【讀書筆記】船舶設計

來源:船舶設計基礎,雷林主編,張依莉主審,人民交通出版社2007年版


一艘船的設計,要根據設計任務書,經過大量而詳細的設計計算和繪圖,提供船舶建造和使用所需的全部圖紙和技術文件。


1. 船舶設計程序

船舶設計的一般程序,首先是由船東和設計部門共同編制設計任務書,作為設計的依據;設計部門設計新船時,一般分為4個階段:初步設計、技術設計、施工設計和完工設計。
對投資較大或者技術比較復雜的船舶,在初步設計和技術設計完成后,要分別邀請有關專家進行審查,提出修改意見,然后再進行下一階段的設計工作。
具體步驟如下:
(1)編制設計技術任務書: 反映對設計船技術性能的要求,并對船的主要技術要素做了具體規定,如船舶類型、用途、噸位、航速、機電設備等。設計技術任務書的各項技術要素必須經過充分的調查,有時還要輔以必要的技術經濟論證。
(2)初步設計: 按照設計技術任務書,確定和船舶技術經濟性能關系最大的一些項目,比如船的 主尺度和排水量、船體型線、建筑形式和總體布置、基本結構、主輔機和主要裝置系統 等。同時要進行船舶主要性能計算,繪制型線圖、總布置圖、中剖面結構圖等主要圖紙,編制出全船說明書和材料設備清單。
(3)技術設計: 在初步設計被審查批準后,可以開始解決新船的所有主要技術性問題,要進行大量準確詳細的計算工作,并繪制圖紙。這個階段的技術文件和圖紙應當能滿足驗船部門審查、承造廠進行生產準備、估算造價、訂貨機繪制施工圖紙等方面的需要。
(4)施工設計:技術設計被驗船部門審查批準后,根據建造廠的具體生產技術條件和船舶各項標準文件,開始制訂建造該船所需的船體、輪機、電氣三方面的全部施工圖紙和技術文件。在船體方面,要繪制分段結構施工圖和制訂工藝規程,以及繪制船舶設備、施工圖等。
(5)完工設計: 船舶在建造施工中,往往會對原設計做一些修改,這樣原來的設計圖紙和技術文件和實船可能會不完全符合,為了反映真實情況,在船舶竣工之后,應按照實際情況修改圖紙及進行必要的修改計算,為用船部門提供竣工圖紙和技術資料。

2. 設計技術任務書

可行性論證工作: 研究采用哪種運輸形式投資最少、經濟效益最好(水運/鐵路/公路/航空/管道);研究承擔某種運輸任務需要的船型(雜貨船、集裝箱船、滾裝船、頂推分節駁),在選取的時候要進行技術經濟論證。
新船的設計技術任務書內容可以如下:
(1)航區航線(新船航行的區域);
(2)用途(新船的裝載數量和性質,客船包括人數、載貨噸數以及艙容要求、貨船包括貨物的數量及理化性質);
(3)船型(指船的建筑特征,包括上層建筑、機艙部位、貨倉劃分、甲板層數和甲板間高等);
(4)船級(指按什么船級社的規范設計新船,如果船走國際航線,還需要符合有關的國際規則和公約等);
(5)動力裝置(指主機的類型、功率、轉速和臺數等);
(6)航速(民船的航速通常分為試航航速和服務航速,試航航速指滿載的速度、服務航速指船平時營運所使用的航速);
(7)續航力(在規定的航速和主機功率下,船上所帶燃油可供船連續航行的距離);
(8)自持力(船上所帶淡水食品等能供人員在海上維持的天數);
(9)結構(指船體和上層建筑材料、船體結構形式、甲板負荷、特殊加強等的要求);
(10)設備(指錨、舵、通風、導航等方面的要求);
(11)性能(如穩性要求、首尾吃水的浮態要求等);船員;尺度限制。


3. 設計工作方法

在新船設計時,設計者常采用一種行之有效的方法:母型改造法。所謂母型,就是和新船在主要方面相近的實船或者已經設計好的船。
將母型各項要素按設計船的要求,用適當的方法加以改造變換,就可以得到新船的相應要素。


4. 船價

在船舶初步設計完成后,根據設計部門提供的主要圖紙文件(總布置圖、中橫剖面圖、、船體說明書、材料預估單及主要機電設備清單),船廠股價部門就可以按照市場價詳細計算材料、設備費,并結合船廠實際計算出建造成本,再加上其他費用,得到新船船價。


5. 重量、重心估算

船舶設計的基本要求,一是讓船舶按預定狀態浮在水面上,即要求船舶重量等于浮力,二是讓設計船滿足預定的載重量;三是使設計船滿足任務書規定的各項航行性能指標。所以需要估算重量和重心。
重量計算不可能一次完成,即在設計的最初就估算到最后,需要隨著設計一點一點深化。


6. 船舶容量

船舶容量是船內容積和甲板面積的總稱。任何一艘船舶,為了滿足預定的使用要求,至少應當具備兩方面的條件:滿足重力和浮力平衡,提供足夠的浮力來支撐船舶自重和預定的載重量(重量、重心估算);設計船必須提供足夠的容量來裝各種東西(容量估算)。
在船舶初步設計階段,設計者要按任務書制定的各項使用要求估算設計船所需的容量、同時要根據浮力擬定的船舶主尺度來估算設計船所能提供的容量,爭取讓設計船所能提供的容量等于或略大于所需容量。
在技術設計中,要根據船舶型線圖、總布置圖和邦戎曲線圖等圖紙資料,對容積詳細計算,繪制容量圖和倉容要素曲線。

【讀書筆記】船舶設計的圖1

【讀書筆記】船舶設計的圖2


7. 船舶性能估算

確定船舶主要要素時,要預估各主要性能指標,來判斷所確定的各主要要素是否合理。
比如 快速性 穩性 抗沉性 (船舶在進水之后還可以保持一定浮性和穩性的能力)、 耐波性 (船舶在風浪中遭受外力擾動而產生各種搖擺運動時,仍然能維持一定航速在水面上安全航行的性能)


8. 船舶主要要素的選定

船舶的 排水量 主要尺度 (船長、船寬、型深、吃水)以及 船型系數 (方形系數、棱形系數、水線面系數、中剖面系數)被統稱為船舶主要要素。他們是描述船舶幾何形狀的最基本特征數據。
船舶設計中常把船舶分為兩種類型:一是載重型船、二是布置地位型船。載重船的zai量載重和排水量的比值(DW/?)較大,設計這類船時DW是主要矛盾。布置地位型船是指為了布置各種用途的艙室,需要較大艙容或甲板面積的船舶,這類船舶的容量是主要矛盾。


9. 船舶型線設計

型線設計的內容通常是指船體型線特征系數的選擇和生成型線圖的方法。橫剖剖面曲線是設計船體型線的關鍵,橫剖面面積曲線,是以船長為橫向坐標、設計水線下個橫剖面面積為豎向坐標而繪制成的曲線。

【讀書筆記】船舶設計的圖3

在實際的設計過程中,可參考和設計船相近的優秀型船的型線資料,采用簡便的方法得到設計船的型線圖。可以通過主尺度改造、橫剖面面積曲線改造等方法來改造母船。


10. 船舶總布置設計

總布置設計涉及到船、機、電三個方面。完成設計船總布置圖的設計和繪制。需要對全船空間進行合理的區域劃分,選擇適宜的建筑形式。比如這樣:

【讀書筆記】船舶設計的圖4



設計實例:江海直達貨船設計

一、設計任務書

【讀書筆記】船舶設計的圖5

二、設計特點

(略)

三、排水量及主尺度確定

  1. 母型船資料

  2. 排水量估算

  3. 主尺度初步確定

  4. 重量校核

四、總布置草圖

【讀書筆記】船舶設計的圖6

五、船型設計及船模試驗

略)



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