1、华中科技大学文华学院毕业设计（论文）题目：3500T 油船性能设计学 生 姓 名： 学号：100304031116 学 部 （系）： 机械与电气工程学部 专 业 年 级： 船舶与海洋工程 2010 级 1 班 指 导 教 师： 许小颖 职称或学位： 助教 2014 年 05 月 23 日目 录摘 要 .IIIAbstract .IV1 油船设计任务书及分析 .11.1 油船设计任务书 .11.2 设计任务书的分析 .11.3 船型选择与设计技术措施 .22 主尺度认证及 性能校核 .32.1 主尺度选取注意事项 .32.2 排水量估算与主尺度初选 .43 型线设计 .73.1 概述 .73.2
2、 确定母型船浮心纵向位置 .83.3（l-Cp）法求各站移动距离 .93.4 绘制横剖面面积曲线 .113.5 绘制型线图 .114 总布置设计 .154.1 概述 .154.2 总体布局区划 .164.3 总布置图绘制 .195 船舶性能计算 .205.1 静水力性能计算 .205.2 船舶浮态与稳性计算 .245.3 螺旋桨设计 .365.4 舵的初步设计与操纵性预估 .406 设计结果 分析 .416.1 设计评价 .416.2 心得体会 .41参考文献 .43Comment U1: 页码致 谢 .44附录： .45摘 要本论文是阐述了 3500T 油船的设计。油船作为船舶的重要类型，在
3、载货船中占有举足轻重的地位，其中本次设计的3500 油船属于小型油船，对航道、运河及港口具有较强的适应性.营运方使灵活，在近海海域.低净空桥梁和港口吃水限制等方面受限较少，既能靠泊海洋钻井平台，又能适应近远洋航运，具有很髙的经济性和很强的实用性。在当今世界船舶保有量和订造船舶中，油船占有近 40%的份额，无疑为第一大船舶种类，研究油船设计的人才因而大有必要。本文分析了国内外相关参考文献.重点关注丁油船的发展历程.设计理念，船型分析以及其他技术特点和趋势.明确了油船设计的重要性.为后续工作打下了基础。设计阶段首先是对设计方案进行论证,方案论证的依据主要是设计任务书、母型船的资料和相关的规范。确定
4、了新船的主尺度之后，接着是进行总布置设计，型线设计，并对其性能作出分析论证。本文从主尺度设计、总布置设计和型线设计三个方面论述了设计船体的设计。主尺度论证中确定船舶的长、宽、型深及吃水等；之后进行总布置设计，包括甲板、舱室、楼道及舾装等方面的布置；最后，按照总布置的要求，设计船舶的横剖面面积曲线、半宽水线图、横剖面图，并由型线图进行静水力计算，绘制出邦戎曲线，稳性横截曲线，静稳性曲线，动稳性曲线，进水角计算图和进水角曲线。关键词：油船；主尺度；快速性；设计AbstractThis paper expounds 3500T oil ship design。Oil ship notably the
5、 completion of maritime law enforcement, marine survey and environmental monitoring tasks such as working platforms, but also to perform maintenance of maritime rights, management of sea areas and marine environmental protection functions of the indispensable tools. In order to better adapt to the n
6、ew situation, to perform maintenance of maritime rights and interests, marine surveillance and marine law enforcement investigative functions of the urgent need for monitoring, maritime surveillance ship in the construction phase of the project, the State Oceanic Administration, ocean surveillance s
7、hip to the second phase of the construction work of the deployment Chinese maritime surveillance Corps organizations conducted in-depth second phase investigation.Key words：oil ship; main scale；speediness; design前言油船作为船舶的重要类型，在载货船中占有举足轻重的地位；其中本次设计的3500 油船属于小型油船，对航道、运河及港口具有较强的适应性.营运方使灵活，在近海海域.低净空桥梁和港
8、口吃水限制等方面受限较少，既能靠泊海洋钻井平台.又能适应近远洋航运，具有很髙的经济性和很强的实用性。本文分析了国内外相关参考文献.重点关注丁油船的发展历程.设计理念，船型分析以及其他技术特点和趋势.明确了油船设计的重要性.为后续工作打下了基础。在当今世界船舶保有量和订造船舶中，油船占有近 40%的份额，无疑为第一大船舶种类，研究油船设计的人才因而大有必要。3500t 油船属于小型灵便型油船，由于对航道、运河及港口有较强的适应性，营运方便灵活，因而被称为“灵便型” 。灵便型油船大小港口都能进出，在近海海域、低近空桥梁和港口吃水限制等方面受限较少，既能靠泊海洋钻井平台，又能适应近远洋航运，具有很高
9、的经济型和很强的实用性，被大量应用于二工程原油中转、进口原油转载、内河沿线港口码头原油运输，近海钻井平台油运等等。在油船尺度及船型论证方面，上海船舶运输科学研究所与上海交迎大学合作开发了“标准经济船论证与主尺度分析程序” 。马坤、常会育等人介绍了沿海成品油油运市场对油船的要求情况以及沿海港口对成品油船设计的限制条件，探讨规范的变化对成品油船结构的影响并对现有成品油船技术状况及存在的问題进行分析.总结了现有油船船型的特点。大连理工大学研究生张付喜通过对货源、港口、航璲等自然条件的分析得出结论：0.5 万-5 万吨的成品油船适合于我国沿海成品油运输，并利用大量数据作为设计和分析的基础，应用巧 Vi
10、sual Basic 语言来编写沿海成品油船技术经济论证程序.完成沿海成品油船技术经济论证的任务。在油船总体设计方面，宋德华对闪点小于 60C 的成品油船总体设计中所需要的知识、设计要点、技巧.方法.资料等问题进行了详细说明：在灵便型油船型线设计方面.“分段原理“是 TK 在 1960 年前后针对低速肥大船型所提出的一种有效的新设计方法 .在这种方法中船型可以分为：三段.各自独立地设计：进流段的设计要使得兴波阻力最小去流段的设计要保证有最好的推进效率，而平行中体的长度则根据排水量的要求来调整。在优化方法方面，无约束优化问题的梯度很难求得，这种情况在物理、化学、经济、工程中会经常遇到，此时不用求
11、梯度的算法是最佳选择。步长加速法是 Hookes和 Jeeves 在上世纪六十年代提出的、解决非线性无约束问题的一种免梯度方法。在该方法提出的早期，由于传统的步长加速法收敛逨度慢，且收敛性没得到证明，而被人们所忽视。1991 年. Torczon 首次证明了这种算法的收敛性，这种算法再次引起了人们的注意。在改善收敛速度，减少计算量方面.除了把步长法应用于并行机，国内学者彭叶辉提出每次不成功迭代后，充分利用已有迭代点的信息，构造近似下降方向，产生新的迭代点。在此基础上，他又提出和构造了模矢搜索和遗传算法的混合优化算法。在模矢搜索方法的搜索步上，用一个类似于遗传算法的方法产生一个有限点集。2006
12、 年.吴绪权提出在模矢搜索的第二阶段尝试一雄搜索以达到加快收敛速度的目的，并提出了构造多个初始点的方法。在提高船舶使用的经济性方面，船舶设计水平的提高，设计软件(如强度有限元分析、疲劳分析) 的普及，使得油船的结构及节点更合理、重量更轻、寿命更长，在大型油船的设计上更是如此。另外，环保对于油船越来越重要，防污染要求和技术也越来越髙。油船是船舶行业中的顶梁柱，对其的设计内容涵盖了主尺度要素确定、型线设计、螺旋桨设计、船体总纵强度校核等部分，综合考察了我们对船舶的分析和设计能力，是对大学四年知识的综合运用。关于油船设计的参考文献众多，通过这一段时间的学习，我不仅接触了更加专业的设计实践，同吋锻炼了
13、英文能力，学习了更多的专业英语词汇，为此后的设计打好了基础，做足了准备。1 油船设计任务书及分析1.1 油船设计任务书1.1.1 航区及用途本船航行于我国沿海各主要港口，以装载石油。可装运各种液态物质，流体物应在整个舱室处所范围内均匀装载，并尽可能形成水平，以尽量减小货物移动的危害性。1.1.2 船 级本船的船体、轮机、电气设备等设计和建造应符合中国船级社(CCS)的“钢质海船入级与建造规范(2012) ”的要求，其它性能满足中华人民共和国海事局“国际航行海船法定检验技术规则（2008） ”要求。1.1.3 主尺度限制设计吃水 T7.0 米。1.1.4 装载量要求设计吃水(T)时的载重量 DW
14、3500t货舱舱容 Vc4000m31.1.5 航速本船满载试航速度 Vt11Kn，主机参数： 6BSD-18A 2368kw/900 rpm旋向：右旋 减速比：i=5:11.1.6 续航力与自持力续航力 R=3000n mile，自持力为 30d。1.1.7 船员定额 24 人舱室布置要求：设单人间 20 人，其余为双人间。1.2 设计任务书的分析本船为我国沿海油轮，要全年通航近海，因此吃水不受到太大限制，根据任务书要求，取 5.7m 为本船吃水。考虑到空载时全船的重心较高，应注意到对横摇周期的影响，适当调整压载水的位置，并留出自由液面，利用它对横摇周期好的影响。根据主机布置原则，尾机型在推
15、进和货舱布置上占有优势，但空船时有尾倾，满载时可能有首倾，因此必须考虑到首尾或双层底内有足够压载水来调整。本船要求满载试航时航速不小于 11 节，从母型船资料来看，这个航速不难达到，同时采用单桨单舵以改善阻力性能，推进性能，操纵性能。以使主机功率得以充分发挥。方型系数的选择要以从舱容和阻力性能两方面来考虑，在保证舱容的前提下，还要兼顾快速性。从造价和对方形系数影响程度来增大型宽和型深的办法比较合适，在这种情况下方形系数可略减小。另外大的型深可保证舱容和最小干舷的要求，大的型宽有利于改善水线面系数，对总布置也是有利的，取满足要求的最小进流段和去流段之后，尽可能加大平行中体长度，一方面对舱容有保证
16、，同时简化了设计型线。本船为了降低阻力，减小能耗，首尾部型线采用球鼻形。为制造上的方便，球首、球尾采用折角线型。折角线在纵向按流体的流线形成，船体上下部分用折线相连而不是用光顺的曲线连接，以减少船体加工，简化装配工作。同时船舶尾端采用方艉，一方面为了制造上的方便 ，另一方面方艉的尾部纵剖线坡度缓和趋近直线，这样可以使水流大致沿纵剖线放向流动，减少高速水流的扭转和弯曲程度，从而减小能量损失，改善阻力性能。1.3 船型选择与设计技术措施1.3.1 船型选择本船为飞溅艏、方尾、单甲板、双底设顶边舱、双机双浆、柴油机驱动、具有多舱的艉机型油船。1.3.2 设计技术措施（1）参照母型船和保证货舱布置以及
17、推进方面的原因，采用尾机型。（2）根据主机，减速器的选择，确定机舱的长度。（3）货舱长度由母型船在满足舱容前提下确定。（4）螺旋桨直径尽可能取大一些，可保证深度和提高推进效率以及减小激力。（5）首部采用飞剑艏以减小兴波阻力，尾部采用双方尾以改善推进性能。（6）保证压载水舱，燃油舱，淡水舱的舱容。（7）充分参考设计优良的母型船，来替代相应规范缺乏。1.3.3 设计流程图结合母型船，按如下流程进行设计（见图 1-1）：Comment U2: 分隔符WiD=ikLBdC?,B图 1-1 船舶主尺度论证流程2 主尺度认证及性能校核2.1主尺度选取注意事项船舶的排水量、主要尺度（船长、船宽、型深、吃水）
18、以及船型系数（方形系数、棱形系数、水线面系数、中剖面系数）统称为船舶主要要素。他们是描述船舶几何形状的一些最基本的特征数据。这些要素对船舶技术经济性能（如：快速性、稳性、耐波性、重量、容量、强度、总布置、经济性等）都有重大的影响，对船舶设计质量也起着决定性的作用。因此合理地确定船舶主要要素是船舶设计中最基本最重要的工作之一。船舶设计的理论和实践表明，船舶主要要素的确定必须满足如下的基本要求：（1） 满足浮力要求，即新船设计吃水时的浮力应等于设计排水量（LW+DW ） ；（2） 满足容量要求，即满足新船所需的舱容和甲板面积；（3） 满足新船的各项技术性能，包括快速性、稳性、操纵性、耐波性和强度等；（4） 满足用船部门（船东）对新船的使用要求；（5） 满足客观条件（航区航线、港口、建造厂等）对新船主要要素的限制；
