船舶與海洋工程畢業(yè)設(shè)計(jì)78m長拖船性能計(jì)算

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　78M長拖船性能計(jì)算</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 船舶與海洋工程

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　目 錄</b></p

3、><p><b>　　摘要1</b></p><p>　　ABSTRACT2</p><p><b>　　1總體部分</b></p><p>　　1.1分析任務(wù)書與母型資料3</p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)船排水量及主要尺度確定4</p><p>

4、;　　1.3布置設(shè)計(jì)與繪制總布置草圖5</p><p>　　1.4設(shè)計(jì)船重量重心計(jì)算8</p><p>　　1.5總布置正式圖19</p><p><b>　　2 性能部分</b></p><p>　　2.1設(shè)計(jì)船型線圖繪制20</p><p>　　2.2靜水力計(jì)算與靜水力曲線圖23&l

5、t;/p><p>　　2.3設(shè)計(jì)船初穩(wěn)性與浮態(tài)計(jì)算36</p><p><b>　　3 大傾角穩(wěn)性部分</b></p><p>　　3.1繪制乞氏剖面圖及數(shù)據(jù)處理計(jì)算40</p><p>　　3.2 繪制穩(wěn)性橫截曲線及靜穩(wěn)性曲線57</p><p><b>　　4 總結(jié)部分67<

6、;/b></p><p><b>　　致謝詞68</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)69</b></p><p><b>　　附圖70</b></p><p><b>　　外文翻譯71</b></p><p>

7、;<b>　　摘要</b></p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是78M長拖船性能計(jì)算。依據(jù)給定的任務(wù)書和母型船資料，采用母型船改造法進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，主要包括總體、性能和大傾角穩(wěn)性三部份設(shè)計(jì)。這是一艘多用途拖船，經(jīng)參考母型船，選取以下11種典型的裝載狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算：甲板載1000t貨物出港和到港，載水泥干散貨出港和到港，載水泥出港和到港，載干散貨出港和到港，壓載出港和到港以及消防到港。<

8、/p><p>　　在總體部分設(shè)計(jì)中，主要借助母船資料和規(guī)范，完成新船排水量的估算、主尺度的確定、重量與重心估算和總布置設(shè)計(jì)等。</p><p>　　在性能部分設(shè)計(jì)階段，完成新船的型線設(shè)計(jì)、靜水力計(jì)算和浮態(tài)與初穩(wěn)性計(jì)算，所運(yùn)用的方法有仿氏變換和梯形法等。</p><p>　　而本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是大傾角穩(wěn)性部分。主要完成穩(wěn)性計(jì)算、穩(wěn)性橫截曲線和靜穩(wěn)性曲線的繪制。其中，運(yùn)用了乞

9、貝雪夫法等。</p><p>　　[關(guān)鍵詞] 三用拖船；性能計(jì)算；總體設(shè)計(jì)；大傾角穩(wěn)性</p><p>　　The performance calculations of a 78M-long tug</p><p>　　[Abstract] The course of this design is focused on the performance design

10、 of a 78M-long tug. This design primarily using the parent ship transformed method includes three big parts of contents:the part of the general, the performance, and the initial stability at big angle.This is a multi-fun

11、ctional tug. By referring to the parent ship,the 11 typical loading conditions are decided. They are holding deck cargo 1000t departure/arrival, holding mud&dry bulk departure/arrival, holding mud departure/</p>

12、;<p>　　In the general design, primarily using the data of the parent ship and the norm to complete the displacement, the main dimensions, the weight and center of gravity of the new ship.</p><p>　　In

13、the stage of performance design, I complete the type lines of the new ship,the calculations about the performances in static water and the initial stability. the methods for using are the imitative transformation and Tra

14、pezoidal method.</p><p>　　But the point part of this design is the initial stability at big angle, primarily calculating the stability ahout the new ship, drawing the stability curve in horizontal cut and in

15、 static water. The Tchebysheff's rule is used.</p><p>　　[Key Word] ATHS; performance design; general design; the stability at large angle </p><p><b>　　1總體部分</b></p><p&

16、gt;　　船舶的總體設(shè)計(jì)是后續(xù)研究的基礎(chǔ)，要在深入分析技術(shù)任務(wù)書和調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行船舶總體方案的設(shè)計(jì)，應(yīng)完成船舶總體性能和主要技術(shù)指標(biāo)、船舶裝置和各種系統(tǒng)的原理設(shè)計(jì)，通過一定的理論計(jì)算，確定船體的基本技術(shù)形態(tài)、主要參數(shù)、主要設(shè)備和造型等重大技術(shù)問題。</p><p>　　1.1分析任務(wù)書與母型資料</p><p>　　由于船舶的設(shè)計(jì)任務(wù)書是對該船使用任務(wù)和技術(shù)要求的體現(xiàn)，是設(shè)計(jì)的依據(jù)

17、和出發(fā)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)船為焊接式鋼結(jié)構(gòu)，雙柴油機(jī)，雙槳?？蛇M(jìn)行遠(yuǎn)洋作業(yè),按無限航區(qū)設(shè)計(jì)。其主尺度要求與母型船相差不大，且主要參數(shù)基本不變，因此，以母型船作為參照，按相應(yīng)法規(guī)和規(guī)范進(jìn)行一系列的設(shè)計(jì)工作。</p><p>　　1.1.1 任務(wù)書要求</p><p>　　船 名： 78m三用船</p><p>　　航 區(qū)： 無限航區(qū)</p><

18、;p>　　船型特征：該船為焊接式鋼結(jié)構(gòu)，雙柴油機(jī)，雙槳。</p><p>　　用 途： 本船為平臺供應(yīng)/溢油回收/安全備用三用船，主要從事近海平臺和海岸之間甲板貨物和人員的運(yùn)輸；從海岸向近海平臺輸送易耗品—淡水，柴油，散裝水泥，泥漿，鉆井水，鹽水，原油，甲醇或類似的化學(xué)產(chǎn)品，通用材料和設(shè)備等；對外消防；安全備用/應(yīng)急營救；回收溢出的油；防污染。</p><p><b>

19、　　主尺度： </b></p><p>　　總長LOA 78.00 m</p><p>　　垂線間長LPP ～70.00 m</p><p>　　型寬B 17.60 m</p><p>　

20、　型深D ～7.80 m</p><p>　　設(shè)計(jì)吃水d ～6.30 m</p><p>　　載重量 DW ～3600t</p><p>　　船級與船籍：ABS/美國</p><p><b>　　船員

21、定額：50p</b></p><p>　　主機(jī) C6190ZLC型船用柴油機(jī)2臺，額定功率：2206 KW，額定轉(zhuǎn)速：750rpm，耗油率：≤208g/kW.h。</p><p>　　齒輪箱：HC300型船用齒輪箱，減速比為3:1。</p><p>　　輔機(jī)：四臺卡特彼勒590KW ,柴油驅(qū)動發(fā)電機(jī)99 KW (440V/3/60Hz)，總耗油率：≤2

22、28g/kW.h 。</p><p>　　航速：13.0Kn/100%MCR。</p><p>　　續(xù)航力/自持力：各工況不同,最大為27天。</p><p>　　船體結(jié)構(gòu)（材料、結(jié)構(gòu)形式等）：本船為全焊接鋼結(jié)構(gòu)。全船肋距600mm。</p><p>　　1.1.2母型船主尺度：</p><p>　　總 長

23、LOA　　　　　　　　 76 m</p><p>　　垂線間長 LPP　　　　　 68.4 m</p><p>　　型 寬 B 17.6 m</p><p>　　型 深 D　　　　　　　　　　　

24、7.80m</p><p>　　設(shè)計(jì)吃水 d 6.30 m</p><p>　　載 重 量 DW 3500t</p><p>　　肋 距 s 0.60 m <

25、;/p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)船排水量及主要尺度確定</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)資料提供的條件與要求，本設(shè)計(jì)由母型改造法生成型線。用母型改造法可以保持優(yōu)秀母型船的型線特征，對新船的性能比較容易把握。新船各項(xiàng)性能要求與母型船差別不大，排水量也相當(dāng)。用仿氏變換即可得到新船主尺度及排水量。</p><p><b>　　;;;</b></p>

26、;<p>　　式中：分別為新船的船長、型寬、吃水；</p><p>　　分別為母型船的船長、型寬、吃水；</p><p>　　m,n,p則分別為仿氏變換系數(shù)。</p><p>　　確定新船的主尺度為：</p><p>　　兩柱間長 LPP　　　　　 70.2m</p><

27、p>　　型 寬 B 17.6 m　　　</p><p>　　型 深 D　　　　　　　　　　 7.80m</p><p>　　設(shè)計(jì)吃水 d 6.32 m</p><p>　　肋 距 s

28、 0.60 m</p><p><b>　　經(jīng)仿氏變換有：</b></p><p>　　= /（××）=（××）=6342t</p><p>　　1.3總布置設(shè)計(jì)與繪制總布置草圖</p><p>　　根據(jù)新船的特點(diǎn)和任務(wù)書的要求，結(jié)合后

29、文型線設(shè)計(jì)結(jié)果，在分析母型資料的基礎(chǔ)上，先擬訂能反映總布置大體輪廓和布局的草圖。經(jīng)過對草圖核算分析，解決總體布局后，再根據(jù)型線圖的型值，更具體地對各艙室及設(shè)備進(jìn)行更詳細(xì)的布置，對母型船進(jìn)行了適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)。</p><p>　　參考母型船總布置設(shè)計(jì)情況，按照總布置設(shè)計(jì)說明，結(jié)合設(shè)計(jì)船的實(shí)際用途，可以畫出總布置草圖，為以后作出正式總布置圖做準(zhǔn)備，也為整個船體的設(shè)計(jì)作出一個大致的輪廓。</p><p&

30、gt;　　1．3．1艙室分布:</p><p>　　表1-1 主船體的主要艙室排布</p><p>　　主機(jī)位于F33-F49。詳細(xì)請見總布置圖。</p><p>　　在主甲板到艏樓甲板之間，有一間油漆間，一個醫(yī)療設(shè)備儲藏室，一間治療室，一間接待室，一間120座的大廳，一間大洗手間，一間可用來停尸的甲板堆放室，以及一間有擔(dān)架、雙人鋪等人員救助設(shè)備的收容區(qū)。在上層建

31、筑之后至船尾為開口的堆放貨物的艙室。</p><p>　　在艏樓甲板到上艏樓甲板內(nèi)有一間廚房，一個個冷藏室，一個38座船員餐廳，一個高級船員餐廳。以及一間更衣室（內(nèi)含洗衣房），二氧化碳室，一間中央空調(diào)機(jī)房，一間發(fā)電機(jī)組室，一間制冷室，一間儲存室和休閑娛樂室。還有帆纜庫，油布室等。</p><p>　　上艏樓甲板至居住甲板內(nèi)設(shè)有一間辦公室，一間儲物室，一間被服庫和11間船員室，其中包括7間4

32、人間和4間2人間。</p><p>　　高級船員甲板到駕駛室甲板內(nèi)除了電子室外有5個兩人間，2個一人間。以及船長的臥室和起居室，輪機(jī)長的起居室和臥室。</p><p>　　上層建筑的最上兩層為駕駛室和羅經(jīng)甲板。</p><p>　　1．3．2救生設(shè)備:</p><p>　　救生筏：6只載員為25人的膨脹型救生筏，按照Solas74的要求儲藏在

33、玻璃鋼容器中。</p><p>　　救生圈：共提供16只救生圈。4只帶有28米的浮性救生繩，8只帶有30米的浮性救生繩以及自亮式電燈（2只帶有煙霧信號裝置），2只帶有自亮式電燈及煙霧信號，2只帶有自亮式電燈。</p><p>　　救生衣：提供50只認(rèn)可型救生衣并堆放在每張床鋪的附近，另外增加10只備用救生衣。</p><p>　　救助艇：2只Solas認(rèn)可的快速救助

34、艇兩側(cè)帶艇柱，一側(cè)可以負(fù)載15人，另一側(cè)可以負(fù)載9人。結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，且在靜水狀態(tài)下可以持續(xù)航行至少4小時20分鐘。</p><p>　　1．3．3消防設(shè)備:</p><p>　　在油回收操作區(qū)域，提供兩臺干粉式消防滅火器及2只便攜式泡沫滅火器；在機(jī)艙和廚房中配有2套消防毯，2套長度為36英寸的且?guī)в心举|(zhì)手柄的消防斧；布置有帶快速控制閥的儲氣瓶以及自動報(bào)警裝置的完全覆蓋式CO2滅火系統(tǒng)用于機(jī)艙及

35、泵室消防，CO2鋼瓶將存放在獨(dú)立的艙室中，可以通過對CO2鋼瓶或擊碎機(jī)艙及泵室入口的按鈕箱玻璃進(jìn)行CO2釋放操作。機(jī)艙局部水滅火系統(tǒng)。</p><p>　　1．3．4錨及系泊設(shè)備配備:</p><p>　　錨：2只AC-14HHP型無桿錨，堆放在錨穴中，每只錨重量為2640kg</p><p>　　錨鏈：總長為550m，直徑為46mm的U3級有擋鏈，分成左，右兩部分

36、，且安裝錨鏈轉(zhuǎn)環(huán)和卸扣。</p><p>　　錨機(jī)：安裝2臺電動-液壓型錨機(jī)，該錨機(jī)適合與規(guī)定直徑的錨鏈，且安裝1只纜繩卷筒和1只帶纜卷筒。</p><p><b>　　制鏈器：2只。</b></p><p>　　系泊纜繩：4根長度為180m</p><p><b>　　導(dǎo)纜器：7只</b><

37、/p><p>　　1．3．4航行信號設(shè)備：</p><p>　　安裝有雙層玻璃式24V D.C x 40瓦特的航行燈，3盞桅頂燈，2盞拖航燈，1盞左舷燈，1盞右舷燈，1盞艉燈，2盞錨燈，1套入境燈，1套失控指示燈（3盞）。</p><p>　　1．3．4其他主要設(shè)備配備：</p><p>　　甲板克令吊：安裝1臺電動-液壓型吊桿起重機(jī)，安全負(fù)荷為

38、5噸，回轉(zhuǎn)半徑為10米。</p><p>　　每臺克令吊提供單獨(dú)的液壓動力單元。</p><p>　　艏側(cè)推：2臺縱向艏部器由功率大約為515KW的電動馬達(dá)驅(qū)動。1臺縱向側(cè)推，由電動馬達(dá)驅(qū)動。</p><p><b>　　詳見總布置圖</b></p><p>　　1．4設(shè)計(jì)船重量重心計(jì)算</p><p

39、>　　根據(jù)重量重心計(jì)算表確定設(shè)計(jì)船各部分各工況的重量重心。</p><p>　　1．4．1空船重量估算：</p><p>　　對于拖船船體鋼料和舾裝重量與空船重量之比：</p><p>　　， 取0.45； 則=1197t</p><p>　　， 取0.25； 則=665t</p><p>　　其中新船的與母船

40、的相同</p><p>　　=-+=2660t-1197t-665t=798t</p><p>　　=++=1228.5t+682.5t+798t=2709t</p><p>　　1．4．5載重量估算：</p><p>　　1．4．5．1人員、行李、食品、及淡水重量的估算：</p><p>　　各裝載物密度依母型船提供

41、的資料取。取值如下：燃油0.9t/，污油水0.9t/，</p><p>　　潤滑油0.9t/，淡水1t/，海水1.025t/，水泥2.5t/，鹽水泥漿2.5t/，原油0.9t/，干散貨2t/，甲醇0.79t/。</p><p><b>　　1）人員及行李：</b></p><p>　　設(shè)定船員的數(shù)量為50人</p><p&g

42、t;　　船員重量：75×50=3.75t</p><p>　　船員行李重量：50×50=2.5t</p><p>　　船員及行李總重量：6.25t</p><p>　　2) 食品及淡水： </p><p>　　淡水：由設(shè)計(jì)船總布置圖中求得淡水艙艙容為 =604.82 t</p><p>　　食品：

43、27×50×4=5.4t</p><p>　　1．4．5．2燃油、滑油重量：</p><p>　　= 27×24×(0.208×4412+0.228×2459+0)×1.1×10-3</p><p><b>　　=1053.8t。</b></p>&l

44、t;p>　　燃油計(jì)算各個艙在98%空間利用情況下的重量。甲醇艙也取98%。</p><p>　　輪滑油重量取主機(jī)滑油艙和輔機(jī)滑油艙的70%。污水污油艙也取70%艙容計(jì)算。詳細(xì)見下面重量重心表。</p><p>　　1．4．5．3備品，供應(yīng)品：</p><p><b>　　備品供應(yīng)品=</b></p><p>　　1

45、．4．6重量重心計(jì)算表：</p><p>　　現(xiàn)計(jì)算設(shè)計(jì)船典型的11種裝載狀態(tài)：甲板載1000t貨物出到港，載水泥干散貨出到港，載水泥出到港，載干散貨出到港，壓載出到港，消防到港。</p><p>　　表1-2 甲板載1000t貨物出港</p><p>　　表1-3 甲板載1000t貨物到港</p><p>　　表1-4 載水泥干散貨出

46、港</p><p>　　表1-5 載水泥干散貨到港</p><p>　　表1-6 載水泥出港</p><p>　　表1-7 載水泥到港</p><p>　　表1-8 載干散貨出港</p><p>　　表1-9 載干散貨到港</p><p>　　表1-10 壓載出港</p>

47、<p>　　表1-11 壓載到港（消防到港工況同壓載到港）</p><p><b>　　1.5總布置正式圖</b></p><p>　　在前面總布置草圖的基礎(chǔ)上，經(jīng)進(jìn)一步設(shè)計(jì)和細(xì)化，畫出較詳細(xì)的表示全船艙室及設(shè)備布置的總布置正式圖。見附圖（PZF-001）。</p><p><b>　　2 性能部分</b>&

48、lt;/p><p>　　性能設(shè)計(jì)是新船設(shè)計(jì)中的一個極其重要的環(huán)節(jié)，性能設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系到所設(shè)計(jì)新船的各種使用性能，在船舶設(shè)計(jì)中具有決定性作用。本章主要從靜力學(xué)的角度對靜水力性能和各種工況下的浮態(tài)進(jìn)行計(jì)算分析。</p><p>　　2.1仿氏變換與設(shè)計(jì)船型線繪制</p><p>　　仿氏變換已由前面的總體部分計(jì)算完成，經(jīng)仿氏變換得出了設(shè)計(jì)船的主要尺度，為以后的設(shè)計(jì)計(jì)算作

49、了鋪墊。</p><p>　　船體型線是關(guān)系到新船全局性的項(xiàng)目之一。它是總布置設(shè)計(jì)、船體結(jié)構(gòu)與性能計(jì)算，以及機(jī)艙布置等一系列設(shè)計(jì)項(xiàng)目的依據(jù)和基礎(chǔ)。本設(shè)計(jì)船型線由母型船型線進(jìn)行仿氏變換而來，并在保證航行性能、總布置要求、船體結(jié)構(gòu)的合理規(guī)范和考慮工藝性及經(jīng)濟(jì)性等因素后，對變換后的型線作適當(dāng)?shù)男薷模罱K得到了設(shè)計(jì)的船體型線圖。</p><p>　　型線圖見附圖（PZF-002）。</p&g

50、t;<p>　　從設(shè)計(jì)船的型線圖中讀取各型值，型值表參見表2-1。</p><p><b>　　表2-1 型值表</b></p><p>　　2.2靜水力計(jì)算與靜水力曲線圖</p><p>　　2.2.1 靜水力計(jì)算</p><p>　　靜水力計(jì)算采用梯形法，列表計(jì)算如下：</p><p

51、>　　表2-2船舶靜水力計(jì)算表</p><p>　　表2-3 ▽, ⊿, CB, TPC計(jì)算表</p><p>　　表2-4 xB 計(jì)算表</p><p>　　表2-5 KB（ZB）計(jì)算表</p><p>　　表2-6 BM, BML, MK(ZM), KML(ZML) 計(jì)算表</p><p>

52、　　表2-7　MTC計(jì)算表</p><p>　　表2-8 CM，CP計(jì)算表</p><p><b>　　總表 Ⅷ </b></p><p>　　2.2.2 靜水力曲線繪制</p><p>　　根據(jù)上述各表的計(jì)算結(jié)果繪制靜水力曲線圖，見附圖（ZHC838-100-003）。靜水力曲線圖全面表達(dá)了船舶在靜止正浮狀態(tài)下

53、浮性和穩(wěn)性要素隨吃水而變化的規(guī)律。</p><p>　　圖中包括下列曲線： </p><p>　?。?）型排水體積▽曲線； （2）總排水體積▽曲線</p><p>　?。?）總排水量△曲線； （4）浮心縱向坐標(biāo)XB曲線；</p><p>　?。?）浮心垂向坐標(biāo)ZB曲線；

54、 （6）水線面面積Aw曲線；</p><p>　?。?）漂心縱向坐標(biāo)XF曲線； （8）每厘米吃水噸數(shù)TPC曲線；</p><p>　?。?）橫穩(wěn)性半徑BM曲線； （10）縱穩(wěn)性半徑BML曲線；</p><p>　?。?1）每厘米縱傾力矩MTC曲線； （12）方型系數(shù)CB曲線；</

55、p><p>　?。?3）棱型系數(shù)Cp曲線； （14）水線面系數(shù)Cwp曲線；</p><p>　?。?5）中橫剖面系數(shù)CM曲線。</p><p>　　2.3 設(shè)計(jì)船初穩(wěn)性與浮態(tài)計(jì)算</p><p>　　初穩(wěn)性與浮態(tài)是設(shè)計(jì)船的重要指標(biāo)，有關(guān)法規(guī)要求初穩(wěn)性高經(jīng)自由液面修正后均應(yīng)不小于0.15m，而拖輪的出穩(wěn)性高則起碼不小于

56、0.5m，結(jié)果表明本船在幾種典型裝載情況下的初穩(wěn)性高滿足該規(guī)定，列表計(jì)算如下：</p><p>　　表2-9 浮態(tài)及初穩(wěn)性高度計(jì)算表</p><p><b>　　3大傾角穩(wěn)性部分</b></p><p>　　前面的穩(wěn)性與浮態(tài)計(jì)算是船舶在靜水中的各種漂浮狀況，是在小角度傾斜時的船舶穩(wěn)性，即初穩(wěn)性。本部分要討論的是船舶在大角度傾斜時的穩(wěn)性，即大傾

57、角穩(wěn)性。船舶在各種不同的裝載狀況和航行時段，由于受惡劣的海況等的影響，會使穩(wěn)性發(fā)生很大的變化，從而影響船舶的使用性及其他各種性能，并會給船舶帶來危險(xiǎn)。所以研究船舶的大傾角穩(wěn)性是具有極其必要性的，這也是船舶設(shè)計(jì)的重要一項(xiàng)。</p><p>　　3.1 繪制乞氏剖面圖及數(shù)據(jù)處理計(jì)算</p><p>　　3.1.1 繪制乞氏剖面圖</p><p>　　本節(jié)采用變排水量法計(jì)

58、算船舶靜穩(wěn)性曲線，取十個乞氏剖面參與計(jì)算，在型線圖的縱鋪面圖與半寬水線圖中，以船中為坐標(biāo)原點(diǎn)，分別在船中前后0.0827L、0.1655L、0.2482L、0.3309L、0.4136L處取十個乞氏剖面站號，作出十個乞氏剖面，并將船中以前5號～10號六個站號的剖面及梁拱用實(shí)線畫出，船中以后的0號～4號用虛線畫出。</p><p>　　計(jì)算水線取3000WL，4000 WL，5000WL ，6000 WL和7000

59、 WL四條，旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的偏移距離取C=2.8m，計(jì)算時，c值偏向入水一舷取作為正，反之取負(fù)。</p><p>　　假定重心設(shè)置在基線上，即有。</p><p>　　傾角間隔取δφ=10°，取值取10°到80°，計(jì)算結(jié)果取10°到60°。</p><p>　　乞氏剖面圖繪制如下：</p><p>&

60、lt;b>　　圖3-1</b></p><p>　　3.1.2 數(shù)據(jù)處理與計(jì)算</p><p>　　在乞氏剖面圖中，取了五條水線，高度分別為3.0m，4.0m，5.0 m，6.0m，7.0m，間隔為1.0m ，這五條水線包括了從空載到滿載的所有排水狀況。最高水線和最低水線的c值取為-2.8m、+2.8 m，其他各點(diǎn)連直線決定：（如圖3-2）</p><

61、p><b>　　圖3-2</b></p><p>　　具體計(jì)算過程按表格處理如下：</p><p><b>　　表3-1</b></p><p><b>　　表3-2</b></p><p><b>　　表3-3</b></p><

62、;p><b>　　表3-4</b></p><p><b>　　表3-5</b></p><p>　　3.2 繪制穩(wěn)性橫截曲線及靜穩(wěn)性曲線</p><p><b>　　3.2.1 </b></p><p>　　由以上的計(jì)算結(jié)果，以排水體積▽為橫坐標(biāo)，以靜穩(wěn)性臂ls為縱坐標(biāo)

63、，繪制不同橫傾角的穩(wěn)性橫截曲線如下圖3-3所示。</p><p><b>　　圖3-3</b></p><p>　　3.2.2 靜穩(wěn)性曲線</p><p>　　由穩(wěn)性橫截曲線，根據(jù)不同載況下的船舶排水量和重心高度，就可以計(jì)算在大傾角情況下，穩(wěn)性隨橫傾角的變化而變化的情形。計(jì)算如下：</p><p>　　表3-6 靜穩(wěn)性

64、計(jì)算表</p><p><b>　　續(xù)表</b></p><p>　　由以上表格計(jì)算結(jié)果繪制成四種狀態(tài)下的靜穩(wěn)性曲線，如下：</p><p>　　圖3-4 甲板載1000t貨物出港靜穩(wěn)性曲線圖</p><p>　　圖3-5 甲板載1000t貨物到港靜穩(wěn)性曲線圖</p><p>　　圖3-6

65、載水泥干散貨出港靜穩(wěn)性曲線圖</p><p>　　圖3-7 載水泥干散貨到港靜穩(wěn)性曲線圖</p><p>　　圖3-8 載水泥出港靜穩(wěn)性曲線圖</p><p>　　圖3-9 載水泥到港靜穩(wěn)性曲線圖</p><p>　　圖3-10 載干散貨出港靜穩(wěn)性曲線圖</p><p>　　圖3-11 載干散貨到港靜穩(wěn)性曲線

66、圖</p><p>　　圖3-12 壓載出港靜穩(wěn)性曲線圖</p><p>　　圖3-13 壓載到港（同消防到港）靜穩(wěn)性曲線圖</p><p>　　3-7 動穩(wěn)性計(jì)算表</p><p><b>　　續(xù)表</b></p><p><b>　　續(xù)表</b></p>

67、;<p><b>　　3.2.3 結(jié)論</b></p><p>　　在十一種典型載況下，拖船的初穩(wěn)性高在2.2到3.2之間，滿足拖船0.5到0.8的要求。在靜穩(wěn)性曲線圖中，初穩(wěn)性高與原點(diǎn)的連線和靜穩(wěn)性曲線在原點(diǎn)基本相切，這表明靜穩(wěn)性曲線和初穩(wěn)性高都是合理的。經(jīng)大傾角穩(wěn)性計(jì)算，從靜、動穩(wěn)性圖表中可以看到不同載況大傾角情況下靜、動穩(wěn)性臂隨傾斜角度的變化。設(shè)計(jì)船在各種裝載狀況下的穩(wěn)性

68、都滿足要求，符合設(shè)計(jì)的規(guī)定。</p><p><b>　　4總結(jié)部分</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用母型改造法，參考有關(guān)資料及按照設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，對全回轉(zhuǎn)三用拖船進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。結(jié)合本人在大學(xué)四年過程中對船舶專業(yè)的學(xué)習(xí)認(rèn)識，在指導(dǎo)老師的幫助下進(jìn)行的設(shè)計(jì)。</p><p>　　設(shè)計(jì)船的主尺度由仿式變換法確定。型線圖采用母型改造法繪制，并

69、進(jìn)行三向光順修改。而后根據(jù)型線圖，修改完善總布置圖。設(shè)計(jì)過程中，由于船長主要增加了第5號燃油艙，主要目的是增加遠(yuǎn)洋拖船的航行距離，以及為海上平臺或者需要救濟(jì)的船補(bǔ)充燃油。其他艙室的劃分大體上與母型船相同。</p><p>　　船舶總重量有以下典型的工況情況：甲板載1000t貨物出到港，載水泥干散貨出到港，載水泥出到港，載干散貨出到港，壓載出到港和消防到港。這十一種工況的重心位置參考所給母型船資料進(jìn)行列表估算。并根

70、據(jù)以上計(jì)算出的十一種裝載狀態(tài)的重量、重心位置對浮態(tài)和初穩(wěn)性進(jìn)行計(jì)算校核，其中相關(guān)數(shù)據(jù)取自靜水力計(jì)算所繪制的靜水力曲線圖。</p><p>　　整個設(shè)計(jì)過程，一環(huán)扣著一環(huán)，中間稍有點(diǎn)差錯，就會影響到后面的設(shè)計(jì)，所以在做的過程中，要時刻注意校對、驗(yàn)證。這之間，我也出現(xiàn)了不少問題。比如，在估算重量時，由于母型資料不足，一些重量無法估算，所以采用了母型船的一些數(shù)據(jù)。在大傾角計(jì)算中一度數(shù)據(jù)很不合理，經(jīng)過兩天的逆推運(yùn)算和檢查

71、，才發(fā)現(xiàn)原來是一個很小的標(biāo)識錯誤。</p><p>　　此次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我自己看懂了以前很多在上課沒想明白的一些概念，比如說入水出水等概念，以前上課的時候沒弄懂，現(xiàn)在看起來是如此簡單。另外對AutoCAD、Word、Excel等軟件有了很好的掌握，并能熟練的應(yīng)用，受益非淺。但作為第一次船舶的初步設(shè)計(jì)，本人深感能力所限，經(jīng)驗(yàn)的不足，所得設(shè)計(jì)結(jié)果不盡如人意。設(shè)計(jì)中存在一些不足之處，懇請老師批評和指正。</p>

72、;<p>　　此外，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)母型資料全英文，起初看懂很難，可是在設(shè)計(jì)完成之時，我很欣慰我學(xué)到了很多專業(yè)英語知識。這次設(shè)計(jì)的三用拖輪和即將到崗工作的船廠建造的主要船型契合，對我的專業(yè)成長有很大的幫助。</p><p>　　最后，感謝各專業(yè)課老師的指導(dǎo)和幫助，使我能順利的完成此次設(shè)計(jì)。 </p><p><b>　　致謝詞</b></p>

73、<p>　　感謝各位專業(yè)課老師多年的指導(dǎo)和培養(yǎng)！這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成要特別感謝杜振煌老師的辛勤指導(dǎo)！</p><p><b>　　[參考文獻(xiàn)]</b></p><p>　　[1] 應(yīng)業(yè)炬.《船舶快速性》[M].北京：人民交通出版社，2007 </p><p>　　[2] 顧敏童.《船舶設(shè)計(jì)原理》[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，2001

74、 </p><p>　　[3] 杜忠仁.運(yùn)輸船舶金屬船體質(zhì)量估算方法[J].上海造船，1996（1）</p><p>　　[4] 盛振邦,劉應(yīng)中.船舶原理[M]. 上海：上海交通大學(xué)出版社，2003 </p><p>　　[5] 程斌，潘偉文.船舶設(shè)計(jì)教程[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，1988</p><p>　　[6] 中國船舶工業(yè)總公

75、司.船體設(shè)計(jì)實(shí)用手冊（總體分冊）[S].北京：國防工業(yè)出版社，1998</p><p>　　[7] 楊永祥，茆文玉，翁士綱.船體制圖[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，1995 </p><p>　　[8] 盛振邦，楊尚榮，陳霍深.船舶靜力學(xué)[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，1992 </p><p>　　[9] D.G.M.Watson,A.W.Gilfilla

76、n.Some ship design methods.The Naval Architect,1977</p><p>　　[10] 黃德波.船舶工程專業(yè)英語[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2001 </p><p>　　[11] J.D.Van Manen,J.Kamps.The effect of afterbody on propulsion .SNAME,1959(67)&

77、lt;/p><p>　　[12] 邵世民，趙連恩，朱念昌.船舶阻力[M].北京：國防工業(yè)出版社，1995</p><p>　　[13] 王國強(qiáng)，盛振邦.船舶推進(jìn)（修訂本）[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，1995</p><p><b>　　附圖：</b></p><p>　　總布置圖. 圖號PZF-001<

78、/p><p>　　型線圖. 圖號PZF-002</p><p>　　靜水力曲線圖. 圖號PZF-003</p><p><b>　　外文翻譯</b></p><p>　　Hydrodynamic Optimal Design of</p><p>　　Ducted Azimuth Th

79、rusters</p><p>　　Isao Funeno1</p><p>　　1 Kawasaki Heavy Industries, Kobe, Japan </p><p>　　ABSTRACT </p><p>　　In recent years ducted azimuth thrusters are almost essent

80、ial to propulsion system of such vessels - tugboats, AHTS (Anchor Handling/Tug/Supply) vessels and others. However, it is very difficult to assess accurately their hydrodynamic performance both experimentally and numeric

81、ally. Mainly the complicated configuration and the specific operations, that is, bollard pull conditions, cause the difficulties to analyze the hydrodynamic performance. The author undertakes serious action to solve the

82、is</p><p>　　many results obtained during the hydrodynamic optimal design of the ducted azimuth thrusters, the following topics are described, </p><p>　　Hydrodynamic interaction between the nozzl

83、e and the gear case housing, </p><p>　　Total performance assessment using the complete whole unit models. </p><p>　　Especially the author emphasizes that the unit thrusts can be increased by im

84、proving hydrodynamic interaction between the nozzles and the gear case housings even for applying popular nozzles such as MARIN No.19A. </p><p><b>　　Keywords </b></p><p>　　Ducted Az

85、imuth Thrusters, CFD, Propeller, Nozzle </p><p>　　1 INTRODUCTION </p><p>　　In recent years, ducted azimuth thrusters shown in Figure 1 for examples are almost essential to propulsion system o

86、f such vessels–tugboats, AHTS (Anchor Handling/Tug/Supply) vessels, cable laying vessels, oceanographic research vessels, drilling vessels and others. Nonetheless there are increasing requirements of better performances

87、; higher free sailing efficiency and higher bollard pull of the ducted azimuth thruster units. However, from a viewpoint of the hydrodynamic design, it is more d</p><p>　　the ducted azimuth thruster units th

88、an that of conventional open propellers due to the following issues, </p><p>　　Shape complexity of the units composed of propellers, nozzles, gear case housings, struts, stays and so on, </p&g

89、t;<p>　　Strong hydrodynamic interaction between propellers and nozzles, </p><p>　　Specific operating condition: performance assessment in bollard pull condition (J=0, in zero ship speed, where

90、J: advance coefficient). </p><p>　　Figure 1 Ducted azimuth thrusters (Kawasaki Rexpeller KST-180).</p><p>　　Regarding numerical approaches, potential flow methods are very useful for perfor

91、mance assessment in the free sailing conditions. However, these can hardly analyze it in the bollard pull condition. On the other hand, at experimental approaches, ducted azimuth thrusters increase the potential of gene

92、ration of hub vortex in heavily load condition, which results in a loss of energy and affects considerably propeller torque (Funeno 2002), as the ducted azimuth thrusters normally have no rudder </p><p>

93、　　Therefore, it is necessary to develop the computational methods taking exactly interaction between propellers and nozzles in bollard condition in account and the measurements including correctly the effect of hub vort

94、ex. In connection with these issues, Kawasaki Heavy Industries (KHI) has been actively involved by applying the advanced incompressible viscous CFD(Computational Fluid Dynamics) technique to flow around the duct

95、ed azimuth thrusters and conducting the tank tests using </p><p>　　In the following chapters, the author describes the advanced CFD technique and the measurements using the small dynamometer for hydrody

96、namic optimal design of the ducted azimuth thrusters in KHI. Among a number of the obtained results, the following topics are described in this paper, Hydrodynamic interaction between nozzles and gear case housings, <

97、/p><p>　　Total performance assessment using complete whole unit models. </p><p>　　2 COMPUTATIONAL METHOD </p><p>　　For the above-mentioned issues, it is appropriate to apply a versat

98、ile CFD technique based on the unstructured grid method to complicate geometry such as the ducted azimuth thruster units. In the following sections, the computational method is described in brief. </p><p

99、>　　2.1 General </p><p>　　The governing equations to solve were the Reynolds averaged Navier-Stokes equations (RANSE) and the mass continuity equation for incompressible viscous fluid (Ferzige

100、r and Peric 2002). The whole computational flow domains around the units were divided into numerous minute cells. The equations were discretized based on the finite volume method to fulfill conservation of m

101、omentum and mass for all the cells. Then the equations were solved numerically by using the SIM</p><p>　　The effect on flow field by propeller rotation was considered by introducing centrifugal f

102、orces and Coriolis forces in relative coordinate system fixed at a rotating propeller as body forces in RANSE. For all the computations of the complete whole units, the blades were static at some positions

103、 in circumferential direction like a frozen propeller. By the so-called quasi-steady analysis method or the frozen rotor method, hydrodynamic interaction between the rotating </p><p>　　The computed

104、three velocity components and pressure in each cell enable the calculations of the pressure and shear forces acting on the surface of the thruster units. </p><p>　　The commercial CFD software, STAR-CD

105、(2004), was adopted, since the software provided all the functions above mentioned and the accuracy of computation was extensively examined for this kind of problems.</p><p>　　2.2 Grid Generations and Bounda

106、ry Conditions </p><p>　　All the grid generation were accomplished through the 3D-CAD data of the ducted azimuth thruster units. The unstructured grid method was applied to the grid generation due to complic

107、ated geometry of the units. As describing the following section, the computational domains for the heavily load conditions like bollard pull conditions should be tremendous compared to size of the thruster units as Abde

108、l-Maksoud etal recommended (2002). Finally the boundary conditions for all the computations were</p><p>　　Figure 2 Example of surface mesh of complete ducted azimuth thruster unit. </p><p&g

109、t;　　2.3 Conditions for Bollard Pull Computations </p><p>　　At first, the computations in bollard pull conditions (zero ship speed) were executed according to the reference (Funeno 2006) with the t

110、remendous computational domains. Then all the outer boundary conditions set constant static pressure. However, the unreasonable results were obtained, which for example, the ratio of the propeller thrust to th

111、e nozzle thrust was about 80:20. Normally the ratio should be expected about 50:50 around zero speed condition (J=0.0). Eventuall</p><p>　　3 EXPERIMENTS</p><p>　　Conventionally the open-wat

112、er propeller characteristics of ducted propellers at tank tests were measured using dynamometers that were installed in propeller open-boats behind the ducted propellers as shown Figure 3. However, under su

113、ch circumstances it is difficult to assess accurately the performance including effect of hub vortex shedding from boss cap end in heavily load conditions especially. Besides the hub vortex effect becomes much