引言當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展越來越快，人們的生活水平也在不斷的提升，高速客運(yùn)船作為水上交通運(yùn)輸和娛樂的工具，在如今快節(jié)奏的社會(huì)運(yùn)作中備受人們賞識(shí)[1]。高速客運(yùn)船的設(shè)計(jì)有其相關(guān)的特殊方法和不同于其他船舶的工藝要求。高速客運(yùn)船以其快速性以及舒適性著稱，現(xiàn)在高速客船市場需求不斷擴(kuò)大，運(yùn)輸業(yè)和客流量大幅度增加，海上旅游業(yè)呈持續(xù)增長的發(fā)展態(tài)勢(shì)。因此，選擇19m客運(yùn)船初步設(shè)計(jì)。本課題不僅整合了我們所學(xué)的基本理論知識(shí)，還通過客運(yùn)船相關(guān)參數(shù)及性能的確定，提高了自己的計(jì)算和繪圖能力，可以進(jìn)一步掌握Excel，AutoCAD等與現(xiàn)代造船模式緊密相關(guān)的繪圖軟件，培養(yǎng)船舶初步設(shè)計(jì)的實(shí)際能力。另外，參考文獻(xiàn)多為英文資料，參考過程中可以加強(qiáng)個(gè)人專業(yè)英語的水平，并且掌握獨(dú)立檢索中英文文獻(xiàn)資料的能力，養(yǎng)成科學(xué)研究的基本素質(zhì)，培養(yǎng)自己獨(dú)立思考、分析并解決問題、完成工作的能力，掌握船廠初步設(shè)計(jì)工作的有關(guān)軟件和工序，養(yǎng)成良好的工作習(xí)慣和勤奮務(wù)實(shí)的作風(fēng)，為今后的工作打下基礎(chǔ)。1客運(yùn)船任務(wù)書及設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)“19m客運(yùn)船初步設(shè)計(jì)”要求結(jié)合大學(xué)四年所學(xué)船舶專業(yè)相關(guān)知識(shí)，初步完成該客運(yùn)船的主要參數(shù)的確定及相關(guān)性能的校核。1.1母型船資料母型船資料如表1-1所示：表1-1母型船資料參數(shù)數(shù)值總長Loa21.119m水線長19.275m型寬B4.382m型深D1.9m設(shè)計(jì)吃水d0.807m1.2新船相關(guān)規(guī)定表1-2新船要求參數(shù)數(shù)值總長Loa≈19m吃水d≤0.9m續(xù)表1-2參數(shù)數(shù)值航速>28kn續(xù)航力>350nmile載客量>110人船級(jí)中國船級(jí)社CCS2確定客運(yùn)船的主要參數(shù)2.1主尺度的初步確定客運(yùn)船的總長度是由客運(yùn)船的布置、快速性和成本等因素決定的，因此在本次設(shè)計(jì)中應(yīng)先考慮總長。通過參考其他船型資料，初步設(shè)定艇體的總長為19m?？筛鶕?jù)公式(2-1)(2-1)然后是水線長的確定，初步選取0.95，因此水線間長為18.05m。客運(yùn)船的總寬對(duì)于客運(yùn)船來說，總寬往往由載客量決定的。除了布置方面的考慮，還需要考慮客運(yùn)船浮力和穩(wěn)性等相關(guān)因素。但是還是要先滿足其相關(guān)規(guī)范對(duì)船舶型寬的限制要求。通過公式(2-2)計(jì)算出該設(shè)計(jì)客運(yùn)船的長寬比：(2-2)計(jì)算得出該設(shè)計(jì)客運(yùn)船長寬比的值約為3.60，從而可得出客運(yùn)船總寬?？瓦\(yùn)船的總寬初步確定約為5.28m?？瓦\(yùn)船的船寬確定同時(shí)還涉及到主甲板上的通道和客位的布置。首先考慮到，每個(gè)座椅的橫向長為0.5m，其次考慮到中間要留出過道的寬度，根據(jù)布置要求載客量不少于110人，大約設(shè)置每排設(shè)置8個(gè)座位。如圖2-1所示。客運(yùn)船的水線寬可由公式(2-3)計(jì)算。(2-3)客運(yùn)船的水線寬確定為0.85Boa，因此水線寬約為4.38m，舭部寬度為4.3296m。圖2-1初步布置草圖客運(yùn)船的吃水在確定吃水時(shí)我們要考慮許多因素，如航道水深的限制、主機(jī)的適配等其他因素都會(huì)影響吃水的選取。其設(shè)計(jì)要求吃水不大于0.9m，再加上相關(guān)資料的查閱，根據(jù)其要求選擇合適的母型參考，所以本次客運(yùn)船的設(shè)計(jì)吃水設(shè)置為0.9m?？瓦\(yùn)船的型深首先要根據(jù)任務(wù)書的相關(guān)規(guī)定選取型深，其次還要考慮布置及性能因素。一般從內(nèi)部艙室凈高入手，結(jié)合相似母型的參考。根據(jù)艙容需要選取合適的高度，不宜過大。型深過大會(huì)使空船重量增加、重心升高、受風(fēng)面積增加、增大阻力，同時(shí)還會(huì)提高成本，對(duì)船舶經(jīng)濟(jì)性能造成不利的影響。參考相似母型資料后，選取該客運(yùn)船的型深為=2.21m。2.2客運(yùn)船排水量的確定1)客運(yùn)船的空船重量LW空船重量會(huì)按照船舶的不同用途和功能產(chǎn)生相差較大的變化，由于沒有母型船來提供相關(guān)空船重量的參考，因此無法準(zhǔn)確估算出重量。用《現(xiàn)代船艇設(shè)計(jì)與應(yīng)用》[4]近似公式(2-4)~(2-7)估算結(jié)果：LW=K(C0+C1X1+C2X2+C3X3)(2-4)式(2-4)中，為艇型重量修正系數(shù)。(輕型中高速及高速艇)(普通中速及中高速艇)(重型中低速及中速艇)，，，為回歸系數(shù)，數(shù)值見表2-1：表2-1式(2-1)中各系數(shù)-19300124.8732.53806.5，，為獨(dú)立變量，定義如下：X1=Loa(Boa+Dh)(2-5)X2=(Ps)1/2(2-6)X3=(LoaBoaDh/100)(2-7)式(2-6)中，是總軸功率，取0.97倍的主機(jī)功率。經(jīng)上述公式計(jì)算后，再考慮一定量的裕度，最終求得空船重量。2)載重量該客運(yùn)船主要考慮的是以下三種重量，計(jì)算如下：(1)乘客及行李重量由于本船載客量為111人，每人平均體重為65kg，加上每人攜帶15kg的行李，計(jì)算得出：。(2)燃油重量設(shè)計(jì)任務(wù)規(guī)定本船為雙主機(jī)，因此選取主機(jī)功率為150KW的為該客運(yùn)船的主機(jī)，其主要參數(shù)如表2-2s所示。表2-2TBD226B-6C5主機(jī)主要參數(shù)參數(shù)名稱參數(shù)值品牌濰柴型號(hào)TBD226B-6C5轉(zhuǎn)速(n/min)2500功率(kW)150燃油消耗率g/(kW·h)197按照所學(xué)的《船舶設(shè)計(jì)原理》[5]的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行計(jì)算，使用公式(2-8)計(jì)算：WF=g0P1t·k·10-3(2-8)對(duì)于公式中的一些系數(shù)需要進(jìn)行選取，燃油裝置耗油率g0可近似等于主機(jī)耗油率的1.16倍，k=1.15。。(3)淡水重量W3根據(jù)《船舶設(shè)計(jì)原理》[5]所學(xué)的近似計(jì)算公式(2-9)：總儲(chǔ)備量=自持力(d)×人員數(shù)×定量(kg/(d*人))(2-9)按每人每天50kg淡水的標(biāo)準(zhǔn)定量，。(4)儲(chǔ)物重量W4儲(chǔ)物重量取空船重量的0.5%，W4=15769.6×0.5%=78.8kg。該艇的載重量為各項(xiàng)之和：DW=W1+W2+W3+W4=8880.0+1072.2+3083.3+78.8=131114.4kg。3)滿載排水量Δ滿載排水量等于輕載排水量和載重量之和：Δ=LW+DW=15769.6+131114.4=28884.0kg。根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，可以總結(jié)出該客運(yùn)船的設(shè)計(jì)參數(shù)，如表2-3：表2-319m客運(yùn)船各項(xiàng)參數(shù)3型線設(shè)計(jì)3.1型線設(shè)計(jì)原理船艇的型線設(shè)計(jì)并不是一件輕易簡單的事情，需要考慮許多因素和不同的要求?，F(xiàn)代船艇的型線設(shè)計(jì)和繪制一般用一些三維設(shè)計(jì)程序，但我們還是運(yùn)用最原始的母型改造法，設(shè)計(jì)和繪制船艇的型線時(shí)要掌握以下幾個(gè)要素：確定該客運(yùn)船的艇型。本次設(shè)計(jì)的客運(yùn)船為滑行艇，當(dāng)船艇中速以上的速度航行時(shí)，尖舭型艇的阻力較小[7]。同時(shí)選取了一艘相似艇型特點(diǎn)的客運(yùn)船作為母型，并進(jìn)行新船的型線設(shè)計(jì)。確定客運(yùn)船的主尺度。這是船艇設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，參考母型的尺度首先確定客運(yùn)船的總長，并用所學(xué)的內(nèi)容求出長寬比、總寬、吃水和初步的設(shè)計(jì)排水量等。設(shè)計(jì)舷邊線。主要是水上部分對(duì)艇造型的考慮，要求美觀大氣有特色的，其次是對(duì)中高速船速度方面的考慮，要求要有速度感，最終水下部分主要考慮對(duì)性能的影響。設(shè)計(jì)折角線。折角線的形狀對(duì)艇的性能影響很大，所以，在設(shè)計(jì)時(shí)要仔細(xì)選擇折角線在艏柱的高度，在艉板處的高度和寬度以及折角線的寬度。局部修正型線。有了艇的舷邊線和折角線的形狀后，客運(yùn)船的型線就能初步確定了，此時(shí)，如果還覺得有些局部的型線不滿意，還可以進(jìn)行調(diào)整。3.2型線設(shè)繪設(shè)計(jì)為滑行艇在航行過程中能夠獲得相對(duì)較好的縱傾角度。當(dāng)船艇設(shè)計(jì)航速達(dá)到中速、中高速時(shí)，該角可減小為2°，甚至0°[6]。首先，基于母型的橫剖線，按對(duì)應(yīng)比例Y1、Z1進(jìn)行橫剖線Y、Z方向的縮放，得到新船的Y、Z值。然后，得到新的橫剖圖，重新繪制水線及縱剖線，量取對(duì)應(yīng)數(shù)值，按新船與母型長度方向比例值X1，在畫出新船站線，再量取對(duì)應(yīng)數(shù)值繪制新船縱剖線圖及新船半寬水線圖。最后，對(duì)上面獲得的新船的縱剖圖和水線圖，根據(jù)《船體制圖》的要求[6]，重新分站(注意，縮放后站距多數(shù)變得不規(guī)矩，如由母型的1900，變成1737等，需要重新設(shè)定間距)，獲得各新站的Z值、Y值，反推新船橫剖線圖。如圖3-1、3-2、3-3所示，詳細(xì)的型線圖紙見附錄A。w4客運(yùn)船的總布置設(shè)計(jì)總體布局是客運(yùn)船設(shè)計(jì)中特別重要的一部分，由于本船為運(yùn)送旅客的高速客船，對(duì)快速性、舒適性、安全性等具有較高的要求。因此在設(shè)計(jì)時(shí)要致力于設(shè)計(jì)出一艘性能非常優(yōu)異的客運(yùn)船。4.1船艇內(nèi)裝美學(xué)設(shè)計(jì)簡介船艇美學(xué)設(shè)計(jì)是由船艇外觀設(shè)計(jì)和內(nèi)裝設(shè)計(jì)組成，根據(jù)其使用功能進(jìn)行設(shè)計(jì)。隨著海上旅游業(yè)的迅速發(fā)展，旅游客船日漸增多。當(dāng)代游客以觀光游覽為目的，主要以舒適為主，所以在客艙布置時(shí)要考慮到這一點(diǎn)。根據(jù)對(duì)人體尺度及動(dòng)作的精密計(jì)測，對(duì)客運(yùn)船進(jìn)行設(shè)計(jì)，為座位布置及家具設(shè)備布置提供了依據(jù)，從而提高客艙空間利用的科學(xué)性[6]。通過人體工程學(xué)對(duì)人體尺度及動(dòng)作的精密計(jì)測，對(duì)客運(yùn)船設(shè)計(jì)如下所示：1）海上交通運(yùn)輸?shù)鸟{駛員一般為男性，因此本設(shè)計(jì)以成年男性為基準(zhǔn)，作為參考，假設(shè)客運(yùn)船的船員為1710mm的成年男性，根據(jù)圖4-3可以分析出客艙的凈層高以及座椅等相關(guān)尺寸。圖4-3艇上乘員的標(biāo)準(zhǔn)身高和比例2）滿足剩余凈高度規(guī)范要求的情況下，對(duì)客艙高度進(jìn)行設(shè)計(jì)。同時(shí)保證功能合理的情況下達(dá)到最緊湊狀態(tài)。通常保證客艙的凈高最小為2000mm[6]。由于該船為客運(yùn)船，用來運(yùn)送旅客，所以上放可能放置行李架，綜合考慮該客運(yùn)船設(shè)主甲板層高為2300mm。3）由于該設(shè)計(jì)船舶為客運(yùn)船，旅客對(duì)客運(yùn)要求高，所以座椅設(shè)置時(shí)要考慮其舒適度。綜合結(jié)合圖4-4考慮后設(shè)置座椅高400mm，寬度500mm；椅墊的允許壓縮范圍為13~51mm，取決于椅墊的材料和做法。如圖4-4所示。圖4-4一般座椅4）柜臺(tái)廁所洗手臺(tái)高度設(shè)為850mm；駕駛臺(tái)高度設(shè)為960mm。5）過道該船為客運(yùn)船，其相關(guān)規(guī)定要求主要的過道不可小于1000m。4.2繪制總布置圖按照客運(yùn)船的相關(guān)要求，按客運(yùn)船的長度，初步劃分出駕駛區(qū)、客艙區(qū)和機(jī)艙區(qū)三大區(qū)域。如圖4-6所示，是對(duì)本艇進(jìn)行的區(qū)域初步劃分圖。圖4-61.客艙的布置該船設(shè)計(jì)任務(wù)載客量不少于110人，所以在客艙區(qū)域布置了111個(gè)座位包括駕駛員一名，兩名工作人員，由于是運(yùn)送旅客所以設(shè)置了咨詢臺(tái)，用于交流溝通，該艇主甲板設(shè)有兩個(gè)衛(wèi)生間，衛(wèi)生間主要包括洗手盆、抽水馬桶。抽水馬桶安裝高度太高太低都不舒服，設(shè)置長720mm，寬395mm，高度450mm較為合適。由于要保障衛(wèi)生間內(nèi)的空氣流通，所以在每個(gè)衛(wèi)生間設(shè)置一個(gè)舷窗。駕駛區(qū)是客運(yùn)船的控制中心，需要設(shè)置在主甲板前部的中央，同時(shí)要求保證明亮、寬敞和安全。駕駛區(qū)主要有駕駛臺(tái)、儀表盤、舵輪、駕駛椅等。駕駛臺(tái)高度設(shè)置為960mm，傾斜10°在靠近舵輪部分的臺(tái)面，主要是為了讓駕駛員可以清晰的看到儀表，從而使主機(jī)操縱柄和各種開關(guān)的操作變得方便。舵輪垂直安裝在駕駛臺(tái)正面，中心距離地板750mm，直徑為710mm。駕駛員操作舵輪來控制的航向。由于該船為近海船，不會(huì)長時(shí)間航行，所以對(duì)駕駛椅要求不是很高。按照普通駕駛座椅布置就可以。座椅下是柜子，柜子有兩個(gè)抽屜，用于放置物品，供駕駛員使用。同時(shí)在駕駛員前端設(shè)置一個(gè)折疊腳踏板。駕駛員所處位置視野要開闊，在前方30°的扇形范圍內(nèi)，不能有任何妨礙駕駛員視覺的障礙物，視覺“盲區(qū)”不得大于4倍艇的總長度或者50m。為了保證能滿足以上要求，給定兩個(gè)參考公式如下(4-1)-(4-2)[11]：，(4-1)，(4-2)19m客運(yùn)船的視野相關(guān)要求計(jì)算參數(shù)如表4-1所示：表4-1通過上面兩個(gè)參考公式（4-1）、（4-2）計(jì)算得到以下數(shù)據(jù)，如表4-2：表4-2通過相關(guān)計(jì)算，得出要求的垂直距離小于實(shí)際設(shè)計(jì)的垂直距離。所以該客運(yùn)船滿足相關(guān)視覺要求。圖4-7為19m客運(yùn)船的視界檢查圖。(a)(b)圖4-7在過道區(qū)域設(shè)置一個(gè)艙口蓋尺寸為800×600，便于存放行李。本層布置了110個(gè)座位，中間通道是，設(shè)置成每排的座位間距，由于本客運(yùn)船載客量為111人，所以根據(jù)相關(guān)規(guī)定應(yīng)設(shè)置兩個(gè)衛(wèi)生間在客運(yùn)船的主甲板位置，位置在客艙的后方，衛(wèi)生間的設(shè)施上述有描述到，在此就不進(jìn)行詳細(xì)闡述。圖4-8所示為19m客運(yùn)船的主甲板布置圖。圖4-82.下甲板的布置在整體布置前我們需要通過設(shè)置水密艙壁先劃分出各個(gè)艙室，從而分成幾個(gè)區(qū)域，分別是艏尖艙、淡水艙、儲(chǔ)物艙、燃料艙、機(jī)艙及艉尖艙。艏尖艙設(shè)置在最前端，主要是存放錨泊、系泊設(shè)備等。本客運(yùn)船主要用來運(yùn)輸旅客，則需要空間較大的儲(chǔ)物艙來儲(chǔ)放一些行李或備用品。淡水艙設(shè)置在靠近艏尖艙從而方便使用。由于該客運(yùn)船是中高速船，所以在機(jī)艙布置時(shí)要考慮主機(jī)的布置，留出足夠的位置放置主機(jī)。為了方便主機(jī)的使用，以及減少管道的放置，所以把燃油艙設(shè)置在靠近機(jī)艙的位置，同時(shí)與艙底設(shè)置空艙，起到保護(hù)作用，防止燃油泄漏，污染海洋環(huán)境。經(jīng)計(jì)算得淡水艙容積為3083.3L，燃油艙的容積1072.2L。所以本客運(yùn)船的淡水艙尺寸布置為927mm×1442mm×2306mm，燃料艙尺寸布置為3270mm×800mm×410mm，從而來滿足對(duì)應(yīng)狀態(tài)下所需的容量。分艙圖如圖4-9所示。圖4-9下甲板分艙圖5客運(yùn)船的重量及重心計(jì)算5.1重量及重心估算在客運(yùn)船設(shè)計(jì)時(shí)重量和重心對(duì)其性能有較大的影響，需要進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算，來驗(yàn)證客運(yùn)船的重量重心是否符合要求?？瓦\(yùn)船的重量通常是指四種不同狀態(tài)下的重量，主要是：滿載到出港情況，空載到出港情況。前文客運(yùn)船主要參數(shù)確定時(shí)，已經(jīng)對(duì)客運(yùn)船的各部分重量進(jìn)行了初步的估算，所以在此就不具體闡述。該客運(yùn)船為滑行艇，其重心位置大約在(35%~43%)Lwl[9]之間。因?yàn)闆]有相似的母船信息，所以根據(jù)相關(guān)規(guī)定，假定客運(yùn)船的垂向重心Vcg為0.8~0.9倍的型深Dh處。取0.89倍的型深，因此的出本客運(yùn)船垂向重心坐標(biāo)為2.1169m。1)重量及重心位置在滿載出港狀況下的情況滿載出港時(shí)的重量及力矩由表5-1所示。表5-1項(xiàng)目重量(t)縱向坐標(biāo)(m)縱向力矩(t·m)垂向坐標(biāo)(m)垂向力矩(t·m)空船15.76962.116933.38277.7615122.3958人員及行李8.88003.210028.50489.228081.9446燃油1.07221.20001.28677.58518.1329淡水3.08330.74422.294514.550544.8639備用品0.07881.86750.147210.00000.7885滿載出港28.88402.271765.61598.9366258.12572)重量及重心位置在滿載到港狀態(tài)下的情況滿載到港時(shí)，該船的燃油和淡水的重量設(shè)為滿載出港情況時(shí)的10%，此時(shí)通過相應(yīng)計(jì)算，計(jì)算出此刻的容積，在圖上重新找出滿載到港時(shí)的燃油艙和淡水艙垂向重心坐標(biāo)位置，除此之外的重量及重心不變。滿載到港時(shí)的重量及力矩由表5-2所示。表5-2空船15.76962.116933.38277.7615122.3958人員及行李8.88003.210028.50489.228081.9446燃油0.10720.08000.008607.58510.8133淡水0.30830.07220.022314.55054.4864備用品0.07881.64160.129410.00000.7885滿載到港25.14402.271762.84558.3689210.42863)不同狀態(tài)下的重量重心計(jì)算結(jié)果如表5-3。表5-3滿載出港28.88408.93662.2717滿載到港25.14408.36892.4677壓載出港20.29418.70341.8765壓載到港16.50907.90612.07855.2重力與浮力平衡計(jì)算根據(jù)浮性原理可得浮性方程式（5-1）。（5-1）式（5-1）中，—水的密度，（t/m3）；k—附體體積系數(shù)，取k=1.004（大船），k=1.01（小船）；L,B,d，CB—船長、船寬、吃水及方形系數(shù)。經(jīng)上述公式計(jì)算得新船浮力約為28.884t。由本章計(jì)算滿載出港時(shí)船舶重力約為28.88t。重力與浮力基本相等故重力與浮力平衡。6估算客運(yùn)船的相關(guān)性能6.1計(jì)算靜水力在計(jì)算時(shí)，采用Excel表格計(jì)算靜水力數(shù)據(jù)以及性能，然后根據(jù)《船舶原理》上冊(cè)[12]靜水力曲線的要求，使用AutoCAD繪制出相應(yīng)的靜水力曲線圖。（1）先計(jì)算各條水線的水線面積，在通過相應(yīng)計(jì)算公式算出各項(xiàng)數(shù)據(jù)。計(jì)算數(shù)據(jù)如表6-1至6-6所示。水線號(hào)水線面積(m2)水線間距(m)排水體積(m3)排水量(t)Tpc(t/cm)300WL19.3920.3002.9092.9810.199600WL43.4990.30012.34212.6510.446900WL62.0820.30028.18028.8840.6361200WL76.8250.30049.01650.2410.7871800WL85.2070.60097.625100.0660.873表6-1排水體積計(jì)算表表6-2棱形系數(shù)計(jì)算表水線號(hào)吃水深度(m)舯橫剖面系數(shù)垂向棱形系數(shù)縱向棱形系數(shù)300WL0.3000.1190.5001.170600WL0.6000.2420.4731.224900WL0.9000.3620.5041.2461200WL1.2000.4520.5321.3011800WL1.8000.5530.6371.412表6-3方形系數(shù)計(jì)算表水線號(hào)吃水深度(m)水線面系數(shù)方形系數(shù)300WL0.3000.2160.140600WL0.6000.4930.296900WL0.9000.6210.4511200WL1.2000.7710.5881800WL1.8000.8700.780表6-4船舯橫剖面面積計(jì)算表水線號(hào)吃水深度(m)半寬值(m)舯橫剖面系數(shù)300WL0.3000.6300.147600WL0.6001.2950.298900WL0.9001.8780.4451200WL1.2001.9340.5561800WL1.8002.0490.680表6-5浮心縱向、垂向坐標(biāo)計(jì)算表水線號(hào)漂心縱向坐標(biāo)(m)浮心縱向坐標(biāo)(m)浮心垂向坐標(biāo)(m)300WL0.2850.2850.300600WL0.6430.4760.460900WL0.8610.6260.6191200WL0.8960.7270.7971800WL0.9440.8211.143表6-6300WL0.29744.4910.084600WL0.81826.2060.213900WL0.94216.6930.2901200WL0.67111.4820.3291800WL0.4186.9270.385（2）然后通過比例換算在AutoCAD中繪制靜水力圖，如圖6-1所示。圖6-1靜水力圖6.2邦榮計(jì)算在進(jìn)行邦榮曲線繪制時(shí)，采用相關(guān)原理公式對(duì)邦榮曲線進(jìn)行計(jì)算以及性能，船長方向的比例：1cm=1m，吃水方向：1cm=0.005m，橫剖面面積1cm=15m2，對(duì)基靜矩的比例：1cm=15m3，再用AutoCAD繪制出相應(yīng)的邦榮曲線圖，如圖6-2所示。圖6-2邦戎曲線圖6.3計(jì)算初穩(wěn)性在主尺度確定時(shí)，可知該客運(yùn)船吃水為0.9m，通過所需相關(guān)理論知識(shí)對(duì)客運(yùn)船的初穩(wěn)性進(jìn)行計(jì)算，從而得到四種狀況下的初穩(wěn)性計(jì)算結(jié)果，詳細(xì)數(shù)值由表6-7所示。表6-7t28.88425.26720.41716.632平均吃水m0.9000.8440.7620.690重心縱向坐標(biāo)m8.9378.3698.7037.906浮心縱向坐標(biāo)m-0.770-0.850-0.970-1.070重心豎向坐標(biāo)m2.2722.4681.8772.078每厘米縱傾力矩T·m0.5950.5770.5790.589漂心縱向坐標(biāo)m0.022-0.099-0.477-0.870縱傾力臂m9.7079.2199.6738.976縱傾力矩t·m280.365232.931197.492149.288縱傾值m4.7144.0363.4092.536首吃水增量mm0.9000.8440.7620.690尾吃水m0.9000.8440.7620.690橫穩(wěn)心距基線高m3.9724.0084.0083.940未修正初穩(wěn)心高m1.7001.5402.1311.862續(xù)表6-7自由液面修正值m0.0000.0000.0000.000實(shí)際初穩(wěn)心高m1.7001.5402.1311.862縱穩(wěn)心半徑m39.12043.40053.92067.240根據(jù)該表得到，客運(yùn)船的初穩(wěn)性高在滿載出港和到港狀態(tài)下，分別為1.70m和1.54m，都滿足不小于0.35B的要求，所以19m客運(yùn)船符合相關(guān)規(guī)范中關(guān)于船艇初穩(wěn)性的要求[14]。6.4計(jì)算大傾角穩(wěn)性客運(yùn)船在海上工作時(shí)，需要面對(duì)各種海上環(huán)境，從而受風(fēng)浪的影響，產(chǎn)生橫搖或縱搖運(yùn)動(dòng)進(jìn)而發(fā)生傾覆，所以穩(wěn)性設(shè)計(jì)對(duì)于客運(yùn)船是不可或缺的。由于我們初期沒有進(jìn)行建模，所以在計(jì)算大傾角穩(wěn)性時(shí)比較麻煩需要手工計(jì)算，量取數(shù)據(jù)并繪制，工作量較大。運(yùn)用乞貝雪夫法重新分站，一般取9-12個(gè)站號(hào)即可，所以本次設(shè)計(jì)中取得是9站。然后在縱剖線和半寬水線圖上量取對(duì)應(yīng)數(shù)值并繪制乞氏剖面圖。選取計(jì)算水線，旋轉(zhuǎn)點(diǎn)，假定重心位置和橫傾角間隔的大小。本次設(shè)計(jì)中就選取了4根水線。最高的水線應(yīng)該高于滿載水線，最低的水線應(yīng)該低于空載水線，其余的水線則是在最高與最低水線間等分選取。以最高水線與最低水線間距離為直徑畫一個(gè)圓，過圓心繪制一條60度的線，并運(yùn)用偏移指令找到兩個(gè)與圓相切的點(diǎn)，連三點(diǎn)畫一條直線，與水線的交點(diǎn)即為旋轉(zhuǎn)點(diǎn)。設(shè)置時(shí)的縱傾角為0°是靠近船首的，在0°~90°范圍之間計(jì)算橫傾角，每相距10°進(jìn)行一次計(jì)算。以此可以獲得設(shè)計(jì)客運(yùn)船的穩(wěn)性插值曲線圖(如圖6-3)。圖6-3穩(wěn)性插值按照公式(6-1)計(jì)算各傾角下的復(fù)原力臂，根據(jù)滿載狀態(tài)下的排水體積和重心高度，并繪制靜穩(wěn)性曲線。如圖6-4所示。(6-1)圖6-4靜穩(wěn)性曲線6.5計(jì)算阻力性能估算船舶阻力的方法有很多種，根據(jù)其適用范圍選擇不同的方法。19m客運(yùn)船是滑行艇，滑行艇的性能是隨著航速增大，動(dòng)升力持續(xù)增大，浮力也逐漸減小[13-14]。通常采用姆雷法或薩維斯基法對(duì)滑行艇進(jìn)行阻力估算。在嘗試過兩種方法之后，發(fā)現(xiàn)薩維斯基法更適合本艇，本章決定采用薩維斯基法。該法適用于浸濕長度比小于等于4的快艇，本艇適用。壓阻力與摩擦阻力之和等于滑行艇的總阻力，可通過公式(6-2)[15]計(jì)算出壓阻力：RF=gΔtanτ(6-2)式(6-2)中，重力加速度g=9.81m/s2；其中為滿載排水量；為航行縱傾角?？赏ㄟ^公式(6-3)[15]計(jì)算出摩擦阻力：RF=(CF+CF)V12lb2/2β(6-3)式(6-3)中，由圖6-5可查得，為浸濕長度比；為平均折角寬度；為平均舭升角；為粗糙度補(bǔ)貼系數(shù)，一般我國取為；可通過公式(6-4)[15]計(jì)算出摩擦阻力系數(shù)：CF=0.075/(lgRn-22)(6-4)式(6-4)中，Rn為雷諾數(shù)。V1為艇底平均速度，可由式(6-5)計(jì)算：V1=V(1-(CL1-0.0065ΒCL10.6)/(lcosτ))1/2(6-5)式(6-6)中CL1=0.012l1/2τ1.1。在阻力計(jì)算時(shí)，可由式(6-5)計(jì)算出該滑行艇的速度系數(shù)：(6-6)通過公式(6-7)[15]可計(jì)算出舭面升力系數(shù)：(6-7)在計(jì)算出CLb后，根劇圖6-6可查得無舭升角的升力系數(shù)CL0。由式(6-8)可以計(jì)算出動(dòng)壓力中心：CP=0.75-1/(5.21Cv2/λ2+2.30)(6-8)圖6-5平板滑行面的升力系數(shù)圖6-6棱柱形滑行艇的升力系數(shù)這部分主要是應(yīng)用前面所給的公式以及圖表來預(yù)測出滑行艇的性能。同時(shí)也要注意上述公式和表格僅適用于艇速超過阻力峰而處在滑行情況的狀態(tài)下。同時(shí)，我們可以觀察到水流從船艉部和船舭部的情況。它們適用范圍是：龍骨浸濕長度LK：LK≤0.9Lwl；航行縱傾角τ：2°≤τ≤15°；艇寬佛氏數(shù)Cv：2≤Cv≤13；體積佛氏數(shù)Fv：Fv≥2；浸濕長度比λ：λ≤4。計(jì)算過程包括客運(yùn)船的航速、載荷和重心位置時(shí)在平衡位置下確定客運(yùn)船航行縱傾角和阻力。參考《船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)(總體分冊(cè))》[15]中滑行艇阻力計(jì)算的表格，匯總出本次計(jì)算需要的數(shù)據(jù)：①排水量為28.884t；②平均折角寬度b為4.3296m；③平均舭升角β為15；④艇體重心與螺旋槳軸線距離f為1.96m；⑤螺旋槳軸線傾角ε為6°；⑥重心縱向坐標(biāo)XG為8.9366m；⑦重心垂向坐標(biāo)ZG為2.2717m；⑧運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)ν取1.139×10-6m2/s；⑨質(zhì)量密度ρ為999.04kg/m3。具體計(jì)算過程見表6-8。表6-819m客運(yùn)船阻力計(jì)算序號(hào)項(xiàng)目單位數(shù)值1數(shù)值2數(shù)值3數(shù)值4數(shù)值51Cv\2.2112.2112.2112.2112.2112CLb\0.1420.1420.1420.1420.1423τ°3.0004.0005.0006.0007.0004τ1.1°3.3484.5955.8737.1778.5045CL0\續(xù)表6-86CL0/τ1.1\0.0510.0370.0290.0240.0207λ\3.6553.0253.4552.0651.7768CL1\0.0770.0960.1100.1240.1369V1m/s14.27914.211114.12614.03013.91910Rn\1.5×1081.2×1081.0×1078.3×1077.1×10711CF\2.0×10-32.0×10-32.1×10-32.1×10-32.2×10-312CF\0.00040.00040.00040.00040.000413CF+CF\0.0020.0020.0020.0030.00314RFN17535.314708.312103.710265.78864.315tanτ\0.0520.0700.0870.1050.12316sinτ\0.0520.0690.0870.1050.12217cosτ\0.9980.9970.9960.9950.99218RpN14832.519786.124739.729721.634816.719RF/τN5845.13677.02420.71710.91266.320RtN324033453836892400384375221CPm0.5120.5530.5970.6290.65422lPm8.9017.9576.9656.1765.51923cm0.0350.9801.9722.7603.41824b/4tanbm0.2100.2100.2100.2100.21025am2.0622.0622.0622.0622.062續(xù)表6-8序號(hào)項(xiàng)目單位數(shù)值1數(shù)值2數(shù)值3數(shù)值4數(shù)值526sin(τ+ε)\0.1220.1390.1560.1740.191271-sin(τ)sin(τ+ε)\0.9940.9900.9860.9820.9772827×23/(τ+ε)m0.0350.9731.9532.7243.36529f·sinτm0.1030.1350.1710.2060.2393028-29m-0.0680.8381.7822.5183.12631gΔ-30Nm-19120.5237215.5504348.8712686.2884896.23225-fm0.1020.1020.1020.1020.1023324×32Nm1791.1281502.3681236.3181048.577905.4383431+33Nm-17329.361238717.897505585.195713734.777885801.605最后利用線性插值求得當(dāng)34項(xiàng)為零時(shí)的有關(guān)結(jié)果：1)航行縱傾角τ=2.9759°；2)阻力Rt=28997.4461N；3)平均浸濕長度比λ=2.59。阻力的相關(guān)參數(shù)可根據(jù)式(6-9)-(6-11)[2]計(jì)算：龍骨浸濕長度：LK=λb+(btanβ)/(2πtanτ)(6-9)折角浸濕長度：LC=λb-(btanβ)/(2πtanτ)(6-10)龍骨浸濕：d=LKsinτ(6-11)由以上公式計(jì)算得LK=14.774m，LC=7.653m，d=0.7655m。完成運(yùn)算后，需檢測計(jì)算的所有參數(shù)是否在可適用范圍之內(nèi)，龍骨浸濕長度和折角浸濕長度是否合理：龍骨浸濕長度若大于0.9倍的水線間長則式(6-9)不再適用，說明該艇在中高速航行中出現(xiàn)動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定的可能性較高；折角浸濕長度若小于零則式(6-10)不再適用，說明折角浸濕長度在艉封板的后面，該艇出現(xiàn)豚躍現(xiàn)象的可能性較高[16]。本艇所求參數(shù)均在適用范圍內(nèi)。根據(jù)公式(6-12)～(6-17)計(jì)算客運(yùn)船在噴濺區(qū)的阻力：tanα=0.5πtanτ/tanβ(6-12)式(6-11)中，α為駐點(diǎn)線的投影與龍骨線的夾角。計(jì)算得tanα=0.304，從而可得α=16.910°。Φ=2α/cosβ(6-13)式(6-13)中，Φ為噴濺邊線與龍骨線的夾角。計(jì)算得Φ≈35.011。Lws=b/4sin(2α)cosβ(6-14)式(6-14)中，Lws為噴濺區(qū)的特征長度。計(jì)算得Lws≈2.013m。Rns=VLws/ν(6-15)式(6-15)中，Rns為雷諾數(shù)。計(jì)算得Rns≈2.751×107。Cfs=0.074/Rns0.2-4800/Rns(6-16)式(6-16)中，Cfs為噴濺區(qū)的摩擦系數(shù)。計(jì)算得Cfs≈0.002。。Rs≈0.5CfsV2δλb2(6-17)式(6-17)中，δλ為噴濺區(qū)的有效長寬比，查圖6-7可知δλ≈0.354。Rs為噴濺阻力，計(jì)算得Rs≈1574.504N。圖6-7客運(yùn)船的裸體總阻力737N。然后可根據(jù)裸體總阻力算取客運(yùn)船在不同航速下的有效功率。相關(guān)數(shù)值見表6-9，按照公式(6-18)[2]計(jì)算:PE=RrV/1000(6-18)表6-9141516171819202.67217.15231.63246.1260.58275.058可以通過上述阻力計(jì)算表中第20項(xiàng)數(shù)據(jù)繪制出該船的船舶阻力航行縱傾角的變化曲線圖，如圖6-9。根據(jù)19m客運(yùn)船有效功率計(jì)算表可繪制出不同航速下有效功率變化的曲線圖，如圖6-10。圖6-919m客運(yùn)船阻力曲線圖圖6-1019m客運(yùn)船有效功率曲線圖鎖定航速為28kn的點(diǎn)可得該狀態(tài)下的有效功率為208.511kW，假設(shè)總推進(jìn)系數(shù)OPC為0.7，主機(jī)功率P通過公式（6-19）計(jì)算：(6-19)通過以上計(jì)算得知主機(jī)功率。前文選擇的功率為150kW的濰