第一章船体几何要素及近似计算.pptx

一、船舶原理课程的重要性一、船舶原理课程的重要性船舶原理：是船舶工程技术专业的一门重要的专业技术基础课程，是研究船舶航海性能的一门科学。基础课程有：高等数学、工程力学、流体力学后续课程：船舶强度与结构设计、船舶设计基础、造船工艺学泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 绪论泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱: 二、船舶原理的内容二、船舶原理的内容六大航海性能浮性浮性稳性稳性抗沉性抗沉性快速性快速性适航性适航性操纵性操纵性船舶静力学船舶动力学船舶原理 绪论泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱: 船舶原理 绪论浮性浮性船舶在一定装载情况下浮于一定水平位置船舶在一定装载情况下浮于一定水平位置的能力的能力稳性稳性在外力作用下船舶发生倾斜而不致倾覆，在外力作用下船舶发生倾斜而不致倾覆，当外力作用消失后仍能回复到原来平衡位当外力作用消失后仍能回复到原来平衡位置的能力置的能力抗沉性抗沉性当船体破损，海水进入舱室时，船舶仍能保当船体破损，海水进入舱室时，船舶仍能保持一定的浮性和稳性而不致沉没或倾覆的能持一定的浮性和稳性而不致沉没或倾覆的能力。力。泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱: 船舶原理 绪论快速性快速性船舶在主机额定功率下，以一定速度航行船舶在主机额定功率下，以一定速度航行的能力。的能力。耐波性耐波性船舶在风浪海况航行时的运动性能。船舶在风浪海况航行时的运动性能。操作性操作性船舶在航行中按照驾驶者的意图保持既定航船舶在航行中按照驾驶者的意图保持既定航向的能力或改变航行方向的能力。向的能力或改变航行方向的能力。泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算本章要点本章要点1、掌握船体主尺度、船型系数等船形参数的定义及几何意义；2、理解船体近似计算法的基本原理（梯形法、辛氏法）3、掌握运用梯形法进行船体水线面和横剖面积计算的数值积分公式及计算表格4、掌握曲线端点修正方法泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算习题习题2-1、2-3、2-5泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算一、主尺度一、主尺度泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算总长（总长（LOA）自船首最前端至船尾最后端的水平距离。1、船长L（Length）泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算垂线间长（LPP）首垂线FP与尾垂线AP之间的水平距离。首垂线首垂线:是通过设计水线与首柱前缘的交点所作的垂线(垂直于设计水线面)泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算尾垂线尾垂线一般在舵柱的后缘一般在舵柱的后缘,如无舵柱如无舵柱,则取在舵杆的中心线上。则取在舵杆的中心线上。(如无特别说明如无特别说明,习惯上所说的船长常指垂线间长习惯上所说的船长常指垂线间长 )泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算设计水线长设计水线长设计水线在首柱前缘和尾柱后缘之间的水平距离泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算2、型宽B（breadth moulded）:指船体两侧型表面（不包括船体外板厚度）之间垂直于中指船体两侧型表面（不包括船体外板厚度）之间垂直于中线面的水平距离。一般指中横剖面设计水线处的宽度。线面的水平距离。一般指中横剖面设计水线处的宽度。泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算最大船宽最大船宽指包括外板和伸出两舷的永久性固定突出物如护舷材、舷伸甲板等在内,并垂直于中线面的最大水平距离。泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱: 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算3、型深D:在上甲板边线最低点处,自龙骨板上表面(即基线)至上甲板边线的垂直距离。通常,甲板边线的最低点在中横剖面处。泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算4、吃水d（draft）:基线至设计水线之间的距离首吃水首吃水 d dF F尾吃水尾吃水 d dA A 平均吃水平均吃水 d dM M 泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算5、干舷F（freeboard）:在船侧中横剖面处自设计在船侧中横剖面处自设计水线至上甲板边板上表面水线至上甲板边板上表面的垂直距离的垂直距离 泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算二、船形系数二、船形系数1、水线面系数（waterplane coefficient）与基平面相平行的任一水线面的面积 与由船长 型宽 所构成的矩形面积之比 其大小表示水线面的肥瘦程度泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算2、中横剖面系数（Midship section coefficient）中横剖面在水线以下的面积 与由型宽 、吃水 所构成的矩形面积之比 其大小表示水线以下的中横剖面的肥瘦程度泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算3、方形系数（Block coefficient）船体水线以下的型排水体积与由船长 、型宽 、吃水 所构成的长方体体积之比 其大小表示船体水下体积的肥瘦程度泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算4、菱形系数（prismatic coefficient）船体水线以下的型排水体积与由相对应的中横剖面面积 船长 所构成的棱柱体体积之比 其大小表示排水体积沿船长方向的分布情况 泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算5、垂向菱形系数（vertical prismatic coefficient）船体水线以下的型排水体积与由相对应的水线面面积 吃水 所构成的棱柱体体积之比 其大小表示排水体积沿吃水方向的分布情况 泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算三、尺度比三、尺度比L/B长宽比，与快速性有关；B/d宽度吃水比，与稳性、快速性和航向稳定性有关；D/d型深吃水比，与稳性、抗沉性及船体内部容积有关；L/d船长吃水比，与船的回转性有关，比值小船短，回转灵活；泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算船型船长型宽型深型吃水船中剖面面积水线面积排水体积LBDd AM AW Vmmmm m2 m2 m310000t远洋杂货船14720.412.408.20164.602381164757500t排水量海洋客货船12417.6010.905.5091.771720685425000t级远洋油船17025.0012.609.50235.6036213133.16141kw拖船27.008.003.802.8018.14159.42871441kw长江拖船48.6010.003.603.0027.30345.77503700t排水量长江客货船10516.404.703.6057.30135236892400t长江油船93.5513.804.803.4045.9811253380泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算p12 2-1p12 2-1某海洋客船船长某海洋客船船长L=155m,L=155m,船宽船宽B=18.0m,B=18.0m,吃水吃水d=7.1md=7.1m，排水，排水体积体积 。中横剖面面积。中横剖面面积 ，水线面面，水线面面积积 。试求：。试求：（1 1）方形系数）方形系数C CB B ；（2 2）纵向棱形系数）纵向棱形系数C CP P ；（3 3）水线面系数）水线面系数C CWP WP；（4 4）中横剖面系数）中横剖面系数C CM M ；（5 5）垂向棱形系数）垂向棱形系数C CVPVP ；泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算p13 2-3p13 2-3某海洋客货轮排水体积某海洋客货轮排水体积 ，主尺度比为：长，主尺度比为：长宽比宽比 ,宽度吃水比宽度吃水比 ，船型系数为：，船型系数为：，。试求。试求（1 1）船长）船长L L；（；（2 2）船宽）船宽B;B;（3 3）吃水）吃水d;d;（4 4）水线面系数）水线面系数 ；（；（5 5）方形系数）方形系数 ；（6 6）水线面面积）水线面面积 ；泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算一、梯形法一、梯形法基本原理基本原理用若干直线段组成的折线近用若干直线段组成的折线近似地代替曲线。似地代替曲线。即：以若干个梯形面积之和即：以若干个梯形面积之和代替曲线下的面积代替曲线下的面积泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算设某一计算曲线设某一计算曲线DBDB，曲线，曲线DBDB下下所围面积所围面积A A,其定积分式为其定积分式为:式中被积分函数式中被积分函数泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算梯形法的特点梯形法的特点式中式中 称为累加和；称为累加和；称为首尾修正项。称为首尾修正项。运算简便，在船舶性能计算（手算）中得到广泛的应用运算简便，在船舶性能计算（手算）中得到广泛的应用例题例题例题例题泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算某船的长度某船的长度L=70m，其设计流水线的等间距坐标（半宽）如下表，其设计流水线的等间距坐标（半宽）如下表所列。所列。坐标号坐标号01234567891014.44.855.005.205.204.954.804.353.150.5求水线面面积求水线面面积泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算二、辛氏法二、辛氏法基本原理基本原理采用等分间距以若干段二次采用等分间距以若干段二次抛物线近似地代替实际曲线，抛物线近似地代替实际曲线，计算各段抛物线下面积的数计算各段抛物线下面积的数值积分法值积分法1 1、辛氏第一法、辛氏第一法泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算若曲线若曲线DBDB为二次抛物线如图即被积为二次抛物线如图即被积函数为函数为y=axy=ax2 2+bx+c:,+bx+c:,则曲线则曲线DBDB下所围面积下所围面积A A,用定积分求用定积分求得如下得如下:利用待定系数法利用待定系数法,令二次抛物线令二次抛物线DBDB在三垂线处交点的横向坐标在三垂线处交点的横向坐标 ：y1y1、y2y2和和y3y3，并设曲线，并设曲线DBDB下所围面积为下所围面积为:辛氏第一法辛氏第一法泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算横向坐标前的横向坐标前的1,4,11,4,1称为辛氏乘数称为辛氏乘数,该方法称为辛氏第一该方法称为辛氏第一法，又称辛浦生法，又称辛浦生【1 1，4 4，1 1】法。法。对于整条曲线所围的总面积：对于整条曲线所围的总面积：S=s1+s3+s n-1泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算Cx1DGFEdllcx2x3x4x ny1y0y ny3y2-s1s n-1s3-y4x5efyxgy n-1泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算1 1、辛氏第二法、辛氏第二法基本原理基本原理采用等分间距以若干段三次抛采用等分间距以若干段三次抛物线近似地代替实际曲线，计物线近似地代替实际曲线，计算各段抛物线下面积的数值积算各段抛物线下面积的数值积分法分法若曲线若曲线DBDB为三次抛物线如图为三次抛物线如图,即被积函数为即被积函数为:则该曲线则该曲线DBDB下所围面积下所围面积 可证明为：可证明为：泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算例题例题设曲线方程y=tanx，利用下列各种方法计算 ，将其算到小数后五位值的精确解进行比较，并求出相对误差。（1）梯形法(五坐标)（2）辛氏法(五坐标)（1）精确解y=t g x/3泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算y0y1y2y3y4/12/6/4/3y=t g x（2）梯形法y0y1y2y3y4/12/6/4/3y=t g x泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算（3）辛氏法泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算精确解梯形法辛氏法y0y1y2y3y4/12/6/4/3y=t g x泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算一、水线面计算一、水线面计算面面面积面积漂心纵向漂心纵向坐标坐标水线面水线面系数系数泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算注：式中注：式中y y是离是离oyoy轴轴x x处得水线面半宽；处得水线面半宽；L L是水线长，在计算中一般取垂线间长是水线长，在计算中一般取垂线间长。水线面面积水线面面积 对对oyoy轴的静矩为：轴的静矩为：泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算漂心纵向坐标漂心纵向坐标泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算式中：式中：泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算式中：式中：泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算XFyxL=L/20 在实际船体计算时，根据上述数值积分公式，列成表格形式在实际船体计算时，根据上述数值积分公式，列成表格形式进行进行.该船吃水为该船吃水为8.2 m8.2 m，船长，船长L L=147.18m=147.18m，设计水线分成，设计水线分成2020站，计站，计算用算用EXCELEXCEL表格计算如下：表格计算如下：泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算L=147.18m，L=L/10=7.359m,020站的水线面积：站的水线面积：A1=2 L162.103=2385.83m20站以后部分的面积：站以后部分的面积：A2=20.5y05.8=13.37m2整个水线面积：整个水线面积：AW=2385.83+13.37=2399.20m2yL L=147.18m=147.18m，L L=L L/10=7.359m,/10=7.359m,020020站水线面面积对船舯的静矩：站水线面面积对船舯的静矩：站水线面面积对船舯的静矩：站水线面面积对船舯的静矩：MM1 1=-2=-2 L L2 292.36=-10003.49m92.36=-10003.49m3 3 0 0站以后部分的面积对船舯的静矩：站以后部分的面积对船舯的静矩：站以后部分的面积对船舯的静矩：站以后部分的面积对船舯的静矩：MM2 2=13.37(-75.49)=-1009.3m=13.37(-75.49)=-1009.3m3 3 整个水线面积对船舯的静矩：整个水线面积对船舯的静矩：整个水线面积对船舯的静矩：整个水线面积对船舯的静矩：MMoyoy=-10003.49+(-1009.3)=-10003.49+(-1009.3)=-11012.79m=-11012.79m3 3漂心纵向坐标与水线面积系数分别为：漂心纵向坐标与水线面积系数分别为：漂心纵向坐标与水线面积系数分别为：漂心纵向坐标与水线面积系数分别为：泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算二、横剖面计算二、横剖面计算面积面积面积形心垂向坐标面积形心垂向坐标中横剖面系数中横剖面系数泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算微面积：微面积：整个横整个横剖面面剖面面积积注：式中注：式中y y是离是离oyoy轴轴z z处处的水线面半宽的水线面半宽横剖面面积形横剖面面积形心垂向坐标心垂向坐标横剖面面积对横剖面面积对oyoy轴的静矩轴的静矩泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算式中：式中：注：注：为经过端点修正后的半宽值；为经过端点修正后的半宽值；为各为各水线等间距值水线等间距值横剖面面积形心垂向坐标中横剖面系数 注：式中注：式中A AM M为船在吃水为船在吃水d d以下的中横剖面面积；以下的中横剖面面积；B B为船中横剖面处的船宽。为船中横剖面处的船宽。船宽船宽B=20.4mB=20.4m，吃水，吃水d=8.4m d=8.4m，=1.2m=1.2m泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算水线号水线号yi（m）kikiyi=08.370019.9619.96210.2220.4310.2330.6410.2440.8510.2551610.2661.2710.2771.4总和总和79.53285.36修正值修正值9.2835.770.25249.66修正后总和修正后总和y y1 1y y2 2A AB By y0 0LLLLx xy y泰州职业技术学院 机电技术学院 主讲人:朱艳 邮箱:xiaoyanzhu1985 船舶原理 第一章 船体形状及近似计算三、端点修正三、端点修正1 1、曲线的端点较凸、曲线的端点较凸 0 01 12 2B By y0 0A Ay y1 1y y2 2d dd dy yz z0 01 12 2C CD D0 0E E-y-y0 0A Ay y1 1x xy yB B2 2、曲线的端点未达到所规定的等间距站号、曲线的端点未达到所规定的等间距站号 LLE EF Fy y0 0y y0 0y y1 1y y2 2y yx xLLLL3 3、曲线的端点超出所规定的等间距站号、曲线的端点超出所规定的等间距站号 0 0A A2 2B BD D例题例题0 01 12 23 34 41.201.201.671.672.002.002.242.241.001.001.001.001.001.001.001.00y yz z对下面横剖面的半宽及其水线间距（单位为对下面横剖面的半宽及其水线间距（单位为m m）先修正其坐标，）先修正其坐标，然后用梯形法计算其面积。然后用梯形法计算其面积。0 01 12 23 34 46.006.005.165.164.104.102.252.252.002.002.002.002.002.002.002.00Z ZY Y例题例题某船的水线面曲线在各站号处得半宽值如表中所列某船的水线面曲线在各站号处得半宽值如表中所列（站距为（站距为12m12m）：）：（1 1）画出该曲线）画出该曲线（2 2）先修正坐标，然后列表求其面积。）先修正坐标，然后列表求其面积。站号012345678910半宽yi（m）06.358.558.678.67 8.67 8.678.607.55 4.18 0