置底邊艙加高艙口圍板以保證滿艙，兩舷布置底邊艙便于清艙，也能增加抗沉性；雙層底和四個邊艙區(qū)采用縱骨架式結(jié)構(gòu)以保證船體總縱強度，兩舷邊艙之間水線附近的總縱彎曲應(yīng)力很小，采用結(jié)構(gòu)比較簡單的橫骨架式結(jié)構(gòu)：兩個貨艙口之間的甲板不參與保證總縱強度，這里的甲板板明顯地比艙口線以外的甲板板薄，骨架也減弱。典型專用散貨船的出現(xiàn)，較好地解決了散貨流動問題，改善了散貨運輸?shù)陌踩?，使海上散貨船運輸進入一個新的發(fā)展階段。在隨后的幾十年里散貨船得到了迅速發(fā)展，1960 年只有 1/4 的散貨由單甲板承運，而自 1980 年以來，幾乎所有的散貨都由專用的散貨船承運。20 世紀(jì) 80 年代中期以后，散貨船船體損傷引起的沉船事故逐漸增多，散貨船的安全問題再度受到世人關(guān)注，目前已經(jīng)出現(xiàn)了雙殼體結(jié)構(gòu)散貨船，雖然雙殼體散貨船的空船重量和建造成本有所增加，但其安全、經(jīng)濟和運營優(yōu)勢越來越得到航運界的認(rèn)同，散貨船的雙殼化己是大勢所趨。自從 20 世紀(jì) 50 年代中期，由遮蔽甲板船發(fā)展而來的散貨船技入營運以來，散貨船隊經(jīng)過五十多年的發(fā)展，已經(jīng)成為世界海上運輸中一股舉足輕重的運輸力量。據(jù) 1992 年初的統(tǒng)計，全世界共有干散貨船 4846 艘、21590 萬載重噸；到 1995 年 1 月 1 日，整個世界散貨船隊 300 總噸以上的船舶己達 5342 艘，計 21890 萬載重噸。另外還有 ORE/BULK/OIL（OBO）型船 239 艘，2690 萬載重噸；1998 年底，全球共有 1 萬噸以上的散貨船 5518 艘，總載重量26550 萬噸，約占商船總噸位的 34.2%。在“9.11”恐怖事件和全球經(jīng)濟低迷的影響下，2002 年世界船運市場不景氣，到 2002 年底，世界上共有散貨船 5779 艘，總計約 26300 萬載重噸，約占世界商船總量的 1/3。進入 2003 年之后，國際造船市場和航運市場持續(xù)好轉(zhuǎn)，全球新船訂造異常活躍，世界新船訂單量大幅增長，全年造船產(chǎn)量也突破了歷史最高紀(jì)錄。2003 年世界新船成交量、手持訂單量和造船產(chǎn)量三大造船指標(biāo)突破歷史最高紀(jì)錄，散貨船新船訂造量比上一年同期增長 24%左右。而散貨船的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在雙殼化、大型化、快速性、多用途化、使同年限增長、環(huán)保和自動化程度提高等幾個方面。 在國內(nèi)，散貨運輸約占貨運量的 40%，日益發(fā)展的散貨船隊在能源運輸、國際貿(mào)易中是一支主力軍，在國民經(jīng)濟發(fā)展中占有重要地位。從船隊結(jié)構(gòu)情況看，我國干散貨船隊船舶噸位偏小，平均載重噸低于世界平均水平，其中 2 萬~5 萬噸散貨船約占 43%。而且這些 2 萬~5 萬噸4散貨船船齡老化情況比較嚴(yán)重：從船隊規(guī)?？?，2000 年以前 2 萬~5 萬噸散貨船的數(shù)量基本滿足國內(nèi)運輸需要，2000 年后隨看貨運量的增加，尤其是我國礦石的進口量近兒年的持續(xù)快速增加，極大地增加了散貨船貨運量。因此，我國船隊最近幾年應(yīng)加快老齡散貨船的更新及大型散貨船的建造，以適應(yīng)我國經(jīng)濟發(fā)展的需求。 在國內(nèi)，散貨運輸約占貨運量的 40%，日益發(fā)展的散貨船隊在能源運輸、國際貿(mào)易中是一支主力軍，在國民經(jīng)濟發(fā)展中占有重要地位。從船隊結(jié)構(gòu)情況看，我國干散貨船隊船舶噸位偏小，平均載重噸低于世界平均水平，其中 2 萬~5 萬噸散貨船約占 43%(以載重噸計)。而且這些 2 萬~5 萬噸散貨船船齡老化情況比較嚴(yán)重：從船隊規(guī)?？?，2000 年以前 2 萬~5 萬噸散貨船的數(shù)量基本滿足國內(nèi)運輸需要，2000 年后隨看貨運量的增加，尤其是我國礦石的進口量近兒年的持續(xù)快速增加，極大地增加了散貨船貨運量。因此，我國船隊最近幾年應(yīng)加快老齡散貨船的更新及大型散貨船的建造，以適應(yīng)我國經(jīng)濟發(fā)展的需求。 隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展，散貨船運輸在經(jīng)濟發(fā)展中的作用日益重要。要實現(xiàn)我國成為世界第一造船大國的目標(biāo)，首先就要在產(chǎn)量上超過日本和韓國，為此應(yīng)該把噸位大、技術(shù)難度小、已形成優(yōu)勢的三大主力船型之一的散貨船作為發(fā)展的重點，加大投入，增加技術(shù)儲備，積極參與國際競爭。目前國內(nèi)的各大船廠都在努力打造自己的品牌船型，像上海滬東船廠設(shè)計被譽為“中國滬東型”的 7.4 萬噸散貨船、上海外高橋造船廠開發(fā)建造的 17.5 萬噸好望角型散貨船、渤海船舶重工有限責(zé)任公司的 17.4 萬噸雙殼體散貨船等都是國際上極具競爭力的散貨船型。目前國內(nèi)外的散貨船需求大增，我們應(yīng)該抓住機遇，加快散貨船的建造和運輸?shù)陌l(fā)展，為我國的經(jīng)濟建設(shè)服務(wù)。而對于散貨船的設(shè)計開發(fā)中，對載重量要求的提高外，對快速性這一方面的的要求也再不斷的提升，故而對其研究是比較重要的一環(huán)。雖然近些年來石油價格有漲有落，但適當(dāng)提高航速有利于提高運輸?shù)慕?jīng)濟性，所以近幾年建造的散貨船服務(wù)航速略有提高。以好望角型散貨船為例，七、八年前有些好望角型散貨船的服務(wù)航速尚有 13.5 節(jié)或 14 節(jié)的，但近年建造的好望角型散貨船的服務(wù)航速都在 14.5 節(jié)以上，最近不少船東都要求服務(wù)航速達到 15 節(jié)以上。因此，在船舶初投資增加不多的條件下，如何提高船舶載重量和服務(wù)航速是開發(fā)好望角型散貨船的一個重要研究課題，也是一個較難解決的課題，所以當(dāng)前世界上對新的大型散貨船的研究開發(fā)中，大方形系數(shù)線型快速性和結(jié)構(gòu)設(shè)計中減輕船體重量已成為重要的研究內(nèi)容。 51.2 設(shè)計任務(wù)和主要內(nèi)容1.2.1 設(shè)計任務(wù)船名： 7000t 散貨船航區(qū)： 無限航區(qū)船型： 鋼質(zhì)、單甲板、尾機型、單槳、單舵，由柴油機驅(qū)動的散貨船，具有球尾和球鼻首線型。用途： 主要用于運載煤、礦砂、袋裝谷物船舶主尺度：總 長 108.00m水線長 104.80m垂線間長 102.00m型 寬 17.20m型 深 9.30m設(shè)計吃水 7.00m梁 拱 0.30m尾樓高度 2.50m甲板高度 2.50m肋 距 0.68/0.65/0.60m船員額定 20 人齒輪箱減速比： 3.95：1主機：型號：8DKM-28，1 臺；額定功率：2500KW；缸數(shù)：8；額定轉(zhuǎn)數(shù)：750R/min輔機：型號：Z6170Z LC、X6170ZC -06、1FC5 404-6TA，各 1 臺；額定功率：300KW；250KW。續(xù)航力／自持力：滿足船舶在滿載狀態(tài)，服務(wù)航速（Vs=12 海里/小時）時的續(xù)航力為6000 海里以上。60 天以上的自持能力。船體結(jié)構(gòu)（材料、結(jié)構(gòu)形式等）：本船為鋼質(zhì)全電焊船舶。船體結(jié)構(gòu)采用混合結(jié)構(gòu)形式。即貨艙區(qū)域上甲板、頂邊水艙、雙層底為縱骨架式，機艙、貨艙舷側(cè)、首尾結(jié)構(gòu)、上層建筑、甲板室為橫骨架式。船級社、船級符號：入 CCS 級,（★CSA 5/5 Bulk Carrier, Strengthened for Heavy Cargos 6★ CSM）設(shè)備要求：按法規(guī)和規(guī)范要求配備2.總布置設(shè)計 總布置設(shè)計是船型設(shè)計過程中的一個重要環(huán)節(jié)，是一項基礎(chǔ)性的工作。它對設(shè)計工作順利進行和保證新船設(shè)計質(zhì)量有重要意義。而本次是對給定7000t散貨船船型的設(shè)計計算，所以按照給定的設(shè)計要求，是對總布置進行設(shè)計。2.1 總布置本船主甲板以下設(shè)14 道水密橫艙壁，從尾至首分設(shè)舵機艙和尾壓載艙（左右）、No.2 淡水艙（左右）、冷卻水艙、機艙、重油艙、輕油艙（左右）、貨艙、壓載水艙（左右）、No.1淡水艙（左右）、錨鏈艙和首尖艙兼壓載艙。尾甲板室內(nèi)設(shè)9 間單人間、1 間公共衛(wèi)生間、1 間會議室；船員一甲板室內(nèi)設(shè)有7 間單人間（其中5 間自帶洗手間）；船員二甲板室設(shè)有4 間單人間（都自帶衛(wèi)生間）和1 間娛樂室。#10-#26 為機艙平臺。尾樓甲板中露天平臺上設(shè)有兩艘20 人全封閉救生艇。首升高甲板和尾樓甲板處設(shè)有系泊錨泊設(shè)備、門柱具體布置詳見（“總布置圖”ZHC413-100-01）1.1 總布置的劃分包括主船體的船艙劃分和上層建筑的劃分。1) 主船體的劃分主要是確定水密艙壁、甲板、邊艙的設(shè)置和劃分水密艙壁設(shè)置： 據(jù)法規(guī)和規(guī)范（1.1.1）對水密艙壁設(shè)置的規(guī)定：1：一道防撞艙壁；一道尾尖艙艙壁；機艙在船中的船舶，設(shè)二道艙壁構(gòu)成機器處所的邊界；機艙在尾部的船舶，在機器處所前部設(shè)一道艙壁；設(shè)有電力推進裝置的船舶，發(fā)電機艙和機艙都應(yīng)由水密艙壁封閉。2：任何船舶均應(yīng)該設(shè)置防撞艙壁（通常指首尖艙后端的艙壁）；2）肋骨間距規(guī)范規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)肋骨間距為： 0.16.508bsSLm???而本船肋骨間距為0.68/0.65/0.60m。3）本船采用尾機型，這種機艙布置有利于提高效率，降低成本，軸遂較短節(jié)省艙容，但機艙偏后不利于浮態(tài)調(diào)整。4）主要艙室劃分本船主甲板以下設(shè)14 道水密橫艙壁，從尾至首分設(shè)舵機艙和尾壓載艙（左右）、No.2 淡水艙（左右）、冷卻水艙、機艙、重油艙、輕油艙（左右）、貨艙、壓載水艙（左右）、No.1淡水艙（左右）、錨鏈艙和首尖艙兼壓載艙。7尾甲板室內(nèi)設(shè)9 間單人間、1 間公共衛(wèi)生間、1 間會議室；船員一甲板室內(nèi)設(shè)有7 間單人間（其中5 間自帶洗手間）；船員二甲板室設(shè)有4 間單人間（都自帶衛(wèi)生間）和1 間娛樂室。5）上層建筑的劃分：#10-#26 為機艙平臺。且有尾樓甲板、船員一甲板、船員二甲板、駕駛甲板、羅經(jīng)甲板。而且羅經(jīng)甲板上有觀望臺。2.2 舾裝數(shù)及錨泊設(shè)備計算根據(jù)船舶設(shè)計原理,文獻[20]中規(guī)定的要求設(shè)定：1） 舾裝數(shù)： 2/3/10647.38NBhA????首錨數(shù)量為3 個，每個質(zhì)量1920 千克，配拖索1 根，其長度為190 m，破斷負(fù)荷370.7KN；系船索數(shù)量4 根，每根長度160 m，破斷負(fù)荷147.1 KN。2）舵設(shè)備：本船采用一只流線型支承舵。舵葉面積 。平衡系數(shù)為0.26。210.7RpALd??3）消防、救生設(shè)備：20 人全封閉救生艇2 只，救生衣20 件，配帶救生浮索的救生圈4 只，帶自亮燈的救生圈2 只，普通救生圈10 只等。.3.性能設(shè)計3.1 重量重心位置計算船舶的總重量是船上各項重量的總和。而如果知道各項重量 的重心位置（ ）,則tWttxyz船舶的重心位置（ ）可以很簡單的計算出來了，但由于船上的各個組成部分項目,Gxyz繁多，都需要一一加以測算，過程會很繁瑣，工作量會很大，所以本文將采用列表的形式來計算重量重心位置，簡略了一些繁瑣的計算過程。當(dāng)然，由于散貨船的裝載情況不同，可以分為滿載和空載（壓載） ，而且又由于船舶的出港和到港的消耗品的重量不同，又可以細(xì)分，但總的大致就分為滿載出港、滿載到港、空載出港、空載到港，依次為：表 1，表 2，表 3，表 4。8表 1 重量和重心位置計算（滿載出港）垂向 縱向距基線 距船中序號 項目名 稱 重量（ t）力臂（m) 力矩（t·m） 力臂（m) 力矩（t·m）1 空船 2121.60 6.10 12941.76 -6.10 -12941.76 2 人員 1.30 15.75 20.48 -38.92 -50.60 3 行李 0.90 15.75 14.18 -38.92 -35.03 4 糧食 1.60 7.65 12.24 -36.36 -58.18 609.59 5.31 3236.92 -33.43 -20378.59 5 燃油304.80 0.60 182.88 -37.37 -11390.38 6 滑油 27.43 0.60 16.46 -38.31 -1050.84 23.33 8.05 187.81 -48.01 -1120.07 7 淡水46.67 4.86 226.82 42.45 1981.14 8 貨物 5969.53 4.66 27818.01 4.57 27280.75 9 備品 14.85 6.76 100.39 -35.64 -529.25 0.00 7.98 0.00 4.59 0.00 10 壓載水0.00 1.62 0.00 7.97 0.00 總計 9121.60 4.91 44757.93 -2.01 -18292.81 9表 2 重量和重心位置計算（滿載到港）垂向 縱向距基線 距船中序號 項目名 稱 重量（ t）力臂（m) 力矩（t·m） 力臂（m) 力矩（t·m）1 空船 2121.60 6.10 12941.76 -6.10 -12941.76 2 人員 1.30 15.75 20.48 -38.92 -50.60 3 行李 0.90 15.75 14.18 -38.92 -35.03 4 糧食 0.16 7.65 1.22 -36.36 -5.82 60.96 5.31 323.70 -33.43 -2037.89 5 燃油30.48 0.60 18.29 -37.37 -1139.04 6 滑油 2.74 0.60 1.64 -38.31 -104.97 0.23 8.05 1.85 -48.01 -11.04 7 淡水0.47 4.86 2.28 42.45 19.95 8 貨物 5969.53 4.66 27818.01 4.57 27280.75 9 備品 1.49 6.76 10.07 -35.64 -53.10 0.00 7.98 0.00 4.59 0.00 10 壓載水0.00 1.62 0.00 7.97 0.00 總計 8189.86 5.02 41153.48 1.33 10921.46 10表 3 重量和重心位置計算（空載出港）垂向 縱向距基線 距船中序號 項目名 稱 重量（ t）力臂（m) 力矩（t·m） 力臂（m) 力矩（t·m）1 空船 2121.60 6.10 12941.76 -6.10 -12941.76 2 人員 1.30 15.75 20.48 -38.92 -50.60 3 行李 0.90 15.75 14.18 -38.92 -35.03 4 糧食 1.60 7.65 12.24 -36.36 -58.18 609.59 5.31 3236.92 -33.43 -20378.59 5 燃油304.80 0.60 182.88 -37.37 -11390.38 6 滑油 27.43 0.60 16.46 -38.31 -1050.84 23.33 8.05 187.81 -48.01 -1120.07 7 淡水46.67 4.86 226.82 42.45 1981.14 8 貨物 0.00 4.66 0.00 4.57 0.00 9 備品 14.85 6.76 100.39 -35.64 -529.25 410.10 7.98 3272.60 4.59 1882.36 10 壓載水3409.59 1.62 5523.54 7.97 27174.43 總計 6971.76 3.69 25736.05 -2.37 -16516.77 11表 4 重量和重心位置計算（空載到港）垂向 縱向距基線 距船中序號 項目名 稱 重量（ t）力臂（m) 力矩（t·m） 力臂（m) 力矩（t·m）1 空船 2121.60 6.10 12941.76 -6.10 -12941.76 2 人員 1.30 15.75 20.48 -38.92 -50.60 3 行李 0.90 15.75 14.18 -38.92 -35.03 4 糧食 0.16 7.65 1.22 -36.36 -5.82 60.96 5.31 323.70 -33.43 -2037.89 5 燃油30.48 0.60 18.29 -37.37 -1139.04 6 滑油 2.74 0.60 1.64 -38.31 -104.97 0.23 8.05 1.85 -48.01 -11.04 7 淡水0.47 4.86 2.28 42.45 19.95 8 貨物 0.00 4.66 0.00 4.57 0.00 9 備品 1.49 6.76 10.07 -35.64 -53.10 410.10 7.98 3272.60 4.59 1882.36 10 壓載水3409.59 1.62 5523.54 7.97 27174.43 總計 6040.02 3.66 22131.61 2.10 12697.50 3.2 浮態(tài)與初穩(wěn)性概述船舶裝載情況千變?nèi)f化,在設(shè)計階段只對幾種典型的裝載情況進行浮態(tài)和初穩(wěn)性的計算,其中應(yīng)包括穩(wěn)性最惡劣時的裝載情況.對于普通船舶來說,所需計算的典型的裝載情況有滿載出港、滿載到港、空載出港和空載到港四種情況。船舶在各種裝載情況下浮態(tài)和初穩(wěn)性計算通常是在上述的重量重心位置計算的結(jié)果的基礎(chǔ)進行的，下面也是以表格的形式分 4類情況進行計算的，依次為：表 5，表 6，表 7，表 8。12表 5 浮態(tài)及初穩(wěn)性計算（滿載出港）序號 項目 單位 符號及公式 數(shù)值1 排水量 t ?9121.602 排水體積 3m?8899.123 平均吃水 m d 6.654 重心距船中 m Gx-2.015 浮心距船中 m B-1.096 縱傾力臂 m G?-0.927 縱傾力矩 t·m ()Bx?-8391.878 每厘米縱傾力矩 t·m MTC91.239 縱傾值 m()10GBt??-0.9210 漂心距船中 m Fx-1.1311 首吃水變化 m ()2Ltd?-0.4712 尾吃水變化 m AFx???0.4513 首吃水 m F6.1814 尾吃水 m AAd?7.1015 重心距基線 m Gz4.9116 橫穩(wěn)心距基線 m ()MB??10.4017 初穩(wěn)心高 m Gz?5.4918 自由液面修正值 m 1xwi???----19 修正后的初穩(wěn)性高 m 1?5.4913表 6 浮態(tài)及初穩(wěn)性計算（滿載到港）序號 項目 單位 符號及公式 數(shù)值1 排水量 t ?8189.862 排水體積 3m?7990.113 平均吃水 m D 6.004 重心距船中 m Gx1.335 浮心距船中 m B-1.036 縱傾力臂 m G?2.367 縱傾力矩 t·m ()Bx?19328.078 每厘米縱傾力矩 t·m MTC88.269 縱傾值 m()10GBt??2.19010 漂心距船中 m Fx-1.1111 首吃水變化 m ()2Ltd?1.1212 尾吃水變化 m AFx???-1.0713 首吃水 m F7.1214 尾吃水 m AAd?4.9315 重心距基線 m Gz5.0216 橫穩(wěn)心距基線 m ()MB??10.1517 初穩(wěn)心高 m Gz?5.1318 自由液面修正值 m 1xwi???0.43119 修正后的初穩(wěn)性高 m 1?4.69914表 7 浮態(tài)及初穩(wěn)性計算（空載出港）序號 項目 單位 符號及公式 數(shù)值1 排水量 t ?6971.762 排水體積 3m?6801.723 平均吃水 m d 5.254 重心距船中 m Gx-2.375 浮心距船中 m B-0.876 縱傾力臂 m G?-1.507 縱傾力矩 t·m ()Bx?-10457.648 每厘米縱傾力矩 t·m MTC85.139 縱傾值 m()10GBt??-1.22810 漂心距船中 m Fx-0.7611 首吃水變化 m ()2Ltd?-0.6212 尾吃水變化 m AFx???0.6113 首吃水 m F4.6314 尾吃水 m AAd?5.8615 重心距基線 m Gz3.6916 橫穩(wěn)心距基線 m ()MB??10.4217 初穩(wěn)心高 m Gz?6.7318 自由液面修正值 m 1xwi???----19 修正后的初穩(wěn)性高 m 1?6.7315表 8 浮態(tài)及初穩(wěn)性計算（空載到港）序號 項目 單位 符號及公式 數(shù)值1 排水量 t ?6040.022 排水體積 3m?5892.703 平均吃水 m d 4.604 重心距船中 m Gx2.105 浮心距船中 m B-0.816 縱傾力臂 m G?2.917 縱傾力矩 t·m ()Bx?17576.468 每厘米縱傾力矩 t·m MTC82.139 縱傾值 m()10GBt??2.14110 漂心距船中 m Fx-0.4711 首吃水變化 m ()2Ltd?1.0812 尾吃水變化 m AFx???-1.0613 首吃水 m F5.6914 尾吃水 m AAd?3.5415 重心距基線 m Gz3.6616 橫穩(wěn)心距基線 m ()MB??10.4117 初穩(wěn)心高 m Gz?6.7518 自由液面修正值 m 1xwi???0.43119 修正后的初穩(wěn)性高 m 1?6.31916表 9 各種裝載情況浮態(tài)及穩(wěn)性計算綜合表序號 1 2 3 4裝載情況 滿載出港 滿載到港 空載出港 空載到港排水量 ()t?9121.60 8189.86 6971.76 6040.02載貨量（t） 7000 7000 0 0燃油（t） 914.39 91.44 914.39 91.44淡水（t） 70 7 70 7壓載水（t） 0 0 3817.69 3817.69首吃水 Fd6.18 7.12 4.63 5.69尾吃水 A7.1 4.93 5.86 3.54吃水d（m）平均吃水 d 6.65 6 5.25 4.6橫穩(wěn)心縱向坐標(biāo) (m)Mz10.4 10.15 10.42 10.41重心橫向坐標(biāo) (m)G4.91 5.02 3.69 3.66初穩(wěn)性高 (m) 5.49 5.13 6.73 6.75自由液面修正值 (m)?---- 0.431 ---- 0.431修正值穩(wěn)性高 (m)1M5.49 4.699 6.73 6.319經(jīng)浮態(tài)和初穩(wěn)性計算結(jié)果，本船在各種裝載情況下的縱傾值和初穩(wěn)性高度都滿足相關(guān)規(guī)范船舶的航行性能的要求。3.3 阻力估算在船舶設(shè)計過程中，當(dāng)主尺度和船型系數(shù)被確定以后，必須要知道主機功率以預(yù)報船舶本報告達到的設(shè)計航速；如果主機功率已知，則需要估計阻力，以確定船的航速，便于初步分析、比較各種方案的優(yōu)劣。此外在沒有船模試驗的船舶設(shè)計過程前提下，只能用近似估算來確定其阻力值。本次設(shè)計船為單螺旋槳散貨船，而陶德法（又稱系列 60）比較適用單螺旋槳運輸船的有效功率計算，故而本次設(shè)計采用陶德法中的阻力回歸公式來近似估算阻力大小，系列 60 的17阻力回歸公式是用線性回歸分析方法處理系列 60 的試驗圖譜得到的。對于給定的 102.00m 設(shè)計散貨船，其總阻力系數(shù) 的回歸多項式為：102tC210223456728910112134156(/)(/)(/)(/)(/)//t bbb bbbbCALBdAxLBAdCLBxd????式中： 為浮心縱向位置，以距船中的船長 L 的百分?jǐn)?shù)計，舯前為正。bx為了便于確定回歸系數(shù)，將上式化為下列線性形式： 10212345678901121341516Yaxaxaxax????式中： =1； ； ； ；1x2(/7)/LB?(/)LB??0(.7)bC??； ； ； ； ； ；5(.).5b?26x273x284x2951023x?； ； ； ； ； ；124?12?134145154x654。00.3/8.tYC由上文數(shù)據(jù)：L=102.0m；B=17.2m； =0.821； =-1.2 代入得：bCb=1； =-0.713； =5.86； =1.21； =-0.573； =0.508； =34.34 1x23x45x6x7x； =1.464 ； =0.258 ； =-4.178； =-0.863 ； =0.409 ； =7.091 ； =-891011213143.358； =-0.693 ； =-0.839。156而對于本次設(shè)計的散貨船，其速長比： ，參照參考文1/.5/04.82swVL??獻中的[21]中的表 7-2 的陶德法回歸方程系數(shù)，可得回歸方程前的系數(shù)為:； ； ； ； ；10.79a??20.3a?30.6a4.7a5.16a?； ； ； ； ；668198210490.879； ； ； ； ； 。2.813.54.?15.?16.?將上面的系數(shù)代入線性回歸方程： 10212345678901121341516.7.(0.)0.2(65)(7) 3.4Yaxxaxaxax??????????8249.8(.79)(8)090135)1.6.581(.3).39?????由 推出：102102(7.5)/8.7tYC?181021028.375.35.967.tCY???則設(shè)計散貨船的總阻力 R 與航速 v 的關(guān)系為 ，其中：海水密度210tRCvS???。31025/kgm??表 10 航速、總阻力表總阻力 R（ ）510kN?航速 v（ kn）滿載出港 滿載到港 空載出港 空載到港10 3.740 3.535 2.661 2.35211 4.525 4.278 3.220 2.84612 5.385 5.091 3.832 3.38713 6.320 5.975 4.497 3.97514 7.330 6.929 5.216 4.611由上表可得阻力曲線圖，如下圖 1 所示：圖 1 阻力曲線圖193.4 艙容校核艙容校核就是對新船所能提供的各部分艙容進行估算或計算，然后與所需要的艙容做比較，需要時對設(shè)計進行調(diào)整，以滿足艙容的平衡要求。本次設(shè)計采用的是局部容積的校核方法，因為各個艙室的容積都不是已知或明確告知的。設(shè)計船所能提供的貨艙艙容： 382.756(.912)(0.51.80)40TCCVLAKm????所需要的貨艙容積： 3/71.99462CCVWk????故而設(shè)計船所提供的貨艙艙容略大于所需要的艙容，是符合要求的，無需調(diào)整貨艙艙容。4.螺旋槳設(shè)計MAU 型四葉螺旋槳適用于所設(shè)計的散貨船，而且計算簡便可行，故而采用 MAU 型槳，通過上述的阻力估算數(shù)據(jù)獲得設(shè)計船的有效馬力，從給定的船型及經(jīng)驗公式確定推進因子；計算最大航速；葉空泡校核，來確定螺旋槳主要參數(shù)；以及強度校核來確定槳葉的厚度，并進行螺距或漿葉厚度的修正；確定敞水性特征曲線的確定和航行特征計算;漿葉外形尺寸的計算并繪制螺旋槳的正視，側(cè)視以及伸張輪廓圖。4.1 船型主要參數(shù)船型：鋼質(zhì)、單甲板、尾機型、單槳、單舵，由柴油機驅(qū)動的散貨船，具有球尾和球鼻首線型?？?長 LOA = 108.0 m設(shè)計水線長 LWL= 104.8m 垂線間長 LPP = 102.0m型 寬 B = 17.2m型 深 D =9.3m設(shè)計吃水 d = 7.0 m設(shè)計排水量 △=10084.21t型排水體積 ▽=9838.25 320螺旋槳數(shù) 1 4.2 主機與螺旋槳參數(shù)型 號 8DKM 型柴油機 1 臺 最大持續(xù)功率 3400 hpsp轉(zhuǎn) 速 750 rpm 齒輪箱減速比： 3.95：1螺旋槳型式： MAU 系列螺旋槳葉數(shù)： 四葉螺旋槳材料： ZQAL 12-8-3-2 （K=1.2）材料重度： 7.4 g/m 3槳軸中心距基線 ZP=2.2 m螺旋槳構(gòu)造型式： 整體式旋 向 右 旋4.3 設(shè)計工況阻力估算中涉及到的航速是 10kn-14kn，但在螺旋槳設(shè)計中，采用的計算航速是 12kn-15kn，因為設(shè)計航速為 12.5kn，故而在計算最大航速時，應(yīng)該取些大于 12kn 的航速開始計算比較好，所以直接去掉了 10kn，11kn，而加進 15kn。設(shè)計功率：0.85Pmax表 11 船體有效馬力曲線航 速 V (kn) 12 13 14 15滿載 Pe (kW) 625 784 1187 24041.04Pe (kW) 650 808 1229 25004.4 推進因子的決定通過伴流分?jǐn)?shù) w、推力減額分?jǐn)?shù) t 和相對旋轉(zhuǎn)效率 η R可把船體和螺旋槳聯(lián)系起來，從而解決了孤立螺旋槳和孤立船體的配合問題。因此在螺旋槳設(shè)計時，應(yīng)首先根據(jù)船型估計伴流分?jǐn)?shù) w、推力減額分?jǐn)?shù) t 和相對旋轉(zhuǎn)效率 η R， 然后才能利用螺旋槳敞水系列圖譜。因此，這些數(shù)據(jù)的正確選擇十分重要，如果選取不當(dāng)會產(chǎn)生不良后果。例如，伴流分?jǐn)?shù) w 比實際偏大，這是螺旋槳處于輕載狀態(tài)，不能充分利用主機功率。反之，若伴流分?jǐn)?shù) w 比實際偏小，21則螺旋槳實際工作處于重載狀態(tài)，對主機工作不利。若推力減額分?jǐn)?shù) t 選擇不當(dāng)，則螺旋槳發(fā)出的推力無法與實船阻力平衡。據(jù)型船資料選取伴流分?jǐn)?shù)，根據(jù)泰洛公式：w=0.35 CB—0.05=0.5×0.801-0.05=0.351按漢克歇爾公式?jīng)Q定推力減額分?jǐn)?shù)：t=0.77 -0.30=0.77×0.623-0.30=0.180P取相對旋轉(zhuǎn)效率 1.0?Rη船身效率 = =1.263ωt?1H0.83514.5 可以達到最大航速的計算采用 MAU 4 葉槳圖譜進行計算。因為設(shè)計功率為 0.85Pmax，所以取功率儲備 15％，因本船為尾機型船，故取軸系效率 =0.98,螺旋槳敞水收到功率:Sη=3400×0.85× × =1400×0.85×0.98×1.0=2832.2 hpDPSR根據(jù) MAU4-40、MAU4-55、MAU4-70 的 圖譜列表計算，見表 12。δP?B表 12 圖譜計算列表項目 單位 數(shù)值假定航速 V kn 12 13 14 15VA = V（1-ω） kn 7.788 8.437 9.086 9.735Bp = NPD0.5/VA2.5 59.738 48.904 40.633 34.196 7.729 6.993 6.374 5.848 δ 87.88 80.95 74.73 69.23P/D 0.598 0.621 0.646 0.671η 0 0.514 0.538 0.564 0.581MAU(4-40)PTE = PDη H·η 0hp 1838.613 1924.463 2017.467 2078.277 δ 86.09 79.31 73.23 67.81P/D 0.643 0.664 0.692 0.718η 0 0.495 0.52 0.547 0.574MAU4-55PTE = PDη H·η 0hp 1770.649 1860.076 1956.657 2053.237 MAU(4-70) δ 85.31 78.37 72.45 66.51PB22P/D 0.645 0.673 0.696 0.728η 0 0.478 0.503 0.526 0.549PTE = PDη H·η 0hp 1709.839 1799.266 1881.538 1963.811 圖 2 PTE –f(V)曲線與船體滿載有效功率曲線從圖 2 PTE –f(V)曲線與船體滿載有效功率曲線的之交點，可獲得不同盤面比所對應(yīng)的設(shè)計航速及螺旋槳最佳要素 P/D、D、 如表 13 所示：o?表 13 設(shè)計航速及螺旋槳最佳要素 P/D、 δ 、 D、 o?MAU maxVP/D δ D o4-40 14.831 0.6621 75.51 3.8253 0.58074-55 14.812 0.7077 74.26 3.7572 0.57334-70 14.759 0.7172 73.62 3.7115 0.54344.6 空泡校核螺旋槳在水中工作時，槳葉的葉背壓力降低形成吸力面，若某處的壓力降至臨界值以下23時，導(dǎo)致爆發(fā)式的汽化，水汽通過界面，進入氣核并使之膨脹，形成氣泡，這就是空泡。一般，壓力的臨界值即為該溫度時水的汽化壓力 （或稱飽和蒸氣壓力） 。當(dāng)葉切面某處發(fā)生vp空泡后，該處的葉切面不再與水接觸，不同的空泡發(fā)展程度對葉切面性能的影響也不同。螺旋槳槳葉上經(jīng)常出現(xiàn)的空泡有渦空泡、泡狀空泡、片狀空泡、云霧狀空泡 4 種類型?？张莠F(xiàn)象分為第一階段和第二階段。在第一階段，空泡對螺旋槳的水動力性能不發(fā)生影響，但使葉表面產(chǎn)生剝蝕；第二階段，空泡對槳葉表面無剝蝕作用，但影響螺旋槳的水動力性能。在設(shè)計螺旋槳時應(yīng)考慮其是否發(fā)生空泡或空泡的發(fā)展程度，故需進行空泡現(xiàn)象的預(yù)測，以便確定所設(shè)計的螺旋槳是否合乎要求。一旦槳葉上出現(xiàn)空泡，或?qū)е聵~表面材料剝蝕，或是螺旋槳性能惡化，因而避免槳葉上出現(xiàn)空泡是螺旋槳設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)之一。按伯利爾空泡限界線中的散貨船上限線,計算不發(fā)生空泡之最小展開面積比。槳軸沉深 ： =7.0-2.2=4.8 mpZd hs??=10330+1025×4.8—174=15076 kgf/m2vsav0 phγ??計算溫度： t = 15℃， = 174 kgf/m2， =1166.2hp ρ = 104.63 kgf·s2/m4v D表 14 空泡校核計算表數(shù)值序號 項目 單位 MAU4-40 MAU4-55 MAU4-701 Vmax Kn 14.83 14.81 14.762 VA = 0.5144 Vmax (1-ω) m/s 4.9513 4.9449 4.92723 (0.7πN D/60) 2 2(/)ms709.6342 684.5766 668.02124 + (3)A2R7.0?734.1493 709.0288 692.29885 σ=( p 0- pv)/ 2R7.01V?0.3151 0.3263 0.33426 τ c (查圖 7-20) 0.1206 0.1241 0.12817 T = PD·η 0·75 /VA kgf24912.7068 24626.7875 23426.22058 AP = c2R7.1/???V2m5.3785 5.3499 5.04939 AE = AP/(1.067 - 0.229P/D) 5.8757 5.9119 5.593210 AE/A0 = AE / 24?0.5113 0.5332 0.5170據(jù)下表計算結(jié)果作圖 3：24圖 3 空泡數(shù)據(jù)和給定 AE/A0 圖求得不發(fā)生空泡的最小盤面比以及所對應(yīng)的最佳螺旋槳要素： 0.563； ?0E/0.7128； 3.843m； 0.578； 14.781kn。?DP/?o??maxV4.7 強度校核為了船舶的航行安全，必須保證螺旋槳具有足夠的強度，使其在正常航行狀態(tài)下不致破損或斷裂。為此，在設(shè)計螺旋槳時必須進行強度計算和確定槳葉的厚度分布。螺旋槳工作時作用在槳葉上的流體動力有軸向的推力及與轉(zhuǎn)向相反的阻力，兩者都使槳葉產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)。螺旋槳在旋轉(zhuǎn)時槳葉本身的質(zhì)量產(chǎn)生徑向的離心力，使槳葉收到拉伸，若槳葉具有傾斜或縱斜，則離心力還將時槳葉產(chǎn)生彎曲。在計算槳葉的強度時，可把槳葉看作是扭曲的、變截面的懸臂梁，而且其橫截面是非對稱的。因精確進行強度計算比較困難，所以，在設(shè)計螺旋槳的實踐中，一般都用理論和實驗相結(jié)合的近似方法來進行螺旋槳的強度計算。按 2001 年《規(guī)范》校 及 ，應(yīng)不小于按下式計算之值：0.25Rt.6， ，XKYt??eZbnNA13?ZbDNGAX1032d2?計算功率 N E=3400×0.98=3332 hp25Ad=AE/A0=0.563，P/D=0.7128， ε=10 0，G=7.4 g/cm 3 ，N =190r/minb0.66R=0.226D×AE/Ao/0.1Z=0.226×3.843×0.563/0.4=1.222 mb0.25R=0.7212b0.66R=0.8816 mb0.6R=0.9911b0.66R=1.212 m實際槳葉厚度按 t1.0R=0.0035D=13.45 mm 與 t0.25R=107.8 連直線繪制圖 3：， 0.214.6R?0.31.47R?， .8t .569t， 0.63.90.7.2，8Rtm9Rtm圖 4 槳葉厚度表 15 強度校核計算表26數(shù)值項目 單位0.25R 0.6R弦長 b m 0.8816 1.212634 207250 1511410 635K1,K2,K3,K4 查表 8-24 34A1=(D/P)(K1-K2D/P0.7)+K3D/P0.7-K4 2371.5198 850.0620Y=A1Ne/ZbN 12034.2905 3137.713582 2334 1241 65K5,K6,K7,K8 查表 8-2380 330A2=(D/P)(K5+K6ε )+K7ε +K8 1382.0314 1180.6173材料系數(shù) K（鋁鎳青銅） 1.3800 1.3800X=A2GAdN3D3/1010Zb 0.3436 0.2135t=[Y/(K-X)]0.5 mm 107.7562 51.8637MAU 標(biāo)準(zhǔn)槳葉厚度 t?mm 146.9948 83.7774校核結(jié)果 滿足要求 滿足要求實取槳葉厚度 mm 107.8000 52.00004.8 螺距修正螺旋槳設(shè)計中，有些參數(shù)往往與所用系列螺旋槳不同，例如：按上面螺旋槳強度計算所得的槳葉厚度大于選用系列螺旋槳的厚度，不可以直接采用系列螺旋槳的厚度及厚度分布，另外，設(shè)計螺旋槳的轂徑比與系列螺旋槳不同，這種情況下，必須對設(shè)計螺旋槳的螺距進行修正，使兩者性能相同。274.8.1 轂徑比不同對螺距的修正根據(jù)《船舶推進》圖 2-22 查得： 1/31/3()(28.90)2.46DPN??確定螺旋槳軸的軸徑 dt ： 345.9 ； 2×345.9=691.8 tdmhdm=0.18，此值與 MAU 槳標(biāo)準(zhǔn)轂徑比（0.18）相同，故對此項螺距無需進行修正。Ddh/4.8.2 葉厚比不同對螺距的修正由于實際槳葉厚度大于 MAU 槳標(biāo)準(zhǔn)厚度，故需因厚度差異進行螺距修正。設(shè)計槳： 054.63.94.027. ?????????Rbt標(biāo)準(zhǔn)槳：(取 MAU4-55 為基準(zhǔn)槳)2.1757.0??????DtR0.6705???????????682.075.139386301NPVsA?0.6241??????????? 608.1//. 0', AdEhhE? ??????????????????????????????? 75.241.5.04.75,7.07.07.0 Ebttbt ?標(biāo)設(shè)0.00340-0.00364??????????????????????? 398.6.82.127.00RTtsDP修正后的螺距比:0.7111???????????????tB04.9 重量及慣性矩計算在螺旋槳設(shè)計中，必須進行重量和慣性矩的估計，以提供軸系計算、工廠備料以及離心力計算等需要。螺旋槳的總重量為葉片重量和轂重量之和。通常比較精確的計算方法是：先根據(jù)槳葉不同半徑處各切面的形狀求得其切面面積，其次用近似積分法算出槳葉之體積和體積慣性矩，最后分別乘以材料的重量密度，及可得螺旋槳的重量和重量慣性矩。MAU 型螺旋槳沒有提供切面有關(guān)資料，所以采用按照統(tǒng)計資料得出的近似公式進行計算。