PAGE25無人艇的結構設計案例綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u127381.1概述 1274001.2主要量度 1286811.3基本結構用途 2278401.3.1外板 2145541.3.2甲板 375471.3.3尾封板 396571.3.4船底結構 3306661.3.5舷側結構 3229491.3.6甲板結構 488581.3.7艙壁結構 4225531.3.8上層建筑 4129821.4主要構件及船底組合型材最小板厚校核 4279101.5骨材最小剖面模數校核 6279831.5.1艇體各部分壓力計算 6301381.5.2骨材最小剖面模數W計算 10153211.6二維結構圖 1366011.7三維結構圖 161.1概述此無人艇為航行于沿海遮蔽航區(qū)的滑行艇，可按任務需求在三體與單體之間變換船體形態(tài)。主要功能是在沿海進行安保巡邏，情報偵查和信號中繼，為鋁合金結構。根據任務需求及有關規(guī)范，進行船體結構初步設計。1.2主要量度總長6.027m設計水線長5.527m型寬1.746m型深1.170m設計吃水0.420m設計排水量2.118t肋距0.500m1.3基本結構用途船舶的結構承擔著各種各樣重要的功能。從根本上來說，這是為了保持設計的船體結構并防止船舶在承受各種外部內部載荷時導致進水。船體的各部分結構，或者說整個結構，也可以作為專門結構用于提供隔音、防火、分隔船艙，亦或是用于安裝或承載機械設備。船舶結構設計最終是為了確保在船舶在設定的航區(qū)環(huán)境中航行時能夠實現這些結構的功能[11]。1.3.1外板外板是構成船體底部、舭部及舷側的外殼板。其作用是構成船體的水密外殼，使艦船具有漂浮及運載能力。外板參與船體的總縱強度，承受外部水壓力并傳遞各種橫向載荷[12]，保證船體的局部強度和剛性。1.3.2甲板甲板與外板和艙壁板共同組成各種用途的艙室。上甲板通常是強力甲板，參與船體的總縱強度，同時與甲板骨架一起承受并傳遞各種橫向載荷。此無人艇上甲板板厚取4mm。1.3.3尾封板此無人艇尾部為傾斜的尾封板，船外機將懸掛于尾封板上，根據《小型海船入級規(guī)范》2.3.1.2之要求，當尾封板上安裝推進裝置時，尾封板的厚度應不小于舷側板厚度的1.2倍。此艇尾封板厚度為10mm，滿足上述要求。1.3.4船底結構船底有單層底和雙層底之分，按骨架形式歸類則有縱骨架式和橫骨架式。船底位于船體的最下部，是保證船體總縱強度和局部強度的重要板架結構[13]，其承受包括總縱拉壓應力和局部橫向載荷等多種受力。此無人艇船底板厚取5mm。1.3.5舷側結構舷側分為單層舷側、雙層殼舷側和多層殼舷側，若按骨架形式分類則有橫骨架式、縱骨架式。舷側結構與船底及甲板連接以保證整體結構的強度及剛性。此無人艇舷側板厚取4mm。1.3.6甲板結構按骨架設置形式可將甲板結構歸類為縱骨架式甲板結構和橫骨架式甲板結構，甲板骨架結構用于支撐甲板板，作用于甲板結構上的力主要有總縱彎曲引起的拉壓應力以及部分橫向載荷。此無人艇之骨架形式選定為縱骨架式。1.3.7艙壁結構船體內部設置的縱向艙壁與橫向艙壁將船體內部空間分隔成用于各種不同目的的艙室，其中水密艙壁可以保證艇體抗沉性的要求，防撞艙壁可保證艇體橫向強度及剛性，有些也可用于防火和制蕩用途。此無人艇的水密艙壁布置在5號站位，防撞艙壁布置在9號站位，艙壁板厚均取5mm。1.3.8上層建筑上層建筑即上甲板上的圍蔽建筑物。該無人艇上層建筑亦采用鋁合金材質，其作用為保護包括機械伸縮臂在內的部分設備，并支撐雷達及天線設備，其結構相對簡單，板厚取4mm。1.4主要構件及船底組合型材最小板厚校核根據中國船級社2021年出版的《小型海船入級規(guī)范》，此艇最小板厚由下式確定：t（4-1）式中：K0主要構件計算結果如下表所示：表1.1主要構件最小板厚校核構件名稱K計算最小板厚計算板厚取整設計選取板厚船底外板1.552.823.05舷側外板1.402.552.54主甲板板1.402.552.54艙壁板1.162.112.05上層建筑前端壁1.302.362.54側壁、后壁0.921.671.54頂板0.801.461.54船底組合型材腹板最小板厚tmint(4-2)式中：?為腹板高度，mm;σsw為鋁合金型材焊接后（退火狀態(tài)）的屈服強度，此艇采用5083系列鋁合金，取σ船底組合型材面板最小板厚tmint(4-3)式中：b為面板寬度，mm；σsw船底組合型材最小板厚校核結果如下表所示：表1.2船底組合型材腹板最小板厚校核結果型材腹板高度計算最小腹板厚度計算厚度取整設計腹板厚度船底型材#1601.1315船底型材#2601.1314船底型材#3561.0514表1.3船底組合型材面板最小板厚校核結果型材面板寬度計算最小面板厚度計算厚度取整設計面板厚度船底型材#1251.9525船底型材#2251.9524船底型材#3251.95241.5骨材最小剖面模數校核1.5.1艇體各部分壓力計算無人艇在波浪中航行時，其重心處的垂向加速度與所在航區(qū)對應的有義波高及該有義波高下航行的航速呈下式關系[14]：a(4-4)式中：VHH1/3為所在航區(qū)的有義波高，m。此艇服務于沿海航區(qū)，取HL為船長，m。此艇為6.027m；BWLβ為船體重心處橫剖面的船底升角（°）；Δ為滿載排水量，t；g為重力加速度，取9.81m取值：VH=10kn；H最終通過計算得a(1)船底波浪沖擊壓力PslP(4-5)式中：Kl1為縱向壓力分布系數。船中前取Kl1=1Δ為滿載排水量，t；A為計算壓力點的計算面積，m2N為片體數;β，βacg為設計垂向加速度，md為滿載吃水，m。中前：取Kl1=1，尾端：取Kl1=0.5，（2）舷側計算壓力PSP(4-6)式中：h為從舷側板最低點到舷側處干舷甲板上緣的垂直距離，m；Psl為該處船底的波浪沖擊壓力，KN/中前：取Psl=32.90尾端：取Psl=18.68（3）露天甲板計算壓力PdP(4-7)式中：C為系數；沿海航區(qū)C=1.0L為船長，m。甲板計算壓力得：P（4）水密及防撞艙壁及其扶強材壓力P?P(4-8)式中：h為板的下緣或扶強材跨距中點至上甲板的垂直距離，m。5號站位水密艙壁壓力：P9號站位防撞艙壁壓力：P（5）上層建筑的計算壓力P：前端壁及扶強材：P=C0.3L+5側壁、尾端壁及扶強材：P=0.2L+2.5KN頂板：P=3KN式中：L為船長，m;C為系數；沿海航區(qū)取C=1.0;計算得：前端壁壓力P=6.81側壁、尾端壁壓力P=3.71頂板壓力P=3.001.5.2骨材最小剖面模數W計算依《規(guī)范》2.1.5.1之要求，骨材彎曲強度的剖面模數(含帶板)應不小于下式計算之值：W=K(4-12)式中：l為骨材跨距，m。S為骨材間距，m。K為系數；P為設計壓力；σSW為鋁合金骨材焊接后的屈服強度，N（1）船底實肋板中前取值：K=135;S=0.5m;P=32.90計算最小剖面模數得：W=30.35尾端取值：K=135;S=0.5m;P=18.68計算最小剖面模數得：W=20.06（2）舷側實肋板中前取值：K=150;S=0.5m;P=12.53KN計算最小剖面模數得：W=1.73尾端取值：K=150;S=0.5m;P=11.97KN計算最小剖面模數得：W=2.67（3）甲板實肋板取值：K=150;S=0.5m;P=6.11計算最小剖面模數得：W=4.81（4）船底縱骨中前取值：K=115;S=0.20m;P=32.90計算最小剖面模數得：W=1.72尾端取值：K=115;S=0.20m;P=18.68計算最小剖面模數得：W=0.98（5）船底縱桁中前取值：K=135;S=0.21m;P=32.90計算最小剖面模數得：W=2.12尾端取值：K=135;S=0.21m;P=18.68計算最小剖面模數得：W=1.20（7）舷側縱骨中前取值：K=130;S=0.175m;P=12.53計算最小剖面模數得：W=0.64尾端取值：K=130;S=0.175m;P=11.97計算最小剖面模數得：W=0.62（8）甲板縱骨取值：K=130;S=0.383m;P=6.11計算最小剖面模數得：W=0.69（9）甲板縱桁取值：K=150;S=0.341m;P=6.11計算最小剖面模數得：W=0.71骨材計算最小剖面模數（含帶板）與設計骨材剖面模數（含帶板）校核結果如下表所示，其中帶板有效寬度取骨材跨距[15]：表1.4骨材剖面模數校核構件名稱計算最小剖面模數（cm3）設計骨材剖面模數（cm3）船底實肋板30.35256.80縱桁1.8961.81縱骨1.7245.80舷側實肋板2.67165.55縱骨0.6420.84甲板實肋板1.81148.87縱桁0.7161.57縱骨0.6941.941.6二維結構圖二維甲板結構圖、舷側結構圖及艙底結構圖如下列所示：圖5.1主船體甲板結構圖圖5.2主船