5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思5.1.1船型特征和總布置設(shè)想總布置設(shè)想主要包括：主船體特征、機(jī)艙部位、甲板層數(shù)、貨艙形式、上層建筑的大小和位置、船體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等。船型特征是指某一類型船舶總體的基本特征。在充分理解設(shè)計(jì)技術(shù)任務(wù)書要求的基礎(chǔ)上，新船設(shè)計(jì)首先應(yīng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)方案的構(gòu)思，需要對新船的特征和總布置有一個基本的設(shè)想，通過這項(xiàng)工作，可以對新船的概況有一個明確的概念，對如何滿足新船的各項(xiàng)要求進(jìn)行具體的考慮，可將設(shè)計(jì)工作的各個方面直接聯(lián)系起來，便于暴露存在的主要矛盾。下面結(jié)合散貨船和集裝箱船作一概述。5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思5.1.1船型特征和總布置設(shè)想15.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思散貨船船型特征:散貨船以運(yùn)輸大宗貨物為主，主要有：煤、谷物、礦砂等，也可以裝運(yùn)木材、鋼材、紙漿、重貨等。設(shè)計(jì)時一般以其中的一、二種貨物為主來考慮。散貨船的載重量一般都在萬噸以上，大型散貨船為13萬噸～17.5萬噸（好望角型），6～8萬噸級為巴拿馬型（型寬限制約為32.2m），4～5萬噸級的稱為靈便型。散貨船一般都是低速船，所以船體都比較豐滿，大多為單槳推進(jìn)，寬淺吃水型船也有采用雙槳?，F(xiàn)代散貨船一般都設(shè)置具有整流作用，并能兼顧壓載航行工況的球首。5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思散貨船船型特征:散貨船以運(yùn)輸大宗貨25.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思散貨船圖片：5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思散貨船圖片：35.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思75000t散貨船總布置圖：5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思75000t散貨船總布置圖：45.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思散貨船總布置特征:現(xiàn)代散貨船都采用尾機(jī)型，這樣中部方整的部位都可以用于貨艙，有利于貨艙口的布置和提高艙容利用率，也有利于結(jié)構(gòu)的連續(xù)性，提高總縱強(qiáng)度。機(jī)艙的長度在機(jī)艙布置許可的情況下應(yīng)盡量縮短。首尖艙的長度約0.05～0.07LPP，尾尖艙的長度約0.035～0.045LPP。散貨船的貨艙通常設(shè)有頂邊水艙和底邊水艙。這種貨艙形狀的好處是：減少了卸貨時的清艙工作量；可以將散貨裝滿，減少平艙工作量；頂邊艙和底邊艙用于裝載壓載水，增加了壓載量，提高了壓載重心，可增加壓載航行的首尾吃水和改善壓載狀態(tài)的橫搖性能。運(yùn)輸?shù)V砂的散貨船因礦砂密度大，所需艙容小，所以雙層底高度和邊艙尺寸都很大，這樣可避免貨物重心過低，初穩(wěn)性過高，橫搖周期過短。散貨船一般都為單甲板（僅有一層連續(xù)露天甲板）。大型散貨船大多僅設(shè)甲板室，無首樓和尾樓，也有些僅設(shè)首樓，無尾樓；中小型船一般都設(shè)有首樓，并根據(jù)需要也有設(shè)置尾樓。駕駛室以及船員生活艙室等都設(shè)置在船尾。甲板室的層數(shù)和高度根據(jù)所需的布置地位以及駕駛盲區(qū)的要求確定。5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思散貨船總布置特征:現(xiàn)代散貨船都采用55.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思集裝箱船船型特征:集裝箱船的大小通常以20ft標(biāo)準(zhǔn)集裝箱（TEU）數(shù)量來表示。一般來說載箱數(shù)超過2500TEU為大型船，載箱數(shù)在500TEU以下的為小型船。巴拿馬型集裝箱船的載箱數(shù)在2500TEU～4400TEU，超巴拿馬型的集裝箱船都在4000TEU以上。國內(nèi)正在建造的比較典型的巴拿馬型集裝箱船為4250TEU，超巴拿馬型的為8530TEU。5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思集裝箱船船型特征:集裝箱船的大小通65.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思集裝箱船布置特征:集裝箱船的機(jī)艙部位，對于中小型船大多采用尾機(jī)型，大型船也有采用中尾機(jī)型（即機(jī)艙后面還設(shè)一個貨艙）。由于集裝箱船航速較高，方形系數(shù)較小，所以船尾部比較削瘦，采用尾機(jī)型機(jī)艙需要較大的長度，而中尾機(jī)型船的機(jī)艙長度相對可減小。集裝箱船的貨艙形狀由于大開口的要求，絕大多數(shù)采用雙殼體結(jié)構(gòu)。為了提高甲板大開口船的抗彎、抗扭強(qiáng)度，雙殼體的上部都設(shè)有平臺，形成箱形抗扭結(jié)構(gòu)。由于貨艙蓋上要堆裝多層集裝箱（一般在4層以上），所以艙蓋要有足夠的強(qiáng)度。吊裝式艙口蓋因每塊蓋板的重量要控制在起貨設(shè)備的起吊能力范圍內(nèi)，所以艙蓋的大小、布置和支撐形式與貨艙的設(shè)計(jì)也有密切關(guān)系。5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思集裝箱船布置特征:集裝箱船的機(jī)艙部75.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思集裝箱船布置特征:集裝箱船的上層建筑具有長度短，層數(shù)多的特點(diǎn)。長度短是為了節(jié)省甲板面積；層數(shù)多是駕駛室高度的需要，目的是為了解決駕駛盲區(qū)的問題。IMO規(guī)定集裝箱船駕駛盲區(qū)不應(yīng)大于2倍船長，過巴拿馬運(yùn)河時盲區(qū)另有規(guī)定。大中型集裝箱船通常不設(shè)起貨設(shè)備。小型集裝箱船為適應(yīng)小型港口的需要，常設(shè)置甲板起重機(jī)。為了減少設(shè)置起重機(jī)對集裝箱布置的影響，有些船將起重機(jī)布置在舷側(cè)。集裝箱船由于重心很高，為解決穩(wěn)性問題，滿載情況也常需要用壓載水來降低重心高度，所以雙層底艙幾乎全部用作壓載水艙。此外，首尾尖艙、兩舷雙殼體內(nèi)一般也用作壓載水艙。為了平衡裝卸集裝箱時的橫傾，兩舷邊艙中的左右一對壓載水艙通常各裝50％壓載水，用作調(diào)整橫傾。集裝箱船在裝卸艙內(nèi)集裝箱時橫傾不能超過5°，以免集裝箱被導(dǎo)軌卡住。5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思集裝箱船布置特征:集裝箱船的上層建85.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思4250TEU集裝箱船總布置圖:5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思4250TEU集裝箱船總布置圖:95.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思5.1.2主尺度的初步考慮方案構(gòu)思時，對主尺度的選擇首先考慮一個尺度選取范圍。這個范圍可以用絕對尺度的形式表示，也可以用主尺度比的形式給出，如L/B、B/d、L/D等。確定一個主尺度取值范圍可以減少主尺度選擇中的盲目性。船舶主尺度是描述船舶幾何特征的最基本的參數(shù)。主尺度對船舶的運(yùn)載能力、航海性能、操作使用和船舶的經(jīng)濟(jì)性等都有重要影響。合理地選擇和確定主尺度是船舶總體設(shè)計(jì)中最基本最重要的工作之一，也是開展各項(xiàng)具體設(shè)計(jì)工作的基礎(chǔ)。因此，在新船設(shè)計(jì)初始階段的總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思中，主尺度的選擇是首先要考慮的問題?？紤]主尺度選擇范圍的方法主要有母型法、統(tǒng)計(jì)方法和經(jīng)驗(yàn)公式。需要強(qiáng)調(diào)的是：尺度比參數(shù)比絕對尺度更能發(fā)映與船舶性能、強(qiáng)度之間的規(guī)律性關(guān)系。實(shí)踐表明，主尺度在適宜的尺度比范圍內(nèi)選擇，可以有效地控制船舶的一些基本性能。5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思5.1.2主尺度的初步考慮方案105.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思5.1.3主要技術(shù)性能的分析主要技術(shù)性能有：浮性、快速性、完整穩(wěn)性、分艙與破艙穩(wěn)性、耐波性、操縱性、以及船體的強(qiáng)度和振動等。船舶的技術(shù)性能關(guān)系到使用、安全和經(jīng)濟(jì)性。技術(shù)性能的指標(biāo)必須與船舶的經(jīng)濟(jì)性聯(lián)系起來考慮，它們之間存在的各種矛盾，需要設(shè)計(jì)者去權(quán)衡?？紤]船舶的技術(shù)性能，必須清楚：哪些性能是要必須保證的，哪些是要力求提高的，哪些是要兼顧的。在總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思中，必須清楚性能與船舶要素之間的聯(lián)系規(guī)律。本節(jié)針對船舶的快速性、穩(wěn)性、耐波性和操縱性作一分析與討論。5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思5.1.3主要技術(shù)性能的分析主115.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思（一）快速性船舶快速性包括阻力性能和推進(jìn)性能兩部分。研究快速性的問題是在有關(guān)約束條件下，希望能以較低的推進(jìn)功率達(dá)到給定的航速要求；或者在給定的推進(jìn)功率下，盡可能地提高航速。減小阻力，提高推進(jìn)效率始終是船舶設(shè)計(jì)所追求的目標(biāo)。從阻力方面看，船舶的總阻力R取決于排水量、航速、棱形系數(shù)（或者方形系數(shù)）、尺度比（L/B、L/d、L/Δ…）、船體型線等因素。從推進(jìn)效率方面看，對于螺旋槳推進(jìn)方式，螺旋槳的負(fù)荷是主要因素，這涉及到螺旋槳的收到功率、轉(zhuǎn)速、直徑和航速。一般來說，單槳功率越大、轉(zhuǎn)速越高、槳的直徑越小、航速越低，螺旋槳效率也就越低。從設(shè)計(jì)的角度來說，解決快速性的問題主要是選擇合適的主尺度，優(yōu)化船體的型線，控制好螺旋槳的設(shè)計(jì)參數(shù)，必要時采用一些改善快速性的特殊技術(shù)措施。影響快速性的因素:5.1.3主要技術(shù)性能的分析5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思（一）快速性船舶快速性包括阻力性125.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的阻力性能船舶阻力的組成：船舶阻力的分類：因此：其中：5.1.3主要技術(shù)性能的分析5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的阻力性能船舶阻力的組成：船舶135.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的阻力性能傅汝德數(shù)定義：vs——速度（m/s);g——重力加速度（m/s)；L——m（船長）（船速Vs通常用節(jié)表示：kn，1節(jié)＝0.5144m/s）雷諾數(shù)定義：vs——速度（m/s);γ——水的運(yùn)動粘性系數(shù)（m/s)，與水的溫度有關(guān)，溫度越高，γ越小；

L——m（船長）5.1.3主要技術(shù)性能的分析5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的阻力性能傅汝德數(shù)定義：vs—145.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的阻力性能興波阻力特性（1）根據(jù)興波阻力理論分析，可得：或式中：A、B、C、D是常數(shù)；λ是波長；

m是系數(shù)，mL稱為興波長度；S是船的濕表面積。上式表明，興波阻力RW是由兩部分組成，其中第一項(xiàng)為首尾興波產(chǎn)生的“自然興波阻力”；第二項(xiàng)是首尾波（橫波）遭受干擾產(chǎn)生的興波阻力。5.1.3主要技術(shù)性能的分析5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的阻力性能興波阻力特性（1）155.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的阻力性能（興波阻力特性）（2）興波阻力曲線由于是在+1.0～-1.0之間變動，因此CW曲線存在凸起和凹陷的現(xiàn)象，也稱為興波阻力的“峰”和“谷”。當(dāng)時出現(xiàn)“凸起”，即此時首尾橫波產(chǎn)生了不利的干擾。當(dāng)時出現(xiàn)“凹陷”，即此時首尾橫波產(chǎn)生了有利的干擾。5.1.3主要技術(shù)性能的分析5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的阻力性能（興波阻力特性）（2165.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的阻力性能（興波阻力特性）（3）興波干擾興波阻力隨航速成六次方的關(guān)系變化，因此興波阻力占船舶總阻力的比例隨航速的增加而迅速增大，對中高速船，約為30％～50％。對中、高速船減少船舶阻力的努力方向是降低興波阻力，特別是高速船。興波阻力中干擾產(chǎn)生的興波阻力是人們十分感興趣的研究對象。該部分阻力的大小取決于興波長度mL，而mL=f(L,λ，Cp)。因此，干擾作用主要與船長和棱形系數(shù)有關(guān)。船舶設(shè)計(jì)中對應(yīng)一定的設(shè)計(jì)航速，合理選擇船長和棱形系數(shù)對降低興波阻力有重要的關(guān)系。艾亞根據(jù)船模和實(shí)船試驗(yàn)結(jié)果，分析得到的不同F(xiàn)N與波阻“峰”及“谷”的關(guān)系見下表，除此以外還有一些估算的公式。FN0.2000.2140.2320.2560.2830.342峰、谷峰點(diǎn)谷點(diǎn)峰點(diǎn)谷點(diǎn)峰點(diǎn)谷點(diǎn)5.1.3主要技術(shù)性能的分析5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的阻力性能（興波阻力特性）（3175.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的阻力性能摩擦阻力：流體的摩擦阻力就是在邊界層內(nèi)發(fā)生的。邊界層是指粘性流體以速度v流經(jīng)平板時，在平板表面的速度為零，在距離平板一定范圍后，流體速度為v。此范圍稱為邊界層，邊界層的厚薄還與流經(jīng)平板的長度有關(guān)，當(dāng)流過平板一定長度后，邊界層的厚薄不再變化。對于粘性較小的流體（如水）流過平板時，粘性對流動的影響僅發(fā)生在很薄的一層流體內(nèi)，即邊界層厚度極小，但速度變化率很大。摩擦阻力為：根據(jù)摩擦定理：5.1.3主要技術(shù)性能的分析5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的阻力性能摩擦阻力：流體的摩擦185.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的阻力性能(摩擦阻力)摩擦阻力的計(jì)算:摩擦阻力為：式中：對于光板的層流摩擦阻力系數(shù)可得到精確的理論計(jì)算公式，即對應(yīng)的雷諾數(shù)RN

范圍為<（3.5～5.0）×10。但一般船舶的雷諾數(shù)在4×10<RN<3×10，其對應(yīng)的流動狀態(tài)是紊流邊界層。569船舶摩擦阻力系數(shù)計(jì)算公式是根據(jù)平板試驗(yàn)結(jié)果導(dǎo)出的經(jīng)驗(yàn)公式。目前一般用于船模與實(shí)船換算的摩擦阻力系數(shù)是1957ITTC公式（1957年國際船模試驗(yàn)池會議公式）：5.1.3主要技術(shù)性能的分析5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的阻力性能(摩擦阻力)摩擦阻力195.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的阻力性能(摩擦阻力)摩擦阻力的計(jì)算:對于摩擦阻力計(jì)算中采用“相當(dāng)平板”的假定，忽略了實(shí)際船體的彎曲和粗糙，會有誤差。但研究結(jié)果表面，船體彎曲度對摩擦阻力的影響并不顯著，試圖通過改變船體型線的辦法來減小摩擦阻力其效果是不大的。同時，至今尚無公認(rèn)的對形狀效應(yīng)的修正辦法，因此一般不作修正。對于實(shí)際船體表面的粗糙度問題，有過一些研究和經(jīng)驗(yàn)公式，但應(yīng)用并不廣泛。實(shí)際計(jì)算中對此的考慮，是在光滑平板摩擦阻力系數(shù)CF上加上一個與雷諾數(shù)無關(guān)粗糙度補(bǔ)貼系數(shù)ΔCF，即我國一般取ΔCF＝0.0004，但對大船通常取更小的值。5.1.3主要技術(shù)性能的分析5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的阻力性能(摩擦阻力)摩擦阻力205.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的阻力性能(摩擦阻力)減小摩擦阻力一些措施:在一定的航速下，摩擦阻力與船的濕表面積，水的運(yùn)動粘性系數(shù)和船體表面的粗糙度有關(guān)。雖然，對于一定排水量的船，較小的L/B和B/d

值可減小濕表面積，但這些尺度比的選擇通常還有更重要的因素要考慮，因此，一般來說，減小濕表面積的措施是不大可行的。一種大膽的措施是改變運(yùn)動粘性系數(shù)，例如在船體表面噴注稀釋的聚合物溶液、設(shè)置空氣薄膜裝置等。5.1.3主要技術(shù)性能的分析5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的阻力性能(摩擦阻力)減小摩擦215.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的阻力性能粘壓阻力：在理想流體中不存在粘壓阻力。在有粘性的流體中，由于粘性和壓力差影響到邊界層內(nèi)的水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動，從能量觀點(diǎn)看，船尾形成的漩渦消耗了能量。因此粘壓阻力與船的形狀有關(guān)。粘壓阻力主要發(fā)生在船體水下形狀發(fā)生突變的地方。對于豐滿度較小的船，主要發(fā)生在船尾；對豐滿度較大的船，船首肩部（型線發(fā)生突變處）也會產(chǎn)生嚴(yán)重的舭渦，因此型線設(shè)計(jì)中對此應(yīng)加以仔細(xì)考慮。5.1.3主要技術(shù)性能的分析5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的阻力性能粘壓阻力：在理想流體225.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的阻力性能（粘壓阻力）在船模試驗(yàn)換算實(shí)船阻力中，為考慮粘壓阻力，較多采用的是“三因次換算法”。它假定粘壓阻力與摩擦阻力之比為一常數(shù)k，即：或船模的總阻力系數(shù)表達(dá)為：實(shí)船的總阻表達(dá)為：數(shù)值（1+k）稱為形狀因子形狀因子（1+k）數(shù)值的確定是通過試驗(yàn)方法測得，有一定的難度。5.1.3主要技術(shù)性能的分析5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的阻力性能（粘壓阻力）在船模試235.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的阻力性能破波阻力：破波阻力的發(fā)現(xiàn)是在60年代末。對船首豐滿，B/d較大，航速又較高的船破波阻力是不可忽視的阻力成分，對于型線瘦削的船型則可忽略不計(jì)。破波阻力可通過船模試驗(yàn)測量得到。5.1.3主要技術(shù)性能的分析5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的阻力性能破波阻力：破波阻力的245.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的阻力性能求解船舶阻力的方法：船模試驗(yàn)方法：用小尺度的船模，在拖曳水池中試驗(yàn)，應(yīng)用相似定律將阻力換算到實(shí)船。經(jīng)驗(yàn)估算方法：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式和統(tǒng)計(jì)公式或母型船的試驗(yàn)資料進(jìn)行估算。理論計(jì)算方法：根據(jù)流體力學(xué)理論直接計(jì)算，例如Shipflow

軟件。目前，理論方法對興波阻力的計(jì)算已有一些接近成功的算例。對于粘性阻力的計(jì)算尚在研究中。5.1.3主要技術(shù)性能的分析5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的阻力性能求解船舶阻力的方法：255.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的阻力性能船舶阻力的估算方法：①海軍系數(shù)法母型船數(shù)據(jù)粗估方法式中：Δ──排水量（t）；

V──航速（kn）；

PE──有效功率（kw）。

在推進(jìn)效率相當(dāng)?shù)那闆r下，海軍系數(shù)法也可以用于主機(jī)功率PD

的估算。5.1.3主要技術(shù)性能的分析5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的阻力性能船舶阻力的估算方法：265.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的阻力性能船舶阻力的估算方法：母型船數(shù)據(jù)粗估方法②按排水量的引伸比較法當(dāng)兩船水下形狀相近時，可用母型船有效功率曲線（PEo~Vo曲線）上相應(yīng)速度處的PEo按排水量換算新船的有效功率PE，如假定推進(jìn)效率也相當(dāng)，則可用母型船的推進(jìn)效率換算得新船的主機(jī)功率。具體方法是：首先根據(jù)新船的航速按排水量關(guān)系計(jì)算對應(yīng)母型船的船速點(diǎn)：根據(jù)VO在母型船的PEO~VO曲線上查得PEO后，則新船的有效功率PE為：

如假定兩船推進(jìn)效率相等（PEO/PO=PE/P），則

5.1.3主要技術(shù)性能的分析5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的阻力性能船舶阻力的估算方法：275.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的阻力性能船舶阻力的估算方法：母型船數(shù)據(jù)粗估方法③統(tǒng)計(jì)公式例如：適用于中小型船舶的回歸多項(xiàng)式估算公式式中：P──螺旋槳收到功率（kW）；

N──螺旋槳轉(zhuǎn)速（r/min）

5.1.3主要技術(shù)性能的分析5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的阻力性能船舶阻力的估算方法：285.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的阻力性能船舶阻力的估算方法：比較詳細(xì)的估算方法

①比較詳細(xì)的估算方法，常用的是采用相近的船模試驗(yàn)資料來估算新船的阻力。相近的船模試驗(yàn)資料主要有兩種，一種是相近的母型船船模試驗(yàn)資料，另一種是相近的系列船模試驗(yàn)資料。5.1.3主要技術(shù)性能的分析5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的阻力性能船舶阻力的估算方法：295.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的阻力性能船舶阻力的估算方法：比較詳細(xì)的估算方法

②應(yīng)用系列船模試驗(yàn)資料估算阻力系列名稱適用范圍計(jì)算結(jié)果擴(kuò)展的泰勒系列Cp=0.5~0.8適用于雙槳高速瘦削船型裸船體有效功率，計(jì)算的阻力一般偏低60系列CB=0.6~0.8適用于尺度較大，航速較高的單槳商船，首、尾橫剖面呈U型裸船體有效功率，計(jì)算的阻力值略低BSRA系列CB=0.55~0.85適用于的中速單槳海船，尾橫剖面呈U型裸船體有效功率，計(jì)算的數(shù)值略低于實(shí)船SSPA系列CB=0.525~0.75適用于中、高速單槳中小型運(yùn)輸船，首橫剖面呈V形，低速船呈U形裸船體有效功率，對船長大于150m的船，其數(shù)值略高日本肥大型船系列（CB=0.78~0.84）適用于低速肥大型船，橫剖面呈U形裸船體有效功率，數(shù)值比60系列略高淺吃水肥大型船系列（CB=0.79~0.85）適用于低速單槳淺吃水運(yùn)輸船，有球首和球尾，含不同裝載情況裸船體有效功率5.1.3主要技術(shù)性能的分析5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的阻力性能船舶阻力的估算方法：305.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的阻力性能方案構(gòu)思中對減少船舶阻力的一些考慮：（1）在選擇船長時，注意避免興波阻力位于“峰”的區(qū)域。在無法避免時，適當(dāng)取較小的棱形系數(shù)，船型系數(shù)中棱形系數(shù)對興波阻力影響重大。（2）選擇較大的L/B和L/Δ，較小的B/d對降低興波阻力和粘壓阻力有利。但尺度比選擇的考慮因素還很多，必須統(tǒng)籌兼顧，特別是不同速度范圍的船其設(shè)計(jì)考慮的側(cè)重點(diǎn)是不同的。1/3（3）在一定的主尺度和船型系數(shù)下，船體型線設(shè)計(jì)是否優(yōu)秀，對阻力性能仍有較大的影響，必須仔細(xì)優(yōu)化。例如：浮心縱向位置適當(dāng)后移，削瘦首部型線，以便減小興波阻力；設(shè)置減阻的球首等。5.1.3主要技術(shù)性能的分析5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的阻力性能方案構(gòu)思中對減少船舶315.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的推進(jìn)性能船舶推進(jìn)的幾種方式：①螺旋槳推進(jìn)，包括：普通螺旋槳導(dǎo)管螺旋槳可調(diào)距螺旋槳對轉(zhuǎn)螺旋槳串列螺旋槳等②風(fēng)帆③明輪④直葉推進(jìn)器⑤噴水推進(jìn)器5.1.3主要技術(shù)性能的分析5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的推進(jìn)性能船舶推進(jìn)的幾種方式：325.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的推進(jìn)性能螺旋槳的參數(shù)：(1)螺旋槳直徑D、葉數(shù)Z(2)盤面比（伸張面或展開面與盤面積比）：AE/A0(3)螺距比：P/D(4)葉切面形狀特征5.1.3主要技術(shù)性能的分析5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的推進(jìn)性能螺旋槳的參數(shù)：(1)335.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的推進(jìn)性能船舶螺旋槳總的推進(jìn)效率由以下各部分效率組成：（1）傳遞效率ηs

它是指主機(jī)發(fā)出的功率PS與螺旋槳收到的功率PD之比。這中間包括軸系中的軸承效率、尾軸填料函、減速齒輪箱效率等。一般軸系效率約為0.98，齒輪箱效率約為0.96～0.98。（2）推進(jìn)效率ηD

（也稱為準(zhǔn)推進(jìn)效率或擬是推進(jìn)效率QPC）

它是指螺旋槳收到功率PD與有效功率PE

之比。有效功率PE

與主機(jī)發(fā)出功率之比稱為推進(jìn)系數(shù)：

5.1.3主要技術(shù)性能的分析5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的推進(jìn)性能船舶螺旋槳總的推進(jìn)效345.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的推進(jìn)性能（3）螺旋槳敞水效率螺旋槳敞水

效率是指單獨(dú)螺旋槳在水中工作的效率。螺旋槳吸收轉(zhuǎn)矩Q，發(fā)出推力T。轉(zhuǎn)矩的無因次系數(shù)（轉(zhuǎn)矩系數(shù)）KQ

和推力的無因次系數(shù)KT分別為：式中：D——螺旋槳直徑；

n——轉(zhuǎn)速；

ρ——水的質(zhì)量密度。螺旋槳敞水效率:式中J為進(jìn)速系數(shù)：VA——螺旋槳進(jìn)速。5.1.3主要技術(shù)性能的分析5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的推進(jìn)性能（3）螺旋槳敞水效率355.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的推進(jìn)性能（4）船身效率和相對旋轉(zhuǎn)效率在船尾工作的螺旋槳和在敞水情況下工作的螺旋槳不同，首先，船尾處由于伴流的影響的，水流速度不同于船速V，而且伴流是不均勻的；其次，由于螺旋槳工作時的抽吸作用，導(dǎo)致船尾壓力下降，使得船體阻力增加。這些稱之為螺旋槳與船體間的相互作用。產(chǎn)生伴流的原因有形勢伴流、摩擦伴流和波浪伴流。在螺旋槳盤面各點(diǎn)的伴流速度大小和方向各不相同。取盤面處伴流的平均軸向速度為v

（也稱為平均實(shí)效伴流速度），則螺旋槳與該處水流的相當(dāng)速度（VA）為：定義伴流分?jǐn)?shù)w：若已知伴流分?jǐn)?shù)，則螺旋槳的進(jìn)速為：5.1.3主要技術(shù)性能的分析5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的推進(jìn)性能（4）船身效率365.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的推進(jìn)性能螺旋槳對船體阻力的影響——推力減額分?jǐn)?shù)由于螺旋槳工作導(dǎo)致阻力的增加為ΔR，則相對的螺旋槳發(fā)出的推力也要由T再增加一個ΔT，稱ΔT為推力減額，即：定義推力減額分?jǐn)?shù)：由此得船體阻力R

與螺旋槳推力T

之間得關(guān)系有

：推力減額與伴流之間有密切的關(guān)系。螺旋槳在一般工作情況下，推力減額分?jǐn)?shù)t<

伴流分?jǐn)?shù)w。5.1.3主要技術(shù)性能的分析5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的推進(jìn)性能螺旋槳對船體阻力的影375.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的推進(jìn)性能船身效率船的有效功率PE

螺旋槳推進(jìn)功率PT之比稱為船身效率：船模在槳盤處的各點(diǎn)水流速度可以測量，從而可得到槳盤各半徑處的伴流情況，包括伴流的不均勻程度以及平均伴流分?jǐn)?shù)。伴流分?jǐn)?shù)和推力減額的估算公式（詳見教材）5.1.3主要技術(shù)性能的分析5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的推進(jìn)性能船身效率船的有效功率385.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的推進(jìn)性能伴流不均勻性的影響（相對旋轉(zhuǎn)效率）由于在船尾工作的螺旋槳盤面上各點(diǎn)速度不等，即伴流不均勻，使船后槳和敞水槳在同一進(jìn)速下的推力和扭矩也不同。考慮到目前使用的是等推力測量法，因此用相當(dāng)旋轉(zhuǎn)效率

來表示船后槳與敞水槳在扭矩上的差異。相當(dāng)旋轉(zhuǎn)效率可通過試驗(yàn)獲得。對普通單槳船的相對旋轉(zhuǎn)效率約在0.98～1.05之間，雙槳船在0.97～1.0之間。螺旋槳設(shè)計(jì)中，在缺少資料時，一般可?。合鄬πD(zhuǎn)效率也可作寫作螺旋槳敞水收到功率PD0

與船后槳收到功率PDB

之比：5.1.3主要技術(shù)性能的分析5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的推進(jìn)性能伴流不均勻性的影響（395.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的推進(jìn)性能綜上所述，螺旋槳各項(xiàng)推進(jìn)效率為：推進(jìn)系數(shù)P.C為：對于采用普通螺旋槳推進(jìn)方式，提供推進(jìn)效率的措施主要是設(shè)法提高船身效率和螺旋槳敞水效率5.1.3主要技術(shù)性能的分析5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的推進(jìn)性能綜上所述，螺旋槳各項(xiàng)405.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的推進(jìn)性能簡單判別螺旋槳敞水效率可以從螺旋槳功率系數(shù)考慮：功率系數(shù)（負(fù)荷系數(shù)）：式中：N——螺旋槳轉(zhuǎn)速；

PD——螺旋槳敞水收到功率；

VA——螺旋槳進(jìn)速；螺旋槳功率系數(shù)越大，敞水效率也越低。5.1.3主要技術(shù)性能的分析5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的推進(jìn)性能簡單判別螺旋槳敞水效415.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的推進(jìn)性能考慮螺旋槳的性能還有空泡和激振問題，總體設(shè)計(jì)中，特別對螺旋槳的激振必須加以足夠的重視。螺旋槳激振力是引起船舶振動的主要因素之一，現(xiàn)代船舶的噸位、尺度、航速、主機(jī)功率和螺旋槳負(fù)荷也越來越大，因次螺旋槳的激振力問題也引起人們越來越嚴(yán)重的關(guān)切。船舶的振動問題除了設(shè)計(jì)中仔細(xì)把握全船總振動問題以外，局部振動也必須加以重視。為減少螺旋槳激振力對船體的影響，增大槳葉與船體的間隙是有利的。但是，此要求常常與有限的船尾框尺寸發(fā)生矛盾，設(shè)計(jì)中必須對螺旋槳的大小和型線設(shè)計(jì)中船尾框的尺寸加以仔細(xì)的把握。5.1.3主要技術(shù)性能的分析5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的推進(jìn)性能考慮螺旋槳的性能還有425.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的推進(jìn)性能螺旋槳設(shè)計(jì)中的若干考慮（1）螺旋槳的數(shù)目考慮的因素：推進(jìn)性能操縱性船舶的主尺度和尺度比主機(jī)的選型振動（2）螺旋槳葉數(shù)的選擇考慮的因素：效率空泡性能振動5.1.3主要技術(shù)性能的分析5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的推進(jìn)性能螺旋槳設(shè)計(jì)中的若干考435.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的推進(jìn)性能螺旋槳設(shè)計(jì)中的若干考慮（3）螺旋槳直徑和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速與直徑的關(guān)系考慮的因素：直徑的限制條件主機(jī)選型和減速比（4）螺旋槳與型線的配合考慮的因素：船身效率特殊尾型的考慮5.1.3主要技術(shù)性能的分析（5）特殊螺旋槳5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的推進(jìn)性能螺旋槳設(shè)計(jì)中的若干考445.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的推進(jìn)性能螺旋槳設(shè)計(jì)中的若干考慮船、機(jī)、槳的配合：螺旋槳設(shè)計(jì)中，通常以設(shè)計(jì)吃水、新船情況的靜水有效功率曲線為對象。但是，船舶實(shí)際營運(yùn)中，不同裝載情況下排水量不同；實(shí)際海況中有風(fēng)浪作用，船體會產(chǎn)生“污底”，都會使阻力增加；主機(jī)使用舊了，發(fā)出的功率會有所減小，等等。因此航速、螺旋槳工況都會發(fā)生變化。因此，螺旋槳設(shè)計(jì)中，一方面對設(shè)計(jì)槳要進(jìn)行不同有效功率曲線下檢驗(yàn)螺旋槳在不同轉(zhuǎn)速時的推進(jìn)特性，這種檢驗(yàn)就是計(jì)算繪制航行特性曲線。另一方面，在螺旋槳設(shè)計(jì)時要仔細(xì)斟酌主機(jī)的功率點(diǎn)和轉(zhuǎn)速點(diǎn)。5.1.3主要技術(shù)性能的分析5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的推進(jìn)性能螺旋槳設(shè)計(jì)中的若干考455.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的推進(jìn)性能螺旋槳設(shè)計(jì)中的若干考慮主機(jī)功率的折扣和有效功率的風(fēng)浪儲備:主機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下，在規(guī)定的正常維修周期內(nèi)按標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最大功率稱為連續(xù)最大功率MCO，或稱連續(xù)功率或額定功率。在主機(jī)的特性曲線圖上，連續(xù)最大功率和額定轉(zhuǎn)速的交點(diǎn)代表主機(jī)的連續(xù)最大運(yùn)轉(zhuǎn)工況MCR（Maximumcontinuousrating）。在使用中考慮主機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和維修保養(yǎng)，常對主機(jī)功率扣除一個運(yùn)轉(zhuǎn)裕度OM（Operationalmargin），對于運(yùn)輸船舶，其范圍為0％~15％，常取10％?？鄢６群蟮闹鳈C(jī)功率為常用功率。在常用功率和MCR轉(zhuǎn)速下的運(yùn)轉(zhuǎn)工況稱為連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)工況CSR（Continuousservicerating）。推進(jìn)器設(shè)計(jì)工況通常還要考慮航海裕度SM（Seamargin），即風(fēng)浪和污底的影響所引起的阻力增加或推進(jìn)性能的下降。SM一般在0％~25％，國際航行的運(yùn)輸船通常取10％~15％。5.1.3主要技術(shù)性能的分析5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思船舶的推進(jìn)性能螺旋槳設(shè)計(jì)中的若干考465.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思（二）穩(wěn)性5.1.3主要技術(shù)性能的分析船舶的完整穩(wěn)性包括初穩(wěn)性和大傾角穩(wěn)性。與初穩(wěn)性相關(guān)的因素主要有：重心高度、型寬以及水線面系數(shù)。與大傾角穩(wěn)性有關(guān)的因素除了重心高度、型寬因素以外，還與干舷、上層建筑（符合計(jì)入穩(wěn)性條件的部分）、進(jìn)水口位置以及受風(fēng)面積和形心高度有關(guān)。從保證穩(wěn)性考慮，降低重心無論對初穩(wěn)性還是大傾角穩(wěn)性都是很重要的，但是設(shè)計(jì)中受各種因素的限制，控制重心高度的努力和效果總是有限的。水線面系數(shù)對穩(wěn)性有一定的影響，但在型線設(shè)計(jì)中對水線面系數(shù)的選擇同樣受其他因素的限制。與大傾角穩(wěn)性有關(guān)的因素中，受風(fēng)面積、進(jìn)水口位置以及上層建筑大小是由總布置設(shè)計(jì)確定的，它們受船舶使用要求的限制。所以在方案構(gòu)思時對穩(wěn)性的考慮主要還是應(yīng)從型寬和型深的選擇上來控制。5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思（二）穩(wěn)性5.1.3主要技術(shù)475.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思（二）穩(wěn)性5.1.3主要技術(shù)性能的分析船舶適宜的初穩(wěn)性高必須從上限和下限兩方面來考慮。初穩(wěn)性下限是從保證安全和使用要求來考慮，其最低限度必須滿足法規(guī)要求。初穩(wěn)性過低的船在不大的橫傾力矩作用下就會發(fā)生較大的橫傾而且回復(fù)緩慢，有不安全感。此外船在隨浪中航行時穩(wěn)性會下降。從使用要求看，也需要保證一定的初穩(wěn)性高。所以，設(shè)計(jì)中初穩(wěn)性下限的考慮除了要滿足法規(guī)對穩(wěn)性的要求以外，還需考慮實(shí)際使用要求。初穩(wěn)性上限是從橫搖緩和性方面來考慮。初穩(wěn)性高越大，船的橫搖周期就越短，橫搖加速度也越大，這對船舶的安全性也不利，并使船上作業(yè)困難，設(shè)備易出故障，貨物受損，更使人員易暈船或感到不舒服。因此，設(shè)計(jì)中對初穩(wěn)性高的控制是要求在保證初穩(wěn)性下限的條件下力求使橫搖周期長一些，橫搖運(yùn)動緩和些。5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思（二）穩(wěn)性5.1.3主要技術(shù)485.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思（三）耐波性5.1.3主要技術(shù)性能的分析船舶耐波性是研究船舶在波浪中的運(yùn)動，船的運(yùn)動有六個自由度：橫搖、縱搖、首搖、垂蕩（升沉）、橫蕩、縱蕩。其中人們主要關(guān)心的是橫搖、縱搖和升沉，此外，船在波浪中的失速也是耐波性研究中的重要內(nèi)容。船舶耐波性也有稱為“適航性”。船舶設(shè)計(jì)中對耐波性的考慮是關(guān)系到提高船舶在一定的海洋環(huán)境條件下航行或作業(yè)的能力。船舶在波浪中的運(yùn)動和加速度引起船體砰擊、甲板淹濕、阻力增加和螺旋槳飛車，會導(dǎo)致船體結(jié)構(gòu)損傷、設(shè)備儀器損壞、航行失速以及人員疲勞和工作效率低下，甚至傷及人員。因此，耐波性是船舶的一項(xiàng)重要性能。對于一般貨船，根據(jù)船的大小對耐波性考慮的程度有所區(qū)別。小型船舶由于耐波性問題比較嚴(yán)重，因此在主尺度決定、型線設(shè)計(jì)等方面對耐波性問題應(yīng)多加注意。大型船舶一般來說耐波性的矛盾并不突出，所以設(shè)計(jì)中對此的考慮相對次要些。5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思（三）耐波性5.1.3主要技495.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思（三）耐波性1.橫搖5.1.3主要技術(shù)性能的分析橫搖是指船舶繞縱軸所作周期性的角位移運(yùn)動。由于橫搖復(fù)原力矩較小，船在風(fēng)浪中最容易發(fā)生橫搖，且搖幅較大，因此對船舶的航行性能影響也較大。在一定的海洋環(huán)境條件下，改善橫搖的問題主要是提高船舶固有橫搖周期和減少橫搖幅值。周期和幅值也決定了橫搖運(yùn)動的加速度。橫搖周期的計(jì)算公式：式中：Ix和Ax分別為船體和附連水質(zhì)量慣性矩Δ為排水量（t）GM為初穩(wěn)性高（m）由于Ix和Ax都不易計(jì)算，習(xí)慣上將兩者合二為一，即5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思（三）耐波性5.1.3主要技505.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思5.1.3主要技術(shù)性能的分析橫搖周期估算公式IMO近似公式：國內(nèi)法規(guī)近似公式：式中：B/d<2.5時，f取1.0

（三）耐波性1.橫搖5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思5.1.3主要技術(shù)性能的分析橫515.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思5.1.3主要技術(shù)性能的分析為了緩和船舶的橫搖，通常希望船舶的橫搖固有周期（Tφ）超過航區(qū)較常見的大的波浪周期（TW），以避免發(fā)生諧振橫搖，一般希望Tφ≮1.3TW。根據(jù)我國沿海和近海的波浪情況，大的波長約為60m~80m，則對應(yīng)的橫搖周期Tφ應(yīng)不小于8~9秒，遠(yuǎn)海（或無限航區(qū)）的船舶，如果按波長λ＝140m計(jì)算，則Tφ以大于12秒為宜。船舶的橫搖固有周期Tφ∝B/。由于小船的初穩(wěn)性高一般并不比大船小，所以大船一般具有較大的Tφ值，橫搖緩和性較好。對于小型船舶也要求很大的橫搖固有周期是不切實(shí)際的。寬淺吃水船（通常是船的噸位大，但吃水受限制，船寬取得很大）的初穩(wěn)性很高，橫搖周期往往很小，這也是寬淺吃水船性能上很重要的一項(xiàng)缺陷。（三）耐波性1.橫搖5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思5.1.3主要技術(shù)性能的分析為525.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思（三）耐波性（橫搖）5.1.3主要技術(shù)性能的分析改善橫搖的措施設(shè)計(jì)中對橫搖周期的考慮主要通過選擇合適的主尺度與尺度比，特別是B/d。對于減小橫搖幅值，主要是從增加橫搖阻尼方面來考慮。改善船舶橫搖幅值的措施，從設(shè)備方面考慮，可以選用合適的減搖裝置。目前船舶的減搖裝置主要有：舭龍骨、減搖鰭、被動式減搖水艙、可控式減搖水艙等。5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思（三）耐波性（橫搖）5.1.3535.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思（三）耐波性（橫搖）5.1.3主要技術(shù)性能的分析改善橫搖的措施舭龍骨是最簡便又有效的減搖裝置，幾乎被所有的海船所采用。舭龍骨的減搖作用是增加橫搖阻尼，在船低速時也有效果，對其他性能和使用幾乎沒有影響。（1）舭龍骨舭龍骨是安裝在舭部距橫搖中心最遠(yuǎn)的部位，通常位于中剖面舭部的方框線之內(nèi)，縱向沿流線布置。舭龍骨的面積約為LPP×B的2％~4％。其有效長度隨CB增大而增加，在CB=0.6~0.7時，一般不超過0.4LPP，CB≥0.8時，可達(dá)0.6LPP。船首、尾端的舭龍骨因距中心線很近，幾乎沒有作用。5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思（三）耐波性（橫搖）5.1.3545.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思（三）耐波性（橫搖）5.1.3主要技術(shù)性能的分析改善橫搖的措施（2）減搖水艙

重力式減搖水艙，如U型、平面—槽型減搖水艙等。被動式減搖水艙的效果是有爭議的，實(shí)踐中常不受歡迎?？煽厥綔p搖水艙的效果在35％~60％，且在低速時也有效，但造價也較大。減搖水艙要占據(jù)一定的容積，其增加的重量約為排水量的1~4％，對穩(wěn)性也略有影響。（3）減搖鰭減搖鰭是各種減搖裝置中效果最顯著的，減搖效果可達(dá)80％以上，但在低速時效果迅速下降。減搖鰭有收放型和非收放型兩種。小型船舶因地位所限，可采用非收放型。減搖鰭的造價較高，一般使用在橫搖性能比較重要的船舶。5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思（三）耐波性（橫搖）5.1.3555.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思（三）耐波性2.縱搖與升沉5.1.3主要技術(shù)性能的分析船舶在迎浪或斜浪中航行會產(chǎn)生縱搖與升沉運(yùn)動，其不利影響主要是產(chǎn)生船體砰擊、螺旋槳出水、阻力增加以及甲板淹濕等。此外，縱搖與升沉運(yùn)動產(chǎn)生的垂向加速度超過0.15g時，對船上人員的生活和工作就有較大的影響。因此減緩縱搖與升沉運(yùn)動無論對船舶的使用和人員的舒適性都有重要意義5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思（三）耐波性5.1.3主要技565.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思（三）耐波性

（

縱搖與升沉）5.1.3主要技術(shù)性能的分析

船舶的縱搖與升沉運(yùn)動一般難以通過減搖裝置來改善，主要從主尺度的選擇以及型線設(shè)計(jì)方面來考慮。改善縱搖與升沉的措施就主尺度而言，船長L大對改善縱搖與升沉運(yùn)動有利，即L/越大，船在各種海況中維持中等程度的縱搖及甲板干燥的航速范圍也就越大。

為了使船舶在縱搖與升沉運(yùn)動下能達(dá)到較高的航速，縱搖與垂蕩的固有周期（Tθ及TZ）應(yīng)具有較小的值，為此取較大的L/d，較小的CB

和較大的CW

是有利的。但吃水d太小會增大螺旋槳出水的頻率，因此有人建議d/L應(yīng)不小于0.045。

5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思（三）耐波性（縱搖與升沉）5575.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思（三）耐波性

（

縱搖與升沉）5.1.3主要技術(shù)性能的分析改善縱搖與升沉的措施保證船舶空載或壓載航行時一定的首尾吃水是減少船首砰擊和螺旋槳飛車的重要措施。船型系數(shù)中水線面系數(shù)CW

對耐波性的影響是比較顯著的，研究結(jié)果表明CW（尤其是前半體的CWF）取大的值對改善耐波性總是有益的。減少甲板淹濕的一個重要措施是船舶應(yīng)具有足夠的船首高度。

5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思（三）耐波性（縱搖與升沉）5585.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思（三）耐波性

（

縱搖與升沉）5.1.3主要技術(shù)性能的分析風(fēng)浪中的失速

船在風(fēng)浪中航行產(chǎn)生失速的原因，在一般海況下是阻力增加和推進(jìn)效率降低，這種情況通常稱為自然失速；在惡劣海況時，船舶運(yùn)動超過了所能忍受的程度，為避免嚴(yán)重的甲板上浪、船底砰擊或螺旋槳飛車，而被迫大幅降低航速或適當(dāng)改變航向，這種情況通常稱為被迫降速。船的主尺度和船型系數(shù)對波浪中水阻力增加的規(guī)律大體上是：大的CB

總是不利的，尤其是在波長與船長之比（λ/L）大于0.75以后，CB

的影響更為顯著；船寬B增大是不利的；在λ/L=0.9~1.25范圍內(nèi)，增大L/可能是有利的：浮心位置后移一般是有利的。5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思（三）耐波性（縱搖與升沉）5595.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思（四）操作性5.1.3主要技術(shù)性能的分析操縱性良好的船舶應(yīng)具備：足夠的航向穩(wěn)定性；中小舵角時良好的應(yīng)舵性能；符合要求的大舵角回轉(zhuǎn)性能適中的主機(jī)仃車和倒車時的停船性能。解決操縱性的主要技術(shù)措施：選擇有效合理的操縱裝置；控制好主尺度及尺度比；5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思（四）操作性5.1.3主要技605.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思（四）操作性5.1.3主要技術(shù)性能的分析舵是實(shí)現(xiàn)船舶操縱的主要設(shè)備。操舵能使船舶改變航向，把舵置于零舵角位置則具有穩(wěn)定航向的作用。操縱裝置——舵船舶主尺度對航向穩(wěn)定性和回轉(zhuǎn)性的影響規(guī)律通常是矛盾的，例如L/B增大、B/d和CB

減小都可改善航向穩(wěn)定性，但回轉(zhuǎn)性都會下降。在選擇主尺度時應(yīng)避免出現(xiàn)對航向穩(wěn)定性或回轉(zhuǎn)性產(chǎn)生極端不利的情況，要兼顧操縱性中航向穩(wěn)定性和回轉(zhuǎn)性的利弊得失。船體水下側(cè)面積（A）和形狀對航向穩(wěn)定性有很大的影響。當(dāng)側(cè)面積系數(shù)（A/LBP·d）較小，面積形心位于中前時，航向穩(wěn)定性就差，當(dāng)側(cè)面積形心一定時，側(cè)面積系數(shù)大，航向穩(wěn)定性也會改善。船型參數(shù)對操縱性的影響5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思（四）操作性5.1.3主要技615.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思（四）操作性5.1.3主要技術(shù)性能的分析船舶設(shè)計(jì)中應(yīng)避免出現(xiàn)操縱性異常情況。所謂操縱性異常情況是指回轉(zhuǎn)阻尼過小，回轉(zhuǎn)性過強(qiáng)，在零舵角附近航向左右不穩(wěn)定；更有甚者，在把定某一小舵角后，船首還會左右搖擺。這種情況說明船對小舵角應(yīng)答不靈，必須用大舵角才能糾正航向。出現(xiàn)這種情況的原因是，船型豐滿度太大，特別是船尾型線過于肥鈍或尾框設(shè)計(jì)不當(dāng)，舵槳處的流場過分紊亂，存在不定常橫流并導(dǎo)致尾部水流不對稱分離，從而產(chǎn)生不定向的側(cè)向力。改善肥大船航向穩(wěn)定性的措施主要是適當(dāng)增加舵面積，盡量增大呆木或尾鰭的面積，優(yōu)化尾端型線和尾框的設(shè)計(jì)。船型參數(shù)對操縱性的影響5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思（四）操作性5.1.3主要技625.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思（四）操作性5.1.3主要技術(shù)性能的分析當(dāng)航向穩(wěn)定性不好時，船尾設(shè)置呆木或尾鰭是一種常用的有效措施，增大呆木和尾鰭的面積能顯著改善航向穩(wěn)定性，對回轉(zhuǎn)性略有影響?；剞D(zhuǎn)性有特殊要求的船可采用360度全回轉(zhuǎn)螺旋槳。要求快速離靠碼頭等操縱要求時可設(shè)置側(cè)推裝置。改善操縱性的其他措施5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思（四）操作性5.1.3主要技635.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思（五）關(guān)于船舶振動與噪音的考慮5.1.3主要技術(shù)性能的分析船體的振動是船舶設(shè)計(jì)中的一個重要問題，應(yīng)給予充分的注意。導(dǎo)致船體振動的原因主要是振動源的頻率與船體結(jié)構(gòu)的固有振動頻率在低階范圍內(nèi)相等或相近，從而引起共振。當(dāng)船舶的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成以后，船體結(jié)構(gòu)的固有頻率已經(jīng)確定了，此時發(fā)現(xiàn)有共振危害而再想改變船體固有頻率是很困難的。當(dāng)然，對于局部振動問題可以采取局部加強(qiáng)的辦法來改變振動部件的剛性。避免有害振動的措施主要應(yīng)該從減小激振力和改變振動源頻率兩方面來考慮。例如從主機(jī)選型（特別是缸數(shù)），螺旋槳型式、葉數(shù)、轉(zhuǎn)速以及槳與船體及舵之間的間隙等多方面來考慮。船舶的噪聲對船員和乘客是很有害的。船舶噪聲主要來源于螺旋槳和各種機(jī)械以及振動導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)噪聲?？刂圃肼曋饕獜臏p振和隔聲兩方面著手。5.1總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思（五）關(guān)于船舶振動與噪音的考慮5645.2主尺度的分析與初步選擇習(xí)慣上把主尺度、排水量、載重量或載客數(shù)、航速、主機(jī)功率、船員人數(shù)等統(tǒng)稱為船舶主要要素。主尺度是指船長L（一般指垂線間長LPP）、型寬B、型深D和設(shè)計(jì)吃水d，通常把方形系數(shù)及主尺度比參數(shù)也歸為主尺度的范圍。合理地選擇和確定主尺度是船舶總體設(shè)計(jì)中最基本最重要的工作之一，也是開展各項(xiàng)具體設(shè)計(jì)工作的基礎(chǔ)。因此，在新船設(shè)計(jì)初始階段的總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思中，主尺度的選擇是首先要考慮的問題。方案構(gòu)思時，對主尺度的選擇首先考慮一個尺度選取范圍。這個范圍包括絕對尺度和尺度比，如L/B、B/d、L/D等。5.2主尺度的分析與初步選擇習(xí)慣上把主尺度、排水量、載重655.2主尺度的分析與初步選擇一般運(yùn)輸船舶在選擇主尺度時需要考慮的主要因素和影響程度：一、主尺度選擇時考慮的主要因素各種因素LBDdCBCWL/BL/DB/dB/Dd/D航線條件▲▲▲碼頭條件▲▲①▲布置地位★★★★★★★★★艙容★★★★★★★★★浮性★★★★★★★★★★★★快速性★★★★★★★★★★★★②★②穩(wěn)性與橫搖★★★★★★★★★★★★★★縱搖、升沉與失速★★③★★★★★★★★★分艙與破艙穩(wěn)性★★★★★★★★★★★操縱性★★★★★★★最小干舷的規(guī)定★★★★★總強(qiáng)度★★★④★★⑤★★★④★★★★★④★★★⑤★空船重量及造價★★★★★★★★★★★總噸位★★★★★★★5.2主尺度的分析與初步選擇一般運(yùn)輸船舶在選擇主尺度時需665.2主尺度的分析與初步選擇船長除了對穩(wěn)性影響較小以外，對其他許多方面都有重要的影響。一般的考慮是：在滿足船長尺度限制的條件下，初始選擇船長可以從浮力、總布置（艙容和布置地位）、快速性這三個最基本的因素來著手考慮。（1）船長L從經(jīng)濟(jì)性方面考慮，各個主尺度中船長對空船重量（特別是船體鋼料）的影響最大。雖然取較大的L對阻力性能可能有利，可節(jié)省燃料開支，但一般來說，船長增加對綜合經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的不利影響總是比較大的。所謂“經(jīng)濟(jì)船長”的概念就是從經(jīng)濟(jì)性有利的考慮來選擇船長。

一、主尺度選擇時考慮的主要因素對于載重型船舶，還可以首先從浮力和快速性兩個方面，再結(jié)合總布置來考慮。對于布置地位重要的船可以首先從布置地位和快速性兩個方面來考慮。5.2主尺度的分析與初步選擇船長除了對穩(wěn)性影響較小以外，675.2主尺度的分析與初步選擇（2）船寬B在滿足船寬尺度限制的條件下，選擇船寬時首先考慮的基本因素是:浮力;總布置（艙容及布置地位）;初穩(wěn)性高度（上、下限要求）。因船寬對空船重量的影響程度小于船長，從降低造價方面考慮，在同樣滿足浮力和布置地位的前提下，以減小L，增大B有利。但B過大（L/B太小）會造成快速性上的損失（包括風(fēng)浪中的阻力增加）。此外B太大還可能會使初穩(wěn)性高過大，導(dǎo)致橫搖加劇。從快速性方面考慮，如果CB相對于Fn的合理配合偏大時，適當(dāng)增大B以減小CB，在阻力上一般是有利的。

一、主尺度選擇時考慮的主要因素5.2主尺度的分析與初步選擇（2）船寬B在滿足船寬尺685.2主尺度的分析與初步選擇（3）吃水d設(shè)計(jì)吃水的選擇主要從浮力及保證螺旋槳有適宜的直徑這二個方面來考慮。

從浮力方面看，用增加吃水來減小CB或B及L，對快速性和減輕空船重量等許多方面都是有利的，當(dāng)然減小B和L都應(yīng)滿足穩(wěn)性和布置地位等有關(guān)的要求。

如果吃水不受限制，對載重型船舶，取適當(dāng)大的吃水一般是有利的；如果吃水受限制，在不影響L和B滿足其他要求的情況下，一般總是用足吃水。如果吃水太小，對槳的直徑限制太大，會嚴(yán)重影響推進(jìn)效率。

一、主尺度選擇時考慮的主要因素5.2主尺度的分析與初步選擇（3）吃水d設(shè)計(jì)吃水的695.2主尺度的分析與初步選擇（4）方形系數(shù)CB方形系數(shù)主要根據(jù)浮力和快速性兩個基本因素來選擇。在超常規(guī)選擇CB時（如選取很大的CB），應(yīng)注意對操縱性、耐波性等性能的影響。載重型船舶因浮力的需要，選擇大的CB，可以減小L和B，對減輕空船重量是很有利的。但是CB對阻力影響很敏感，所以，通常是選取與Fn的配合上不引起阻力顯著增加的值，這樣選擇的CB也稱為“經(jīng)濟(jì)方形系數(shù)”。系列船型試驗(yàn)資料中以阻力性能“不產(chǎn)生嚴(yán)重惡化”得到的“臨界方形系數(shù)”，如英國船舶研究協(xié)會（BSRA）的系列船模試驗(yàn)資料設(shè)計(jì)中可參考。對于低速運(yùn)輸貨船，從經(jīng)濟(jì)性和艙容利用率等方面看，取大的CB總是有利。大型的散貨船和油船CB可取到0.86（甚至更大）。小型船舶選用大的方形系數(shù)時，應(yīng)考慮周到，慎重對待。（為什么？）一、主尺度選擇時考慮的主要因素5.2主尺度的分析與初步選擇（4）方形系數(shù)CB方形系705.2主尺度的分析與初步選擇（5）型深D型深的選擇，可按以下兩種情況來考慮：對于載重型船舶，艙容要求不高時（如要求的積載因素小于1.4），型深可先按最小干舷的要求來選擇，然后通過校核艙容和考慮其他因素來確定。如果艙容要求高（裝載輕貨），型深可以先從滿足艙容要求的角度來選取。對于有布置地位要求的船舶，型深取決于艙內(nèi)的布置地位，如集裝箱船艙內(nèi)集裝箱的層數(shù)，客船、滾裝船上甲板以下各層甲板的層高等。型深對穩(wěn)性的影響要區(qū)別不同情況來考慮。增加型深會引起重心升高，加大風(fēng)壓傾側(cè)力矩，但型深加大能使甲板入水角加大，增加大傾角下穩(wěn)性復(fù)原力臂曲線下的面積和最大復(fù)原力臂對應(yīng)角。綜合起來看增加型深由于重心升高會減小初穩(wěn)性高，但對大傾角穩(wěn)性可能有利。初穩(wěn)性的不足以增加船寬來解決最有效。一、主尺度選擇時考慮的主要因素5.2主尺度的分析與初步選擇（5）型深D型深的選擇，715.2主尺度的分析與初步選擇（6）主尺度的限制條件國際航線上通航的限制因素還有運(yùn)河對船舶尺度的限制。例如巴拿馬運(yùn)河現(xiàn)行的通航限制為：船長294.13m，船寬32.31m，吃水12.04m，水面上高度57.91m。（通常巴拿馬型散貨船的總長×型寬為225.0×32.26m）據(jù)報(bào)道：巴拿馬運(yùn)河將于2007年開工，2014年完工第三通道，其船閘尺度為：長度427m，寬度55m，水深18.3m。對象為12000TEU集裝箱船和17萬噸的散貨船。預(yù)定2015年啟用。新船預(yù)定航線上的航道（包括水深、航道寬度、橋梁通航高度等）、港口、以及碼頭條件往往是限制主尺度的主要因素。在新船設(shè)計(jì)中對各種尺度的限制必須徹底弄清。一、主尺度選擇時考慮的主要因素5.2主尺度的分析與初步選擇（6）主尺度的限制條件國際航725.2主尺度的分析與初步選擇（1）長寬比L/B二、尺度比參數(shù)的分析尺度比參數(shù)，主要有：長寬比L/B、長度型深比L/D、寬度吃水比B/d和吃水型深比d/D。用實(shí)船的統(tǒng)計(jì)資料分析新船尺度比是否選擇恰當(dāng)是把握船舶基本性能的有效手段。L/B參數(shù)對阻力影響較大，主要反映在剩余阻力上。因?yàn)殚L寬比影響水線的平均斜度，在相同的航速下，L/B減小，剩余阻力增加，如果L/B過小，興波阻力和水流嚴(yán)重分離引起的旋渦阻力會迅速增加，在波浪中的洶濤阻力增加也會很快。L/B對耐波性、操縱性都有一定的影響，選取時應(yīng)結(jié)合其他尺度的情況綜合考慮。5.2主尺度的分析與初步選擇（1）長寬比L/B二、尺735.2主尺度的分析與初步選擇二、尺度比參數(shù)的分析中等噸位的散貨船和多用途船的L/B一般在6左右。小型船舶的L/B一般比大型船小些。有些船舶在船寬或吃水受限制時，為了提高載重噸位，選取了較大的船長。這種船雖然在空船重量上有所吃虧，但在B和d限制條件下適當(dāng)增加L所提高的載重能力足以彌補(bǔ)造價上的損失，經(jīng)濟(jì)性仍然是好的。美國大湖船就是一個典型的例子，這種船的L/B在8~10左右。大型的巴拿馬型貨船因船寬和吃水受限制，要增加噸位只有加大船長，因此大型巴拿馬型船的L/B也較大。5.2主尺度的分析與初步選擇二、尺度比參數(shù)的分析中等噸位748.3主尺度的分析與初步選擇（2）寬度吃水比B/d二、尺度比參數(shù)的分析B/d參數(shù)對性能的影響主要是穩(wěn)性與橫搖以及阻力性能。從型線上看，B/d大，排水體積較多地集中在水面附近，興波阻力會增加，所以B/d增大，剩余阻力會隨之增加，但一般并不十分顯著。B/d大濕表面積會增加，對摩擦阻力也有較大的影響。

B/d與CB的適當(dāng)配合可獲得較小的濕表面積（教材中圖5.2.6），但設(shè)計(jì)中爭取最小濕表面積的考慮通常不是主要考慮的因素。8.3主尺度的分析與初步選擇（2）寬度吃水比B/d二、尺755.2主尺度的分析與初步選擇（3）長度型深比L/D二、尺度比參數(shù)的分析L/D參數(shù)影響最大的是縱總強(qiáng)度。由于型深的選取，除了滿足最小干舷要求以外，主要取決于艙容的需要，因此對于不同積載因數(shù)的船，L/D會有較大的差別。對于大型船舶來說，由于總縱強(qiáng)度矛盾比較突出，需要有足夠的型深來保證總縱強(qiáng)度要求中剖面模數(shù)。

5.2主尺度的分析與初步選擇（3）長度型深比L/D二、尺765.2主尺度的分析與初步選擇三、尺度的初步選擇母型船方法統(tǒng)計(jì)方法經(jīng)驗(yàn)方法在實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中，通常并不需要特別區(qū)分什么方法，而是根據(jù)實(shí)際掌握的資料、經(jīng)驗(yàn)和知識，采用一切可用的手段和方法，無論是主尺度的絕對數(shù)值還是尺度比的參數(shù)，都有必要進(jìn)行估算和分析，以便對主尺度可能選擇的范圍有一個全面的了解。初步選擇主尺度的方法：主尺度估算的經(jīng)驗(yàn)公式和統(tǒng)計(jì)公式詳見教材。5.2主尺度的分析與初步選擇三、尺度的初步選擇母型船方法775.2主尺度的分析與初步選擇三、主尺度的初步選擇主尺度選擇的步驟，在實(shí)船設(shè)計(jì)中，可以根據(jù)實(shí)際情況靈活地進(jìn)行。就一般情況而言，主尺度選擇的步驟粗略地可用右圖來表示。5.2主尺度的分析與初步選擇三、主尺度的初步選擇主尺度選785.2主尺度的分析與初步選擇三、尺度的初步選擇主尺度的第一次近似值一般用母型船換算或經(jīng)驗(yàn)公式、統(tǒng)計(jì)公式估算，例如教材5.3.1節(jié)中的公式。這些公式一般考慮的因素主要是基本性能，特別是快速性。對于載重型船舶。根據(jù)主尺度的第一次近似值，一般首先進(jìn)行重力與浮力以及艙容的平衡。應(yīng)用第三章和第四章介紹的方法，估算空船重量和艙容，如果不平衡數(shù)量較多，則須調(diào)整主尺度后再估算空船重量和艙容，直至基本平衡。在性能等其他因素尚未仔細(xì)考慮和校核前，重力與浮力以及艙容的平衡不要求精確度很高，因?yàn)樵诤罄m(xù)的性能校核時主尺度很可能還要調(diào)整，只要對誤差所需的尺度調(diào)整量做到心中有數(shù)就可以了。當(dāng)吃水允許改變時，用調(diào)整吃水的辦法來平衡重力與浮力是比較容易的，否則需同時考慮調(diào)整L和B以及CB。5.2主尺度的分析與初步選擇三、尺度的初步選擇主尺度的第795.3主尺度的和主要性能的估算方法估算方法常用的有經(jīng)驗(yàn)公式和統(tǒng)計(jì)公式。經(jīng)驗(yàn)公式和統(tǒng)計(jì)公式一般不能適應(yīng)新船的某些特殊因素，例如新船的尺度比超常規(guī)的情況。1.估算船長的近似公式

（1）母型換算公式當(dāng)新船與母型船的航速和排水量相近時，可用下式估算船長：

式中下標(biāo)“o”表示母型船

5.3主尺度的和主要性能的估算方法估算方法常用的有經(jīng)驗(yàn)公805.3主尺度的和主要性能的估算方法1.估算船長的近似公式

（2）巴土裘寧（Posdunine）公式式中：V──航速（kn），

──排水體積（m3）

C──系數(shù)，巴土裘寧建議取7.2；蘭木侖（VanLammeren）建議按教材表5.3.1取；對沿海小型船舶（L<80m），有人建議取7.0。C值也可以根據(jù)同類型的母型船資料確定。5.3主尺度的和主要性能的估算方法1.估算船長的近似公式815.3主尺度的和主要性能的估算方法2.方形系數(shù)的估算公式

其他主尺度和主要性能的估算公式詳見教材5.3節(jié)以及《船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊》等。亞力山大公式（適用于Fn＜0.30）式中：C──系數(shù)，一般可取1.08；航速較高的船（Fn>0.22）可取1.06左右，大型低速船（如大型油船，散貨船，F(xiàn)n=0.15～0.17）可取1.12～1.10。對于興波阻力位于“峰”區(qū)的船，C應(yīng)適當(dāng)取?。ㄈ鐪p小0.02左右）。5.3主尺度的和主要性能的估算方法2.方形系數(shù)的估算公式825.4設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化船舶設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化，從大的方面來說，它是運(yùn)輸系統(tǒng)優(yōu)化中的一個部分，船舶的優(yōu)化也涉及整個運(yùn)輸系統(tǒng)的優(yōu)化問題。如果是針對某運(yùn)輸任務(wù)所需船舶的優(yōu)化，則涉及船隊(duì)的優(yōu)化問題。但是，對于一個航運(yùn)公司來說，在市場經(jīng)濟(jì)下，很少遇到一個運(yùn)輸系統(tǒng)或建造一個船隊(duì)的任務(wù)，通常只是添加或更新一艘或幾艘新船來改善船隊(duì)的質(zhì)量。這種情況下的船型優(yōu)化問題常常需要考慮航運(yùn)公司的實(shí)際情況，也就是優(yōu)化中有特定的邊界條件。從航運(yùn)公司方面來考慮，新建船舶的船型、艘數(shù)、噸位大小、航速等關(guān)系到公司整個船隊(duì)的運(yùn)輸能力，優(yōu)化的目標(biāo)是整個公司的經(jīng)濟(jì)效率。從新建船舶的單船經(jīng)濟(jì)效益來說，船的大?。ㄈ巛d重量）和航速是最為重要的。通常，大船的經(jīng)濟(jì)效益總是比小船好。5.4設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化船舶設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化，從大的方面來說，835.4設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化航速的優(yōu)化比較復(fù)雜。在無競爭的情況下，單船貨源不受影響，航速的差異對營運(yùn)收入的影響不大。由于低速航行主機(jī)功率小得多，燃料費(fèi)開支小，營運(yùn)成本就下降。所以在這種情況下，經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的航速往往具有下限值的特點(diǎn)。在有競爭的情況下，船舶的航速因涉及到占領(lǐng)運(yùn)輸市場的因素，盡管對不同航速的船貨運(yùn)價格可能相同，船東仍然希望新船有較高的航速。按設(shè)計(jì)技術(shù)任務(wù)書的要求優(yōu)化設(shè)計(jì)方案時，優(yōu)化的內(nèi)容主要是主尺度、總布置方案、型線、主要設(shè)備的優(yōu)選等，這些設(shè)計(jì)的優(yōu)化有些較難采用簡化的數(shù)學(xué)模型來優(yōu)化計(jì)算，通常是用分析比較的方法來進(jìn)行或者改進(jìn)。

5.4設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化航速的優(yōu)化比較復(fù)雜。在無競爭的情況下845.4設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化（1）可行方案在船舶設(shè)計(jì)中，船東的要求和法規(guī)及規(guī)范的規(guī)定，往往是不等式的約束條件，例如航速、艙容不小于一個最低要求值，吃水不大于限制值，穩(wěn)性、干舷不得小于某項(xiàng)規(guī)定等等。設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)中通常有一定的選擇余地。也就是說，在滿足任務(wù)書的要求和法規(guī)及規(guī)范規(guī)定的前提下，會有多種設(shè)計(jì)方案。我們稱能滿足約束條件的方案為可行方案，所有的可行方案稱為可行域。在可行域內(nèi)，不同的可行方案所對應(yīng)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)是不同的。例如有些方案船長大些，CB小些，航速高些，但造價大些等等。因此，對不同的可行方案需要進(jìn)行優(yōu)化。5.4設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化（1）可行方案在船舶設(shè)計(jì)中，船東的要855.4設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化針對不同的情況，主尺度的優(yōu)化所采用的技術(shù)路線和方法是不同的。（2）主尺度的優(yōu)化一種情況是新船屬于常規(guī)的船型，這種船的實(shí)船數(shù)量多，資料齊全，同類船有較強(qiáng)的規(guī)律性，即能夠知道新船的主尺度與空船重量、艙容、航速、穩(wěn)性等的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，并且這種規(guī)律能用比較可靠的數(shù)學(xué)模型來表達(dá)；對于約束條件可以建立等式或不等式關(guān)系；能夠給出選優(yōu)的標(biāo)準(zhǔn)。在這種條件下，可以選用合適的數(shù)學(xué)優(yōu)化方法，對主尺度進(jìn)行選優(yōu)。另一種情況是新船具有某些特殊性的新船型，或者有較強(qiáng)的布置地位特征導(dǎo)致設(shè)計(jì)變量的不連續(xù)性，或者某些重要因素難以建立起確切的數(shù)學(xué)模型，等等。這種情況下，選優(yōu)的一般做法是先突破一點(diǎn)，再擴(kuò)展尋優(yōu)。即先做出一個可行方案，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)需要與可能，改變基礎(chǔ)方案的設(shè)計(jì)變量，得出若干可行方案，綜合相關(guān)因素的考慮，分析選出最佳的方案。5.4設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化針對不同的情況，主尺度的優(yōu)化所采用的865.4設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化從評價方案的指標(biāo)來看，可以分為技術(shù)性指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)兩大類。這兩種屬性的指標(biāo)在評價方案的優(yōu)劣時也經(jīng)常是有矛盾的。從原則上說，選優(yōu)衡準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)新船的使用任務(wù)而定。對于一般運(yùn)輸貨船通常以經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)為主，兼顧技術(shù)性指標(biāo)；對其特殊用途的船舶，如工程船、海洋調(diào)查船等，為保證特定的使用要求，應(yīng)將重要的技術(shù)性指標(biāo)，特別是效能性指標(biāo)放在首要地位來考慮。（3）關(guān)于約束條件和選優(yōu)的目標(biāo)及衡準(zhǔn)對于經(jīng)濟(jì)性的評價，側(cè)重點(diǎn)不同，指標(biāo)也不同。從航運(yùn)公司的角度出發(fā)，目標(biāo)通常是最大的收益和最小的貨運(yùn)費(fèi)率，前者包括了投資的效益和營運(yùn)中的利潤；后者表示低的運(yùn)輸成本，更有利于運(yùn)輸市場的競爭。從造船廠的角度出發(fā)，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的目標(biāo)比較簡單，即最小的生產(chǎn)成本。5.4設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化從評價方案的指標(biāo)來看，可以分為技術(shù)性875.4設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化（3）關(guān)于約束條件和選優(yōu)的目標(biāo)及衡準(zhǔn)技術(shù)性指標(biāo)有單項(xiàng)指標(biāo)，也有綜合性指標(biāo)。單項(xiàng)指標(biāo)如航速、穩(wěn)性、操縱性、風(fēng)浪中的失速和搖擺等等。對運(yùn)輸貨船的綜合性技術(shù)指標(biāo)有載重量系數(shù)、海軍系數(shù)、艙容利用率以及耗油率等。由于對設(shè)計(jì)方案選優(yōu)的側(cè)重點(diǎn)和重要性看法不一致，對經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)存在不同的觀點(diǎn)，加上某些技術(shù)性能和使用效能對經(jīng)濟(jì)性的影響難以用直接的關(guān)系準(zhǔn)確表達(dá)，所以選優(yōu)的衡準(zhǔn)也是一個常引起爭論的問題。5.4設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化（3）關(guān)于約束條件和選優(yōu)的目標(biāo)及衡準(zhǔn)885.4設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化（4）評價指標(biāo)綜合性指標(biāo)

載重量系數(shù)：DW/Δ或者DW/（LPP·B·D）。該指標(biāo)反映了空船重量越輕越好的原則。海軍系數(shù)：

或

。該指標(biāo)要求船舶以較小的主機(jī)功率能多裝快跑。艙容利用率：VC/LPP·B·D。該指標(biāo)要求船上非贏利的處所盡量少，用于贏利的載貨容積VC所占比例越大越好。單位油耗FC/（DW·VS×24）。該指標(biāo)主要反映了節(jié)能的要求。以上各式中，VS為服務(wù)航速（kn）；PCSR為服務(wù)航速下的主機(jī)連續(xù)功率（kW）；VC為貨艙容積（m3）；FC為主機(jī)日耗油量（t/d）。5.4設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化（4）評價指標(biāo)綜合性指標(biāo)載重量系數(shù)895.4設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化（4）評價指標(biāo)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)

資金的時間價值——現(xiàn)值因數(shù)（PW）或終值因數(shù)（CA）：現(xiàn)值因數(shù)是將未來某時刻發(fā)生的資金按復(fù)利的關(guān)系換算成現(xiàn)值的乘數(shù)；終值因數(shù)是把現(xiàn)在發(fā)生的資金（現(xiàn)值）按復(fù)利關(guān)系換算成將來某一時刻的資金（未來值）所用的乘數(shù)。

對于一次支付的情況，現(xiàn)值因數(shù)PW為：

式中：i──年利率（或貼現(xiàn)率）；n──期數(shù)，一般用年數(shù)。終值因數(shù)CA為PW的倒數(shù)，即：5.4設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化（4）評價指標(biāo)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)資金的時間905.4設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化（4）評價指標(biāo)對于一次支付，分期（如每年）等額償還的情況，則有以下關(guān)系：式中：P——一次支付的金額；

A——分期等額償還金額；

SPW——系列現(xiàn)值因數(shù)，即將今后一系列等額資金換算成現(xiàn)值的乘數(shù)。SPW的倒數(shù)稱為資金回收因數(shù)CR，其含義是把資金的現(xiàn)值總數(shù)換算成今后分期等額償還金額所用的乘數(shù)，即：5.4設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化（4）評價指標(biāo)對于一次支付，分期（如915.4設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化（4）評價指標(biāo)經(jīng)常使用的幾個經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)①凈現(xiàn)值NPV：

凈現(xiàn)值NPV是指船舶在整個