1、I20m双体搜救船总体方案设计及快速性计算摘要本课题为设计一艘20m双体搜救船,设计主要内容为主尺度论证、总布置设计、三维建模、型线设计、稳性校核、快速性计算及螺旋桨设计。确定双体搜救船的航区,航速等之后,进行双体搜救船的主尺度论证，根据主尺度进行双体搜救船的总布置设计，在总布置设计中参照母型船进行设计改造。接着使用maxsurf的maxsurfpro模块进行三维建模、光顺模型，然后导出型线,进行型线的完善。之后通过maxsurf的Hydromaxpro模块进行静水力的计算以及大倾角稳性的校核。最后利用maxsurf的Hullspeed模块进行快速性计算，进而进行螺旋桨的设计。关键词： 双体搜
2、救船，总布置，三维模型,型线，静水力，螺旋桨IIThe Design of 20m Catamaran Rescue Vessels and Fast CalculationAbstractThe topic for the design of a 20m catamaran rescue vessels, the design of the main contents of the main-scale demonstration, the overall layout design, three-dimensional modeling, model design, calibration
3、 stability, quick calculation and propeller design.Twin-hull vessel to determine the aircraft search and rescue area, after the speed, etc. to carry out search and rescue boat catamaran-scale demonstration of the Lord, according to the main-scale search and rescue boat catamaran to the overall layou
4、t of the design, layout design in the light of the overall home-based transformation of ship design. Then use the maxsurfpro module maxsurf three-dimensional modeling, smoothing model, and then export the profile to carry out the perfect lines. After the adoption of the maxsurf Hydrostatic Hydromaxp
5、ro modules as well as the calculation of large angle stability check. Finally, the maxsurf rapid Hullspeed calculation module,which carried out the design of the propeller.Keywords: catamaran rescue vessels General arrangement Three-dimensional model Lines Hydrostatic PropellerIII目 录一 选题背景 .11.1 太湖环
6、境介绍 .11.2 船型选择 .21.3 存在的技术问题 .21.4 国内外的研究情况及双体船的发展前景 .3二 主尺度论证 .32.1 设计任务书的分析 .32.2 根据母型船估算排水量、主尺度、空船重量 .42.2.1 主尺度初选 .42.2.2 船型系数的初选 .5三 双体搜救船总布置设计 .93.1 概述 .93.2 总体区划 .9四 双体搜救船三维建模及型线 .124.1 基于Maxsurf建模及改造 .124.1.1 maxsurf简介 .124.1.2 使用maxsurfpro模块，对数据预处理、 建立TXT标记点文件 .124.2 使用maxsurf改造设计 .184.3 型线
7、完善 .22五 螺旋桨设计及性能计算 .235.1 20m双体搜救船螺旋桨设计书 .235.2 性能计算 .295.2.1 概述 .295.2.2 静水力计算. 295.2.3 大倾角稳性的计算 .32六 船体说明书 .38七 总 结 .40致 谢 .41附 录 .42参考文献 .431一.选题背景1.太湖环境介绍太湖是我国著名的五大淡水湖之一，湖岸总长405公里，湖泊面积2427.8Km2,湖区有52个岛屿，是典型的浅水型湖泊。苏州市管辖的湖泊面积1600平方公里，约为太湖总面积的三分之二。太湖沿岸入湖口众多，可供船舶航行的航线包括太湖航线、芜申线、苏西线等在内多达15条，航程200余公里。
8、随着环太湖特别是苏州市经济的高速发展，湖上航行船舶和货运量呈现快速增长的势头，湖区船舶日流量逾千艘，货物流通增速强劲，太湖成为流域地区重要的水上交通走廊，这对区域的经济发展和城市建设、对沿岸旅游资源的开发、环太湖和苏州区域经济的发展都起到了积极的作用。从古至今，太湖的水上养殖、捕捞、航运及水上旅游观光事业十分发达。但由于其自然环境十分复杂，在恶劣的气候条件下，特别是大风季节，湖面上波浪滔天，浪高可达到1米以上。而且由于太湖水浅，平均水深仅1.2m ，在大风季节容易形成“浅水波”。浅水波的特点是浪高且陡，俗称“ 浪硬”，这种波浪对在湖面上航行和作业的船只极具伤害性。因此，太湖也是水上事故高发地区
9、，轻则人身和船只遭受伤害，重则船毁人亡，严重地影响到了一方人民的安全，也会给建设和谐社会画上不协调的音符。因此提高太湖搜救能力，确保太湖水域航行安全已引起各级政府部门的高度重视，太湖搜救中心已获省市人民政府批准建设。目前，规划定点选址工作已完成，初步方案设计正在进行之中。另有西太湖二处避风港建设已进入方案设计阶段，期盼几十年的现代化多功能的太湖搜救中心不久将成为现实。苏州市城区地方海事处作为处理辖区水上事故的职能部门，深感肩上责任重大，但面对目前较低的太湖搜救能力却感到十分无奈。其中主要原因是现有的搜救船只老化，性能落后，很难满足搜救工作的需要，现有的搜救船航速低，仅为15公里/小时左右，稳性
10、差，抗风浪能力低，吃水偏深且船载设备陈旧简陋。在实施搜救时，由于搜救船吃水深，不能接近事故船，往往搜寻到正在下沉的船舶，遇险船员在棚顶呼救而搜救人员无法靠近沉船，有时只能采取冒险行动；二是由于搜救艇航速低，不能在最短的时间内到达事故现场，错失救助良机，特别时大风严冬季节，遇险船员浸泡在水中几个小时，往往被冻死而非被淹死；三是由于现有搜救船适航性差，遇上恶劣的气候，非但不能有效地完成搜救任务，连自身脱险安全回航都得不到保证。因此，开发研制新型的太湖搜救船型已迫在眉睫。 新型太湖搜救艇采用双体船型，由两细长片体和连接桥架构成，该船型具有稳性好，吃水浅，航速快，抗风浪能力强及操纵灵活方便，且甲板面积
11、大等特点，其优良的快速性、耐波性和操纵性能在确保安全的情况下大大增强其机动性，可克服太湖恶劣环境，在第一时间内到达事故现场。新型搜救船2拟配置GPS卫星导航测速定位系统、大功率远光搜索灯、摄像远程传输系统等先进装备，必将大大提高太湖搜救工作的能力和效率。该新船型不但可作为太湖搜救艇的更新换代产品，也为“现代海事” 、“数字海事”的建设打下坚实的基础。 2.船型选择本文选择双体搜救船，它有以下优点：(1)高速性 瘦削船型对高速时的阻力和耐波形的改进都很有利，特别是深 V 船型，但单体快速船长宽比过大和过于瘦削的船型会引起横稳性下降、操纵性变坏、波浪上纵向弯矩增加以及对舱容和布置有碍等一系列问题，
12、双体船很好的解结了这些问题，并且在速度上获得了保障。(2)稳性好 双体船有两个分得较开的片体，使水线面的横向惯性矩大大增加，所以复原力矩很大，稳性好，抗风力强。大风时期可较其它船种更易维持正常交通和工作。对搜救工作非常有利，同时对于被搜救人员也有很好的保护。(3)甲板面积大 同等的排水量下其甲板面积和上层建筑使用面积比单体船约大20%40%。(4)操纵性好 在满足同样使用要求下，双体船船长较单体船短，水下侧面积小，加上两桨距、舵间距较大，使船能获得很好的操纵性能。实船证明双体船还具有良好的航向稳定性。(5)推进效率高 由于双体船桨叶往往置于有利的尾部伴流中，附体阻力较一般双桨单体船低 1520
13、%。两桨间的相互干扰由于船体间距的拉开而有所减少。双体船的每个片体可视作单桨船，可以获得较高的推进率。3.存在的技术问题(1)载重系数低双体船的自重较大，其载重系数较单体船低。(2)结构复杂双体船的二个片体靠连接桥连接，连接桥的受力情况较复杂，为保证连接桥有足够的强度，船体与它连接部位的结构须加强，计算也较复杂。3(3)横摇加速度较大双体船的横摇周期短，一般在46秒。在横摇时舷边将产生较大的横摇加速度，可达0.25g。这样大的舷边加速度对旅客是不舒适的，对舷边作业也带来不便。(4)由于双体船总长和总宽相差不大，使得双体船的纵摇与横摇周期比较接近，当船受到横浪作用时，将会产生纵横摇的复合摇摆运动
14、，因而有较大的线加速度，使船抵挡横浪影响的能力较差 1。(5)采用螺旋桨推进方式的高速双体船，尾部兴波较大，主机轴线与船体基线形成相当大的夹角，造成较大的尾浪。(6)连接桥底部离开水面高度不大，在内河浅水航道吸底严重。4.国内外的研究情况及双体船的发展前景近年来，高速双体船在我国得到了迅猛发展。我国也有很多部门正在进行高速双体船的设计与研制，多半用于短途客运。由于其高速、经济、舒适的特点，很受航运部门欢迎，特别是能用于其他运输工具（如飞机）不易达到的航线，但须改善风浪中的耐波性，如扭摇现象等。现在国内外都在利用各种高性能船舶的特殊技术进行杂交，从而派生出各种新型高性能船舶，使小水线面水翼船、双
15、体水翼船、双体穿浪船、双体气垫船、气垫水翼双体船等相继问世。可以预言，在未来高性能船的发展中，双体船技术将越来越扮演重要的角色。4二.主尺度论证1.设计任务书的分析(1)任务与航区: 本船为航行于太湖湖区的国内双体搜救船，航区为内河B 级。(2.)船型: 采用钢质双体船型，双机双桨。(3)船级: 满足中国船级社颁发的有关规范要求 .如:钢质内河船舶建造规范,内河高速船入级与建造规范等.(4)主机型号: 自选(5)主尺度范围及技术任务指标:船长 20m平均吃水 T 1.2M乘员 10人 船员及服务员 4人续航力 8小时航速 静水中蒲氏风级不超过3级时,试航速度Fn不小于0.7。(6)设备:采用悬
16、吊式流线型平衡舵装置，设燃油辅锅炉提供全船热水及冬季暖气，锚泊,消防,照明,通讯与导航设备按有关规范和需要配齐。根据设计任务书选择高速双体母型船如下：双体高速母型船主尺度及船型系数如下：总 长Loa （m） 20.35设计水线长LWL（m） 18.4型 宽B （m） 6.0片 体 宽b （m） 1.8片体水线宽bw （m） 1.6片体中心距2Co （m） 4.2型 深H （m） 1.55吃 水T （m） 0.96型排水量 （m3） 24.36空船重量 （ t ） 18.17方形系数Cb 0.437舯剖面系数CM 0.656棱 形 系 数Cp 0.666浮心纵向位置 -3.815XCB（L ）航
17、 速 35km/h主机功率转速 205KW2100rpm2.根据母型船估算排水量、主尺度、空船重量(1)主尺度初选1）船长 L 任务为20m双体船的设计，故船长定为20m，水线长初步定为19m。2）片体宽b本船属于高速双体船，取Fn =0.75，适当加大片体宽度和减小吃水及船长，以争取较小湿表面积和降低空船重量是恰当的，一般取L/b=812，用排水体积长度系数3()10L反映高速双体船阻力性能要比L/b更确切，因为它既考虑船长因素，又考虑船体的瘦削程度。取L/b=10.2 ，则b=1.86 （m）3）型宽BK/b对干扰阻力的影响随航速的增大而逐渐减弱，干扰阻力在总阻力中仅占5%8%。在顾及阻力
18、与连接桥重量下，取K/b=2.22，B=K+b=6（m）4）吃水T双体船的b/T对阻力的影响主要表现在片体摩擦阻力上，减少片体宽度和增大吃水对减小摩擦阻力是有利的。但要求尾部具有一定升力的高速双体船，b/T稍偏大，是双体船具有较佳的航行纵倾角，对减少兴波阻力是有利的。内河船舶吃水T的选取受航道和港口水深的限制，为避免船舶搁浅，船底与河床之间应留有一定的间隙，称为富裕水深。富裕水深的大小一般为0.20.5m，鉴于湖区泊位水深很小，故取吃水为0.95m。5）连接桥和型深D双体船片体瘦削，升沉和纵摇均比单体船大，为防止和减缓波浪对连接桥的砰击，必须提高连接桥距水面高度，并将连接桥首部端向后移，或者在
19、连接桥首端做成具有12 015 倾角，桥的首部横剖面为单三角形或双三角形。按船舶设计实用手册的要求，如图2-1 所示，可取连接桥距水面的高度为1.8m。6图 0-1 连接桥距水面高度1最小许可值 2希望值 3目前实船统计值（3%5%）L增加型深能提高船舶的抗沉性，对于对安全要求较高的船增大型深是有利的，另外对浅吃水的内河船舶型深大对机舱的布置与操作也十分有利，据此取型深D 为2m。(2)船型系数的初选1）棱形系数Cp是影响双体船片体兴波阻力和干扰阻力的主要参数。在Fn0.3时，由于沿船长几乎全部产生兴波作用，需要排水体积沿船长均匀分布。因此，棱形系数对片体阻力的影响符合单体船的规律，航速大者，
20、棱形系数宜取大。参考圆舭快艇高速区Cp 参考图，如图2-2所示，取Cp=0.65。图 0-2 圆舭快艇高速区 Cp 参考图2）水线面系数双体船的水线面系数对形状稳性力臂的影响已微不足道，但对提供尾部升力的影响将随船速提高而明显。尾板水线面宽度极为重要，这个影响具有与高速单体船同样的性质。对于中速以上船舶尤其是高速船舶，因3()10L对阻力影响十分显著，一般减小Cb于阻力有利。当Fn=0.30时，Cb、Cp与Fn 有最佳配合关系表。如表2-1所示。7表 0-1 Cb、Cp 与 Fn 有最佳配合关系表Fn Cb 可用Cp 剩余阻力最佳的Cp0.30 0.5500.570 0.5800.620 0.
21、5000.5200.32 0.5100.560 0.5700.610 0.5000.5200.34 0.5000.550 0.5800.600 0.5200.5300.36 0.4900.540 0.5600.580 0.5400.5600.38 0.530 0.5600.580 0.5600.5800.40 0.520 0.5900.610 0.5900.6100.42 0.510 0.6000.620 0.6000.620大于0.44 0.500 0.6300.650 0.6300.650按照配合表，暂时取方形系数Cb为0.5003）浮心纵向位置浮心位置对双体船阻力影响与单体船相似，随航速的增加，Xcb应向舯后移动。由于双体船的机舱一般都在舯偏后，甚至是尾机布置，尤其高速双体船是这样。因此，从阻力角度选择最佳浮心位置时，还要顾及总布置的要求，防止尾机型双体船的过大尾纵倾，在双体船有利的速度范围内，一般Xcb取在舯后1%L5%L 3。图 0-3 最佳浮心位置参考图按照最佳浮心位置参考图，如图2-3所示，取Xcb在肿后1.36%L。
