《船舶基础知识》PPT课件

第一章 船舶基础知识 第一节 船舶形状 一、船舶尺度 1.船舶主要尺度 船舶作为一种外形庞大的工业产品，一个复杂的空间 几何体，它的大小也用尺寸标注来表示，如同某些产 品标注其外形尺寸一样，这些 表征船舶大小的尺寸称 为船舶的 主要尺度 。 钢质船体的 内表面 称为船体的 型表面 ，凡是量到型表 面的尺寸称为 型尺寸 钢质船舶的主要尺度通常都是指的 型尺寸 。 总长 LOA 船体型表面首尾两端点之间的水平距 离； 设计水线长 LWL 设计水线面上船体型表面首尾 端点之间的距离；也称满载水线长，是沿设计夏 季载重水线自船首垂线至船尾端点的距离 垂线间长 Lpp 首垂线和尾垂线之间的水平距离， 又称两柱间长；首垂线是通过设计水线首部端点 所作的垂线。尾垂线在有舵柱时为舵柱后缘，无 舵柱时为舵杆中心线； 型宽（ B） 船体型表面之间垂直于中线面的最 大水平距离； 型深（ D、 H） 通常指在中站面处，沿舷侧自 龙骨线量至上甲板边线的垂直高度； 型吃水（ T ） 通常指在中站面处，自龙骨线量 至设计吃水的垂直距离。在船长中点处从平板龙 骨上缘至夏季载重水线的垂直距 干舷 (F) 在船长中点处，沿舷侧自夏季载重水线 量至上层连续甲板边线的垂直距离， 2.主尺度比值 从船舶主尺度的比值可以看出船舶长短肥瘦的形 状特征，它还反映出船舶某些航海性能的好坏和 船体结构的强弱。主尺度比有以下几种。 （ 1）长度宽度比 L / B 该值对船舶快速性影响较大。 L/B值大表示船体狭长， 阻力较小而航速较高。 ( 2 ）型宽吃水比 B / T 该值与船舶的稳性、阻力关系比较大。 B/T越大，稳性 越好，但阻力也较大。 B / T过大时容易造成过快的摇 摆，不利于船上人员的生活和工作。 （ 4）型深吃水比 D / T 该值影响船舶大角度横倾时的稳性和抗沉性。 D / T 大船的储备浮力大，对提高大倾角稳性和 抗沉性有利。 （ 5）长度型深比 L / D 该值影响船舶的结构强度， L / D越小，则纵总 强度越好。不同用途不同类型的船舶都有其相 应的主尺度比值。 二、船体型线图基本知识 1.标高投影与平行剖切 2.三个基本投影面 船体型线图中的三个基本投影面如图 所示。 中线面（中纵剖面）将船体分为左右对称两部分的纵向垂直平面。 设计水线水平面通过设计吃水，将船体分为水上和水下两部分的水平面。 中站面（中横剖面）通过船舶垂线间长中点，将船体分为前体和后体两部分 的横向垂直平面。 中线面、设计水线水平面和中站面是三个互相垂直的平面，它们在船体图中 的作用，相当于机械图中的正投影面、水平投影面和侧投影面。船体型线图 就是投影在这三个基本投影面上的三组平行剖切面图。 船体型线图就是用一系列平行于三个基本 投影面的平面去剖切船体，将这些平面与 船体型表面的交线投影到三个基本投影面 上得到的。 3.型线的形成及其投影 图 为船体型线的示意图，仅取首部一般船 体加以说明。 船体型线图 第二节 船舶航行性能 一、概述 通常，船舶航行性能包括以下六个方面： （ 1）浮性 ； （ 2）稳性 ； （ 3）抗沉性 ； （ 4 ）快速性 ； （ 5 ）耐波性 ； （ 6 ）操纵性 。 二、浮性 1、浮性 船舶在一定装载情况下，在水 中具有以正常浮态漂浮的能力 2、浮心 浮力垂直向上，作用于 船舶排水体 积的几何中心 B，我们称该点为浮心。 3、平衡状态 ： 1） 重力和浮力 大小相等，方向相反； 2）重心 G 和浮心 B 在同一垂线 4、储备浮力 在设计水线（满载水线）以上的船体还保留 有一定的水密体积。这部分水密体积所具有 的浮力称为 储备浮力 。 船舶的储备浮力通常用 干舷 表示，干舷大储 备浮力就大。 船舶必须具备最低限度的干舷值以确保航行 安全。航行于不同水域的各类船舶必须具有 的 最小干舷值 ，国际和我国都在有关规范中 作了明确规定。 5、区带或区域 为保证船舶的航行安全和最大的载重能力，根据海洋上风 浪的大小和变化规律，将世界上具有相似风浪条件的海域 分成若干区域，称为区带或区域； 在同一区域或区带内，按风浪变化的不同时期，划分为季 节区带，此种季节区带，称为季节期。如分为热带、夏季、 冬季、北大西洋冬季。船舶航行在不同的区带、区域和季 节区带、季节区域、分别规定使用不同的最小干舷，即规 定了最高的吃水线。 在不同的季节和海域，海上风浪情况不同，允许具有不同 的干舷。通常在夏季，在热带海域因风浪较小，干舷可相 应地减小；而在冬季，特别是在北大西洋冬季，因风浪较 大，要求有较大的干舷。海船航行到淡水区域，由于淡水 的密度比海水小，在同样载重情况下，其排水体积和吃水 都相应地有所增加，所以允许干舷可相应地减少。 夏季吃水线 冬季吃水线 热带吃水线 北大西洋吃水线 夏季淡水吃水线 热季淡水吃水线 载重线圈 三、稳性 稳性 船舶在外力作用下偏离正浮位置而倾斜， 当外力消失后能自行恢复到正浮位置而不倾覆的 能力； 船舶因受外力作用发生横倾时，船舶排水体积的 形状就会改变，这一体积的形心 -浮心的位置也 随之发生变化 重力和浮力方向相反，而它们的作用点不再在一 条垂线上，这两个大小相等方向相反而作用点不 在一条垂直线上的力就构成一个力矩，我们称这 力矩为 回复力矩 。 稳心 初稳性高度 GM 稳心 ：把倾斜前后浮力作用线的交点 M 称为稳心 （在这里是指横稳心）， 初稳性高度 ：把稳心和重心之间的距离 GM 称为 初稳性高度，该值是船舶稳性的 衡量标准。 决定稳心位置的主要因素：重心 G 的位置、浮心 B 的位置 船舶重量的分布影响重心 G 的位置 船舶排水体积的形状影响浮心 B 的位置 由此可能出现以下三种情况： ( 1)稳心 M 在重心 G 之上，回复力矩为正值，船舶倾 斜后将被扶正； ( 2 ) M 点在 G 点之下，回复力矩为负值，船舶将继续 倾斜直至倾覆； ( 3 ) M 点和 G 点重合，回复力矩为零，船舶停留倾斜 位置，但在外力作用下可能继续倾斜直至倾覆。 保证船舶稳性的措施 (1)降低船舶重心 G 使船上设备和负载尽可能布置在较 低的位置。上层建筑不过于庞大 -压载则是经常采用的 方法，尤其在船舶空载航行时。 (2)提高横稳心 M 它与船舶横倾后浮心水平移动的距离 有密切关系。 M点的高度决定于船体的形状，尤其是水 下部分的形状。 必须注意的是船舶是集各种性能的工程建筑物， 在保证初稳性的同时，也要兼顾其他性能，即稳 心不能太高，亦即 GM值不能过分地大，否则船舶 将像玩具 不倒翁 那样，剧烈摇摆 四、抗沉性 抗沉性 船舶在局部破损浸水后，仍能保 持一定的浮态和稳性而不致沉没的能力 在复杂的海洋环境中航行的船舶，局部损 坏进水是难以完全避免的，船舶在这种情况 下如何避免沉没，这是抗沉性所要讨论的问 题。 泰坦尼克号和冰山相撞后，船壳被撕开 100 多米长的破洞，造成首部 5 个舱淹水而 终于沉没。 抗沉性规范 （ 1）设定安全限界线 极限海损水线 :76mm （ 2）对船舱长度的限制 （ 3）对破舱后船舶稳性的要求 一舱不沉制 两舱不沉制 依此类推，海上客船至少应满足一舱不沉制要求。 提高船舶抗沉性的措施 除按照规范要合理分舱外，在船舶设计时还采 取一些其他措施以提高抗沉性。 ( 1）增加干舷 ( 2 ）减小吃水 ( 3 ）加大舷弧和使横剖线上端外倾，或使水线下船 体适当瘦削都可以起到相对增加储备浮力的作用。 上述措施有时会同船舶使用要求或其他性能相 矛盾，需要加以综合考虑。 五、快速性 1、快速性 船舶以较小的主机功率消耗 而获得较高航速的能力 使船舶在不加大主机功率的前提下尽可能地提 高航速，这就是快速性所要讨论的问题。 经济性：功率、航速的经济性 2、方法： 减小航行阻力 提高推进效率 。 3、船舶航行阻力 附体阻力： 水下的船体表面常有突出的附属结构，如舵、轴支架、舭龙骨、 减摇鳍等，航行中也产生阻力，我们把这部分阻力从主船体阻力中分出来， 称为附体阻力，约占总阻力的 3 一 10 。 裸体阻力： 而剩下的主船体水阻力称为裸体阻力。对于一般船舶都只计算 裸体阻力，然后根据附体的设置情况增加一个百分数（ 10 一 25 % ）作 为附体阻力。 2 一 4 左右。 以阻力的性质则分为粘性阻力和兴波阻力两种。 粘性阻力 （ 1）粘性阻力：水是有一定粘性的，船在 水中运动，将因粘性而产生阻力，粘性越 大阻力越大 粘性阻力包括两部分水阻力 摩擦阻力 形状阻力。 船体周围水流的变化 摩擦阻力 ：在船体表面和水流之间就因存在相对 运动而产生摩擦阻力。摩擦力的方向就是该处船 体表面的切线方向。这种切向摩擦力在船长方向 的分力的总合力，就是船舶航行中的总摩擦阻力。 由上述分析可知，摩擦力的大小与 水的粘度 、 船 体浸水面积 以及 船的航速 相关，是可以比较准确 地计算出来的。 不同形状物体的漩涡阻力 形状阻力 ：在边界层紊流区的后部，在船体形状急剧变 化的部位，会产生水流分离现象。在分离点以后，船体 周围产生涡漩，涡漩处的压力比水流未分离时的压力低， 就好像对船体产生一种向后的“吸力”。实际上正是这 种压力差在船长方向分力的总合力，造成了航行中的形 状阻力或称 涡漩阻力 。所以称为形状阻力，水流的分离 情况或涡漩阻力的大小，主要同水中运动 物体的形状有 关 。 ( 2 ）兴波阻力 船在水中航行时，船体使周围的水压力发生变化。原来平 静的水面有的地方升高，有的地方下陷，不同的水面在重 力和惯性力作用下形成波浪并向外扩散传播。这种由航船 引起的波浪称为船行波，不同于海洋上由风兴起的海浪， 船行波的形成需要外界供给能量，这个能量就是由行驶中 的船舶提供的，相当于船舶对周围的海水做功使其产生波 浪，这就是船舶航行中的兴波阻力。航速是影响兴波阻力 的最主要因素，它要消耗主机相当大的功率。 船舶的航行阻力 是随航速而增加 的。但在不同航 速时各阻力所占 总阻力的比例变 化是很大时。兴 波阻力成为高速 航行时的主要阻 力。 降低阻力的措施： 对于低速船，主要设法降低摩擦阻力和形状阻力 对高速船则主要考虑降低兴波阻力。 降低摩擦阻力的主要途径 减少船体水下湿表面积：低速船的船长较短，长宽比 L/B较小。 减小船体表面的粗糙度。改善船用水下漆的性能，更有效地防止 海生物生长附着，减轻钢板的锈蚀，保持表面的光滑以减小水的 摩擦力。 减小兴波阻力途径 一个途径是通过系列船模试验的方法，研究主尺度、尺度比、船 型系数等对兴波阻力的影响，从而得到一系列阻力图谱，利用这 些图谱可以找到阻力胜能优良的船型系数，设计出相对具有较小 兴波阻力的船型。 另一个途径是在主船体上 加设附属体 ，如装于船首部两侧水面的 消波翼 。使附体所产生的波和船体产生的波互相叠加、千扰而使 波浪得以削减，从而达到减小兴波阻力的目的。目前应用最为普 遍的是设球鼻首。这是位于船体首端水线以下的凸出体，常见的 有水滴型、圆筒型等不同形状，大多成球面状向前凸出，它和船 体连接处以平缓光顺的曲线过渡。它的形状和尺寸经过精心的设 计，使球鼻首和主船体产生的波浪互相叠加而削减，减小兴波阻 力。球鼻首可使航速提高约 0.5kn。 球鼻首 船舶推进效率 凡是能利用各种动力源并把它能换成推力 推动船前进的，都称为推进器。 采用高效率的推进器能提供较大的推力， 它是主机功率一定而获得较高航速的主要 途径 螺旋桨的效率与直径、螺距、盘面比、叶 片的切面形状以及某些附属设施有关 六、耐波性 耐波性 船舶在波浪中抵抗摇摆，保持稳性和航 速的能力 摇摆造成的不良后果 1.乘员居住条件变坏，影响船员工作，引起晕船呕吐 2 .剧烈的横摇使船身横倾过大，可能导致倾覆。 3 .航行阻力增加，螺旋桨工作条件恶化（负荷不均匀， 桨叶局部出水），航速下降，燃料消耗增加。 4 .纵摇和垂荡使首部甲板上 浪，底部出水，船体与水 面砰击，船体结构振动，应力增加。 5 .摇摆产生的加速度，特别是砰击加速度，严重影响 各类设备、仪器的正常工作。 6. 波浪产生的弯矩和运动产生的附加应力可能导致船 体折断或局部损坏。 7 甲板浸水、影响甲板机械设备的正常运转和船员的 工作。 耐波性好的船舶大体上应满足以下几方面 的要求 在波浪中的运动幅度和加速度不大； 运动比较和缓，乘员可以适应； 在风浪中失速小，螺旋桨不出水不产生飞车； 没有严重的船体砰击和波浪激发的振动； 波浪中附加的动力弯矩不致对船体结构造成损 害； 甲板上浪不严重。 船舶减摇装置 1 舭龙骨 2 减摇鳍 3 减摇水舱 4 陀螺减摇装置 旋转的陀螺有维持其转轴位置不变的倾向。陀螺减摇装置就是利用这一原 理起到减摇作用的，抑制船舶横摇 减摇鳍 减摇水舱 七、操纵性 操纵性 船舶在航行中保持和改变航向， 控制船舶运动的能力 在水面或水下航行的船舶，是怎样控制其 运动方向的，这就是船舶操纵性所要讨论 的问题 对船舶而言，操纵性反映在以下两个方面： 1 航向稳定性： 这是船舶能够保持既定航向作直线航行的能力。 以为保持定向航行，单位时间内所需的操舵次数和平均转舵角 度来衡量船舶航向稳定性的优劣。 由校正航向偏差而增加的功率消耗约占主机功率的 2 -3。 航向稳定性较差的船甚至高达 20 。可见操纵性对船舶经济 性的重要影响。 2 回转性： 这是船舶由直线航行进入曲线运动的能力，也是船舶能迅速灵 活地改变其方向和位置的能力。 在 最大舵角 和 全速航行 时船作回转运动时的直径 称为稳定回 转直径或定常回转直径，它是衡量船舶回转性的指标。 小值 越小，船舶回转性越好。 八、船舶其他常用术语 船舶吨位 船舶航速 续航力 自持力 1、船舶吨位 船舶吨位是用来表示船舶的大小和运输能 力的分为两种 重量吨位 容积吨位 1）重量吨位 它是以重量的大小来表示船舶的运输能力 的，以“吨”计算。 常用的重量吨位有 排水量 载重量 A.排水量 排水量是指船舶所排开同体积水的重量，即整个 船的重量。它因载货的多少而不同，故排水量又 分为： 空船排水量：是指船舶出厂时空船的排水量，它包括 船体、机器、锅炉、设备、船员及行李等的重量。 满载排水量：是指船舶满载时，即吃水达到某一规定 载重线时的排水量，它包括空船排水量、燃料、淡水、 货物及船舶常数的总重量。 实际排水量：只装一部分货物时的排水量。 排水量是一个可变的数，通常说明一条船的排水 量是满载排水量。 B 载重量 （ 1）总载重量：船舶根据载重线标志 规定，所能装载最大限度的重量，即 总载重量满载排水量 -空船排水量 =货物重量燃料、淡水和供应品的重量船 舶常数 （ 2）净载重量：表示船舶所能装载最大限 度的货物重量，即： 净载重量 =总载重量 -燃料、淡水及其他供应品 的重量 -船舶常数 C.水尺图 表示吃水的标记叫做水尺 它刻画在首和尾左右两侧的 船壳板上（大船还在船中的 左右舷标明水尺） -公制和 英制 如以公制标记时，每个数字 高 10cm，字与字的间隔也 是 10cm 英制的写法是每字高 6英尺， 间隔也是 6英尺 2）船舶的容量量度 -吨位 tonnage 在航运中常以 船舶容量 代替重量来衡量船的大小。 运输船尤其是货船的排水量在营运过程中变化很 大。在许多情况下载重量也不能确切地表明船舶 的大小。譬如，相同载重量的普通货船的尺度就 比滚装船小得多。容量的单位是立方米。 吨位或登记吨位： 对于国际航行的船舶，国际上 规定了一个统一的量度单位，称为 吨位或登记吨 位 。 一个登记吨位相当于 100 立方英尺或 2.83 立方 米。 船舶登记吨位分总吨位和净吨位。 a 总吨位（ GT ) 指船上所有封闭的舱室根据一定的丈 量规则丈量而得的容积总和。用公制量得除以 2.83 立方 米，用英制量得除以 100 立方英尺，所得结果即为该船的 总吨位。 总吨位的用途 是表明船舶的大小； 作为国家统计船舶吨位的依据； 作为计算净吨位的基础； 作为汁算海事赔偿费的基准。 b 净吨位（ NT ) 从总吨中扣除不用于装载旅客、货物的吨位，即为净吨位。 净吨位是实际营运使用的吨位。 净吨位的用途是： 作为税收和向有关港口交纳各种费用的计算基准； 作为计算港口停泊及拖带、领港等费用的依据； 作为船舶买卖或租赁的计算基准。 2、航速 海船的航速单位是“节”，用 kn表示。 1节 1海里 /小时，即 Ikn =1n mile/h. 海里（ n mile）并不是一个固定的长度，它 是地球子午圈 1分角所张的弧长。 各国对 1 n mile长度的规定不完全一致。 我国规定 1n mile为 1852 .0m ，即 1.852km 。 其换算关系如下： 民用船舶的航速一般为 15- 25kn 高速船可达 30kn以上 军用舰艇为 20 - 40kn 水翼船、气垫船可超过 50kn。 3、续航力 续航力是指船舶携带额定燃料，中途不再 补给，以一定航速连续航行所能达到的最 大航程，以 海里 表示。 续航力对远洋航行的运输船是极为重要的 性能指标。 目前，远洋船舶的续航力都在 1 万海里以 上 4、自持力 自持力是指船舶出航后，在海上不添加燃料、淡 水、食物和其他消耗品而能维持的最多天数或称 昼夜，是船舶耐航性的一个指标。 自持力对于离岸较远航行的远洋船，南极捕鱼船、 海洋考察船以及在海上作业时间较长的某些特殊 船舶，都是很重要的性能。 船舶自身具备的续航力和自持力都是有一定限度 的。 课后练习 A B C 船体型线图的三个基本投影面 请用中文标注图中的 a b c d e f 的名称 船舶航行性能包括的内容 名词解释及理解 浮性 稳性 抗沉性 快速性 耐波性 操纵性 储备浮力 船舶航行阻力 船舶减摇装置 船舶吨位 航速