1、船 舶 設 計 原 理(Ch2)2-2 空船重心的分析估算2-1 概 述2-3 載重量估算2-4 重心估算第二章 船舶重量與重心重量方程式 W=LW十DW LWWh十Wf十Wm2-1 概 述一 重量方程式與浮性方程式式中，LW:空船重量(t) Wh:船體鋼料重量(t) Wf:木作舾裝重量(t) Wm:機電設備重量(t) DW:載重量(t)，包括貨物、船員及其行李、 旅客及其行李、燃油、滑油及爐水、 食品、淡水、備品及供應品等重量。*載貨量Wc*浮力方程式 kLBTCb式中, : 水的密度(1tm 3 ,1.025tm3) : 該裝載情況下的型排水體積(m 3 ) k: 附體體積系數(shù)，通常為1.

2、0041.01 L: 船長（m）,通常指垂線間長，即Lpp B: 型寬（m) T: 吃水（m) Cb: 方形系數(shù)浮性方程式 W=kLBTCb2-1 概 述 空船排水量： LW指新船竣工交船時的排水量 其中的機電重量是濕重滿載排水量：LW十DW裝載了預定的全部載重量時 的排水量滿載排水量也稱為設計排水量（如果重量估算準確）壓載排水量：無貨空放航行時，加載一定壓載水。 民船常以滿載載況作為設計狀態(tài)、它是決定船舶主要要素的基礎。2-1 概 述二 民船典型載況2-1 概 述在船舶規(guī)范中對各類船舶的典型載況都有規(guī)定對于海船干貨船，設計中通常取四種典型載況滿載出港-設計狀態(tài)；滿載到港-這時的油水等重量、規(guī)

3、定為設計狀態(tài)時油水儲備量的10；壓載出港-船上不載運貨物，有所需的壓載水。但油水儲備量為設計狀態(tài)的100；壓載到港-船上不裝載貨物，有所需的壓載水而油水等為其總儲備量的10；2-1 概 述 直接影響船舶經(jīng)濟性和航行性能重量設計得過輕：船的實際重量值將大于計算值、重力大于浮力，實際吃水將超過設計吃水， 必須減載航行。 船舶干舷減小，船舶大角穩(wěn)性與抗沉性難以滿足。 甲板容易上浪船舶結構強度也可能不滿足要求。重量計算得過重： 船舶尺度選擇勢必偏大。重心縱向位置計算誤差過大：船將出現(xiàn)較大縱傾，影響船舶的浮態(tài)、快速性與耐波性；船舶重心高誤差過大：影響船舶穩(wěn)性與橫搖性能。三 重量重心估算的重要性2-2 空

4、船重量的分析與估算空船重量估算的準確度是船舶設計能否成功的關鍵原因是空船重量占了船舶排水量的相當部分，影響因素多，不容易估算準確。拖 船 0.850.95大型油船0.200.35漁 船0.600.70中、小型客船0.500.70中、小型貨船0.300.43大型客船0.450.60大型貨船0.270.36駁船0.200.30中、小型油船0.350.50各類船舶的空船重量和滿載排水量之比2-2 空船重量的分析與估算 空船重量通常分為 船體鋼料重量Wh 木作舾裝重量Wf 機電設備重量Wm 三大部分，各部分又細分為若干組,各組再分成若干項一 空船重量的分類2-2 空船重量的分析與估算二 船體鋼料重量W

5、h的分析與估算1.1 船舶尺度及系數(shù) 船長，船寬，型深 ，吃水，方形系數(shù)1.2 布置特征1.3 船級、規(guī)范、航區(qū)1.4 其它因素1。影響船體鋼料重量的因素2-2 空船重量的分析與估算船寬B: 一些橫向構件(如船底與甲板橫向構件、 橫艙壁平臺、甲板等)與船寬有關； 船寬對橫向強度影響較大， 但對船體縱向強度 影響不大。綜合起來看、船寬對船體鋼料重量影響次于船長。1。影響船體鋼料重量的因素2-2 空船重量的分析與估算型深D: 型深對舷側板、肋骨、艙壁、支柱等構件 有影響、型深增加要引起它們的重量增大； 型深增加船體梁的剖面模數(shù)增大，船體縱 向構件斷面尺寸減小，從而可減小它們的重量。對于大船,型深增

6、加，其船體鋼料重量不一定增加 或增加甚微甚至會減少；對于小船,型深增加要使船體鋼料重量增大。吃水和方形系數(shù)：對Wh影響很小1。影響船體鋼料重量的因素2-2 空船重量的分析與估算2.Wh粗略的估算方法2.1 百分數(shù)法2.2 平方模數(shù)法 2.3 立方模數(shù)法2.4 指數(shù)法2.5 統(tǒng)計公式法 2-2 空船重量的分析與估算2.1 百分數(shù)法假定Wh正比于 即式中，Ch ，系數(shù),可根據(jù)母型船選取， (其中 ,Wh0 、ho 分別為母型船的鋼料重量和排水量。 估算時所參考的母型船，應當與設計船類型、主體結構形式及船體材料相同、主尺度及船舶上層建筑豐滿度相近的實船；其Ch應盡量采用多艘實船分析比較后確定。2.W

7、h粗略的估算方法2-2 空船重量的分析與估算 2.2 平方模數(shù)法（常用于內河船舶及小型船舶） 此法假定h正比于船體結構的總面積并用L、D、B的某種組合來表征。最常見的形式為： WhCh*L(B十D) 2.3 立方模數(shù)法（適合大的豐滿型船舶） 此法假定Wh正比于船舶內部總體積，并以LBD作為內部總體積的特征數(shù),簡稱立方模數(shù)最常見的形式為： WhCh*L*B*D2.Wh粗略的估算方法2-2 空船重量的分析與估算 2.4 指數(shù)法Wh= Ch*LBDdCb+Wc試中指數(shù)可從下表中選擇，常數(shù)項Wc與主尺度無關 船體鋼料重量指數(shù)形式的回歸系數(shù) 2.Wh粗略的估算方法 船型 指數(shù) 小型貨船1.250.750

8、.7500.50散貨船1.8780.695-0.1890.1580.197油船（2萬7萬噸）1.830.7500.393集裝箱船1.7590.7120.4300常規(guī)客船1.450.9450.66002-2 空船重量的分析與估算2.5 統(tǒng)計公式法 對于一些結構形式相差不大、布置特點比較穩(wěn)定、有大量相近實船的船型，如大型油船、散貨船、集裝箱船等，在設計初始階段用統(tǒng)計公式法估算Wh是十分有效的。常見的有穆瑞公式（適于中型散貨船）， Wh=ChL1.65(B+D+T/2)(Cb+0.8)阿德文克公式（適于大型散貨船）， Wh=ChL1.878B0.695D-0.189T0.158Cb0.197瓦待生智

9、爾費蘭公式（適于散貨船、雜貨船和集裝箱船等） Wh=ChE1.36(1+0.5(Cb-0.7)2.Wh粗略的估算方法2-2 空船重量的分析與估算2.5 統(tǒng)計公式法 僅有雙層底，K=0.2610.273 雙底雙殼，K=0.2760.345 集裝箱船：2.Wh粗略的估算方法2-2 空船重量的分析與估算 木作舾裝重量名目繁多，各自獨立，規(guī)律性差。 初始設計階段較難估準。通常將木作舾裝重量分成四類來分拆其對Wf的影響：(1)與船舶排水量和主尺度相關的重量，船舶設備與系統(tǒng)，包括錨、系泊設備、消防系統(tǒng)、管系、舵、油漆(2)與船員和旅客人數(shù)、生活設施標準相關的重量， 如艙室木作(內圍壁、天花板)、家具、衛(wèi)生

10、設備、救生設備(3)與船的使用特點相關的重量， 如貨船的起貨設備及艙口蓋，拖船的拖帶設備，救助船的救助設 備漁船的漁撈和加工設備等。(4)特殊要求的重量， 如減搖裝置、側推裝置等，按船東要求和船舶技術性能要求而定。三 木作舾裝重量Wf的分析與估算2.1 百分數(shù)法 Wf=Cf 此法僅用于建筑待征較穩(wěn)定的貨物運輸船的隊初估、結果較粗略。2.2 平方模數(shù)法 Wf=CfLB Wf=CfL(B+D)常用于運輸船舶的估算，其結果較百分數(shù)法準確2.3 立方模數(shù)法 Wf=CfLBD常用于客船、拖船、漁船等的估算。2-2 空船重量的分析與估算2. f的粗略估算方法 機電設備重量包括主機、輔機、軸系、動力管系與電

11、氣設備等，大致分為三部分：(1)已知重量，如主機、鍋爐、發(fā)電機組等的重量。(2)可以計算的重量，如軸系重量。(3)其他配套設備重量如其他埔機、泵、管系等影響機電設備重量的主要因素是主機的類型與功率。2-2 空船重量的分析與估算四 機電設備重量Wm的分析與估算2-2 空船重量的分析與估算初始設計階段，當缺乏可靠的母型船機電設備重量Wm分項資料時，設計船的Wm可按主機功率的大小來粗略估算之。 WmCm*P Cm為機電設備重量系數(shù)可取自母型船或有關圖表資料， P 為主機額定功率(kw)。 有時也可采用統(tǒng)計公式來估算，但必須核算幾條相近實船來檢驗公式計算結果的可信度。 2. m的粗略估算方法 選用主機

12、、輔機相近的型船的Wm資料時，進行逐項比較，相同的照抄，不同的項目進行修正、沒有的項目刪去等，這是最常用的方法、也是比較可靠的方法。 技術設計階段或施工設計末期，根據(jù)機舶布置圖、輪機設備明細表，軸系計算書及相關圖紙，電氣設備布置圖和電氣設備清冊等匯總求得精確的全船機電設備重量。2-2 空船重量的分析與估算3.Wm比較精確的估算方法-逐項比較法2-2 空船重量的分析與估算 固定壓載是固定加在船上的載荷，通常采用生鐵塊、石頭、水泥塊和礦渣塊等、一般在下水前后加放在船的底部 固定壓載的作用主要在于降低船的重心以提高穩(wěn)性；增加重量以加大吃水；必要時也可用來調整船的縱傾。 固定壓載有時是不可避免的，有時

13、則是設計失誤造成的貨船：設計有固定壓載則是不經(jīng)濟的，也是不合理的。拖船、渡船、海洋調查船、客船：有時要加固定壓載 五 固定壓載與排水量裕度 1.固定壓載在船舶設計中，為確保設計船的載重量，避免船舶超重，通常在分部估算Wh、Wf及Wm的基礎上，將LW預加一定裕度稱為排水量裕度,其原因有三： (1)估算誤差 (2)設備增加 (3)采用代用設備和材料 裕度取法一般有下列兩種： 取空船重量的百分數(shù)。在初步設計階段，通常取為2一5LW(大船用小的數(shù)字)。 分項儲備，即分別在船體鋼料、木作舾裝、機電設備各部重量加一裕度，初始設計階段，一般常取它們各自重量的2一4、4一8、2一5。2-2 空船重量的分析與估

14、算五 固定壓載與排水量裕度 2.排水量裕度 船舶載重量DW包括以下各項：DW= + + + + + 船員及行李，旅客及其行李；淡水和食品；燃油、滑油及爐水;貨物（Wc)備品及供應品;壓載水2-3 載重量估算任務書給出DW,可以求得Wc任務書給出Wc,可以求得 DW一 載重量估算1. 人員及行李、淡水、食品 人員及行李 人員的重量通常按每人平均65kg重計算, 每人攜帶行李的重量約為： 船員行李 40一65kg 長途旅客行李 40一65kg 短途旅客行李 10一35kg食品及淡水總儲備量自給力人員數(shù)定量自給力R/24vs R-續(xù)航力（n mile或km);vs-服務航速（kn或km/h)食品:2

15、.5-4.5kg/天，淡水定量為50-100kg/天 100-200kg/天（海船） .2-3 載重量估算一 載重量估算2-3 載重量估算. 燃油、滑油及爐水3.1 燃油 W0=0.001g0Ps(R/vs)k 根據(jù)主機功率、續(xù)航力、航速、耗油率等計算通常取儲備系數(shù)為1.11.2。3.2 滑油 WL=W0 由于船上潤滑油用量較少，初始設計階段，滑油儲備量可取為燃油總量的某個百分數(shù)。柴油機船取3%-5%，汽輪機船取0.8%-1.0% (功率大航程遠的取小值）3.3 爐水 WbW=0.001 Qt用來補充船上蒸汽漏失所需的爐水量。小型船舶可以不計及此項。一 載重量估算2-3 載重量估算.備品及供應

16、品 備品：為保證船舶正常航行用于臨時維修，應付緊急事故和持殊情況所儲備的備用部件、設備與裝置、包括錨、燈具、損壞管制器材、油漆等。 供應品：零星物品，如床上用品、炊具、信號旗、辦公用品、醫(yī)療器材、電視機等。 通常取為0.5-1.0LW。一 載重量估算排水量估算公式：DW/DW 式中： DW載重量系數(shù)DW的估算： 1.多用途貨船： DW0.640.0556(DW/10000) 2.散貨船： DW0.7666+0.1304(DW/105)-0.0775(DW/105)2 + 0.1294(DW/105)3-0.1441(DW/105)4 +0.0469(DW/105)5 3.油船： DW 0.73

17、37K(DW/10000)0.0551排水量的逐步近似估算2-4重心估算 由于船舶型線都是左右對稱的，總布置設計時也總是使左右舷重量相平衡，故ygo。 船舶重心的估算主要指重心縱向坐標xg和重心高zg， xg將決定船舶浮態(tài)影響船舶縱傾， zg則影響船舶穩(wěn)性和橫搖性能。船舶重心估算對船舶技術性能和使用效能的影響甚大船舶重心估算，采用力矩法在重量計算的同時列表進行 重心位置估算xg yg zg2-4重心估算 1.1空船重心高度 （粗估法，分部分項換算，精確計算）（1）粗估法設計初期假定空船重心高度正比于型深即 zg1=1D zg1= 11D 1（2）分部分項換算 如果有母型船的分部重量重心資料，則

18、可以用分部換算法估算設計船鋼料、舾裝、機電各部分的重心高。然后用力矩法求取空船重心高。1.重心高度2-4重心估算（3）精確計算 在技術設計末期，船、機、電各部分設計人員根據(jù)各自圖紙資料，分別計算設計船各部分的重量重心，然后交總體設計人員匯總、編制重量重心計算書，精確計算設計船的空船重量及其重心高。 在設計的初始階段，為確保船舶穩(wěn)性， 將整個空船(包括儲備排水量)的重心提高0.05 0.15m作為新船重心高度的儲備。 也可以根據(jù)Wh、Wf及Wm重心估算的準確性，分別取各自的重心儲備。1.1空船重心高度 2-4重心估算 載重量各項的重心高可按其在船上的位置根據(jù)總布置圖進行估算。 技術設計末期，總體設計人員應精確計算DW各項的重量及其重心高。人員及其行李的重心高仍取為所在甲板以上1m處；貨物、燃油、淡水、壓載水等的重心高按艙容計算結果滑油、食品等的重心高則按總布置圖計算之。 1.2載重量重心高度2-4重心估算（1）粗估法 公式 :xg1=L 應用條件是設計船