1、船舶的技術性能和應用1 船舶的抗沉性 船舶的抗沉性包括下列兩個方面內容：(1）船舶在一艙或數艙進水后浮態及穩性的計算。(2）船舶抗沉性的要求出發，計算分艙的極限長度，即可浸長度的計算。一、進水艙分類第一類艙：艙頂在水線以下，艙頂未破，破損后水灌滿全艙。第二類艙：進水艙水未滿，但艙內水與外界水不通。第三類艙：艙頂在水線以上，艙內水與外界水相通，處于同一水面上。二、計算抗沉性的兩種基本方法：(1）增加重量法：把破艙后進入艙的水看成是增加的液替重量。(2）損失浮力法：把破艙后的進水區域看成是不屬于船的，即該部分的浮力已損失。三、滲透率船內某個艙室能被水浸占的容積和此艙室總容積的比值的百分數。常用表示

2、。起居設備占用處： 機器設備占用處： 貨物、煤占用處： 裝載液體的處所： =0或平均吃水增量新的橫穩性高四、船舶的破艙穩性計算1、確定性破艙第一類艙室-增加重量法 新的縱穩心高 首尾吃水變化橫縱傾角正切最后首尾吃水第二類艙室-增加重量法 平均吃水增量新的橫穩性高 新的縱穩心高 首尾吃水變化橫縱傾角正切最后首尾吃水 第三類艙室-損失浮力法 平均吃水增量剩余水線面面積的漂心位置F 剩余水線面面積的漂心位置F剩余水線面面積（AW-a）對通過其漂心F的橫向及縱向慣性矩浮心位置的變化 橫、縱穩心高的變化 新的橫、縱穩性高 橫、縱傾角正切由于縱傾引起的首、尾吃水變化 船舶最后的首、尾吃水 2、概率性破艙“

3、客船分艙與穩性的等效規則”簡介要求AR、要求的分艙指數R、達到的分艙指數A A=apsa在船舶長度內艙室位置對破損概率的影響p縱向破損范圍變化對所考慮的艙或艙組破損概率的影響s所考慮的艙或艙組在最終浸水狀態時的影響還有對稱進水和不對稱進水的要求“貨船分艙與穩性的等效規則”簡介要求AR、要求的分艙指數R、達到的分艙指數A A=ps Vp縱向破損范圍變化對所考慮的艙或艙組破損概率的影響s所考慮的艙或艙組在最終浸水狀態時的影響還有對稱進水和不對稱進水的要求提高分艙指數A的措施：(1)降低重心高度。(2)增加干舷。(3)合理安排浸水開口。(4)適當增加邊艙寬度。(5)合理的艙室劃分。五、抗沉性船在破艙

4、浸水后仍保持一定浮性和穩性而不至于沉沒和傾覆的性能。要使船舶在營運中不因為碰撞、擱淺、觸礁等造成破損而沉沒，就要在構造上采取措施。主要措施是加大干舷,增加船的儲備浮力（見船舶浮性）,設置水密艙壁及雙層底把船體分隔成若干個水密艙室，一旦某些艙室破損進水，不至于擴展到其他艙室，使船體仍能浮于水面。 1912年 4月10日發生的“泰坦尼克”號海難，死難1490人。這一嚴重事件導致1914年制定了國際海上人命安全公約。此后各航運國家又多次舉行國際會議并修訂了這個公約。公約對航行于公海的船舶在抗沉性方面的要求作了詳細規定。中華人民共和國船舶檢驗局頒布的海船抗沉性規范也作了類似的規定。如要求船舶破損后水線

5、不超過艙壁甲板邊線以下76毫米的安全限界線；兩水密艙壁之間的距離不超過許可長度；進水后的剩余穩性高度客船不小于米，其他船不小于零；非對稱浸水時采取扶正措施后的橫傾角客船不超過7,其他船不超過12等等。對甲板、船殼板、艙壁和雙層底的設置和開口密性要求也有詳細的規定。六、限界線 艙壁甲板邊線以下76mm處的一條曲線（與甲板邊線相平行）稱為安全限界線（簡稱限界線） 七、可浸長度 計算可浸長度的基本公式可浸長度是船舶滿足下沉極限的理論上的最大艙壁間距。八、可浸長度的計算方法 許用艙長=可浸長度分艙因數=lF九、分艙因數和許用艙長許用艙長是考慮了破艙后進水體積不同于艙室總容積和各類船舶對抗沉性的不同要求

6、等因素后，確定的實際允許的最大艙壁間距。 一艙制船： 二艙制船： 三艙制船： 船舶水密艙室的劃分、水密艙壁的數量和間距除與抗沉性有關外，還與強度、制造和使用要求有關。艙壁越多，船的強度和抗沉性越容易得到保證，但是使用和制造不便。為了兼顧各項性能，設計程序是在保證強度的前提下，先按使用要求確定艙壁數量和位置，再按許可長度檢查抗沉性。如果兩水密艙壁間距小于該處許可長度，表示抗沉性得到保證,否則要再行調整,直至滿足要求。 十、破艙浸水后的最終狀態要求：(1)用損失浮力法求得的初穩性高應不小于。(2)不對稱進水后，一艙進水后的橫傾角不得超過7度，二個以上相鄰艙進水后的橫傾角不得超過12度。(3)最后破

7、艙水線不得超過限界線。(4)正值的剩余復原力臂應不小于，且在平衡角后應有不小于l5度的范圍。(5)從平衡角到進水角或消失角的正值范圍的復原力臂曲線下的面積應不小于0.0l5mrad。 第五章 船舶的技術性能(二) 2 船舶的快速性 一、船舶的快速性船舶在一定主機功率下以較快速度航行的性能。它是影響船舶營運效率的一個重要性能。船舶快速性取決于兩個因素：船舶前進時受到的阻力和船舶推進裝置的效率。 設船舶的航速為v，在該航速時船的阻力為R，則直接用于克服阻力R所消耗的功率稱之為有效功率Pe，其式如下：式中，R以公斤計，v以m/s計(1kn=0.514 m/s)，Pe以hp計。當Pe以KW計時：推進系

8、數：因此,制動馬力二、船舶運動的阻力船舶運動時，船體的水線下部分浸入水中，其余部分則處在空氣中。因此，船舶運動時受的總阻力包括水阻力和空氣阻力。由于水的密度遠大于空氣的密度，因此水阻力是主要阻力。水阻力按產生原因，分為摩擦阻力、興波阻力和粘壓阻力。阻力的一般表達式為：阻力，阻力系數，水的密度船的水下表面積，v船速船體總阻力Rt興波阻力Rw粘壓阻力Rpv摩擦阻力Rf剩余阻力Rr 、摩擦阻力由于水的粘性作用引起的阻力，包括摩擦阻力和旋渦阻力。摩擦阻力產生于水對于船體表面的粘附作用,在船舶總阻力中所占比重最大。摩擦阻力對低速船可占總阻力的80；對高速船也要占50左右。減小摩擦阻力的途徑是縮短船長、減

9、小浸水表面積和提高船體的表面光潔度。假定,船體的摩擦阻力等于同速度、同長度、同濕面積的平板摩擦阻力：Rf摩擦阻力(kgf)。Cf摩擦阻力系數(光滑平板)，它是雷諾數Rn的函數。 Cf粗糙度補貼系數，對一般船舶，我國取 水的運動粘性系數(m2/s)水的密度（kgs2/m4）,海水為104，淡水為102濕面積（m）v船速（m/s）雷諾定律：當雷諾數相同時，摩擦阻力系數必相等。邊界層：層流狀態：Rn(3.55.0) 105 過渡流：(3.55.0) 105 106 紊流狀態： 106 摩擦阻力系數Cf計算：桑海公式柏蘭特許立汀公式休斯公式1957ITTC公式 2、興波阻力是船舶航行時興起的重力波引起

10、的阻力，對高速船特別重要，其大小取決于船的航速及長度。它們的關系可用傅汝德數Fr表示： 式中v為航速(米/秒)；g為重力加速度(米/秒2)；L為船長（米）。如果Fr大于，興波阻力即超過摩擦阻力而居主要地位，但一般運輸船舶的傅汝德數都在以下。傅汝德定律：當傅汝德數相同時，興波阻力系數必相等。傅汝德比較定律：形似船在相應速度時（即相同傅汝德數Fr），單位排水量興波阻力必相等。減小興波阻力的主要途徑是改進船型及改變航行方式。通過系列船模試驗研究，現在可以得到興波阻力較小的船型及合理的船舶主尺度比和船型系數。船舶航行時興起的波浪一般有首波和尾波二個波系，每個波系都包含橫波和散波。如果船型選擇適當，可以

11、使二個波系產生有利干擾，而使興波阻力減少，如在船首設一球鼻也可產生附加波系；使波的干擾有利興波阻力減小。船舶若能脫離水面騰空航行或潛水航行，則可避免波浪的產生及不產生興波阻力。 3、黏壓阻力(漩渦阻力)黏壓阻力是因水的黏性而產生的一種壓差阻力，黏壓阻力又稱形狀阻力或粘性壓差阻力，它是水流經船體表面時因粘性引起首尾的壓力差而形成的，其值同船體尤其是船體尾部的形狀有關。如尾部線型過于豐滿，就容易產生旋渦，增加黏壓阻力。在船舶設計時，為減少黏壓阻力，應注意考慮船舶后體的形狀。實踐證明，一般優秀船型的黏壓阻力，僅占總阻力的5%左右。 、總阻力把興波阻力和黏壓阻力合稱為剩余阻力Rr。則總阻力R的表達式為

12、：R=Rf+Rr剩余阻力Rr可通過船模試驗求得。5、傅汝德假定(1)船的總阻力可分為獨立的兩部分，一是摩擦阻力RF，只與雷諾數有關；另一是黏壓阻力RPV與興波阻力RW合并后的剩余阻力Rr，只與傅汝德數有關，且適用比較定律。(2)船的摩擦阻力等于同速度、同長度、同濕面積的平板摩擦阻力。 、附加阻力(1)附體阻力(2)空氣阻力(3)波浪中阻力增值、船模阻力試驗及其作用(1)船型研究(2)確定設計船的阻力性能(3)預報實船性能(4)系列船模試驗(5)研究各種阻力成分試驗(6)附體阻力試驗(7)流線試驗(8)航行狀態研究 、船型對阻力的影響(1)船體主尺度的影響：排水量長度系數=/(0.01 L)3(

13、2)船型系數影響：(3)橫剖面面積曲線形狀影響：(4)滿載水線形狀影響：(5)首尾端形狀影響：(6)縱傾影響： 、估算阻力的近似方法(1)海軍常數法：PE有效功率(hp) 排水量(t)Vs 航速(kn) C海軍常數(2)愛亞法(3)各種系列方法(4) Holtrop法、估算阻力舉例(1)某船在正常運轉情況下，排水體積5700m3，主機功率PM=2400hp，船速Vs=12kn。現在由于鍋爐發生故障，蒸氣發生量減少，主機僅能發出2000hp，試估計減少功率后的船速。解：(2)某船的排水量增加20%，而速度維持不變，試求必須增加的主機功率百分數。解：C和V不變 三、船舶的推進效率為了使船舶能以一定

14、的速度向前行進，必須有一個與阻力大小相等、方向相反的推力。這個推力通常是依靠推進器推水向后而產生的。最常見的推進器是裝在船尾部水下的螺旋槳。1、螺旋槳的有關名詞(1)葉面和葉背：由船尾向首看，看到的螺旋槳一面為葉面。(2)導邊和隨邊：螺旋槳正轉時，槳葉首先接觸水的一邊為導邊。(3)葉根和葉梢：槳葉與槳殼聯結的地方叫葉根，槳葉的最外端叫葉梢。(4)直徑和半徑：螺旋槳旋轉時葉梢的圓形軌跡稱為梢圓。梢圓的直徑為螺旋槳直徑，以D表示。葉梢到槳殼中心的距離為螺旋槳半徑，以R表示。(5)盤面積：梢圓的面積叫盤面積，以Ad表示。(6)右旋、左旋、內旋和外旋(7)螺距比：螺旋槳螺距P與直徑D之比。2、特種螺旋

15、槳(1)導管螺旋槳 (2)可調螺距螺旋槳(3)串列螺旋槳 (4)對轉螺旋槳(5)平旋推進器 (6)噴水推進器(7)3600回轉式螺旋槳3、推進系數由于螺旋槳工作時會使一部分水流產生向后和旋轉的運動，因而要耗去一部分功率，使螺旋槳的效率在理論上不可能接近1,同時由于螺旋槳是在船尾復雜的流場中工作，受到不均勻水流的影響，使效率更低。螺旋槳高速運轉時，槳葉上水流壓力下降，當下降到水的汽化壓力時，水就變成汽，形成氣泡,效率進一步下降，使推進效率很低。因此,對船舶推進的研究很為迫切。既要對螺旋槳本身的工作情況進行理論探討和科學實驗，又要分析螺旋槳在船尾水流中的具體工作條件，研究船體對螺旋槳的影響，這樣才

16、能設計出接近于理想的螺旋槳，使船舶獲得盡可能高的推進效率。推進效率就是推進器發出的有用功率與吸收的功率之比。PE船體有效馬力，它和螺旋槳發出的有效推馬力相等P螺旋槳收到馬力，即主機傳到螺旋槳處的馬力。傳遞效率就是螺旋槳收到馬力與制動馬力之比。P制動馬力，即從柴油機輸出軸處用制動器測得的機器馬力。機艙在船中部，傳遞效率約在機艙在船尾部，傳遞效率約在快速性良好的船舶，除應具有優秀的船型使航行時產生的阻力最小以外，還必須具有良好的推進性能，使主機的功率得到充分利用。研究船舶快速性的方法有理論分析、船模試驗和實船測試等三種。其中船模試驗仍是目前獲得船舶快速性資料的主要手段。四阻力及推進系數估算方法、阻

17、力估算 根據以往大量的船模和實船試驗數據，進行整理歸納，制成圖譜或經驗公式，供新船設計時估算阻力用，在應用時，要注意資料的適用范圍。下面介紹幾種為大家所公認有價值的資料。泰勒法。美國泰勒船模試驗水池，以中高速艦船為基本船型，作了一系列船模試驗，將系列試驗資料制成圖譜和公式，用來確定新船的阻力，此法適用于船速較高、船型較瘦長的雙槳船。陶德法(系列60)。美國泰勒船模試驗水池，為民用運輸船作了一系列船模試驗，歸納為“系列60”，其橫剖面為U形，適用于單槳運輸船。此外，SSPA、BSRA和長江客貨船系列等都有估算方法。、推進系數估算敞水效率o在初選了主機、螺旋槳直徑、轉速及葉數后，為求得較高的敞水效

18、率，要選用合適的螺旋槳圖譜。相對旋轉效率對于普通單槳船取1.001,05; 對于普通雙槳船取0.951,00;3、主機功率估算海軍常數法4回歸公式法 回歸公式法已將某些阻力圖譜計算方法、螺旋槳圖譜設計或理論計算方法用數學回歸分析方法得出數學公式，運用在初步設計階段，可迅速而有效地進行方案分析，提高設計質量。 第五章 船舶的技術性能(二) 船舶的耐波性一、船舶在波浪中的運動及其影響船舶在風浪等外力作用下，產生搖蕩運動以及砰擊、上浪、失速等現象時仍能保持一定航速安全航行的性能。、橫搖船舶繞縱軸的往復搖動、縱搖船舶繞橫軸的往復搖動、首搖船舶繞垂直軸的往復搖動、垂蕩船舶沿垂直軸的往復運動、橫蕩船舶沿橫

19、軸的往復運動、縱蕩船舶沿縱軸的往復運動及其耦合運動，其中以橫搖影響最大。劇烈的搖蕩對船舶會產生一系列有害的影響，可能使船舶失去穩性而傾覆，使機器和儀表運轉失常，使船體構件和設備因負荷增加而損壞，使固定不牢的貨物移動，引起旅客暈船、居住條件惡化，使船因螺旋槳工作效率下降和阻力增加而失速等等。因此，必須在設計階段就要估算船舶在波浪中的運動及其影響。二、風與浪的級別蒲福氏風級表、我國國家海洋局浪風級三、船舶橫搖運動、船舶橫搖運動自由橫搖的周期在整個橫搖過程中是不便的，且與外力無關，稱為船舶固有周期。一般貨船的橫搖固有周期為712秒，大型客船為1015秒。、船舶橫搖和穩性船舶橫搖和穩性是一對矛盾，要有

20、適當的GM。、減少橫搖的裝置舭龍骨 減搖水艙 減搖鰭 回轉儀減搖裝置、減少橫搖的措施船舶搖蕩運動的特征一般用搖蕩周期和最大搖蕩幅度表示。前者指完成一個全搖程所需的時間，要求適當延長;后者指船舶從原始位置至最大傾斜位置的夾角,要求盡量減小。延長搖蕩周期和減小搖蕩幅度有四種方法：選擇適當的船舶主尺度和船體線型；安裝減搖裝置，如舭龍骨、減搖鰭、減搖水艙、陀螺儀等設備；合理配載船上貨物，重心不要太低；航行中隨時調整航速、航向。四、船舶縱搖與垂蕩、縱搖劇烈的縱搖通常發生在波長等于船長的迎浪航行中。L、B和T，一般對縱搖有利。球首對縱搖有減搖作用。中V剖面對減少縱搖有利。浮心位置后移，一般對縱搖捎有不利。

21、 、垂蕩船舶避開垂蕩諧蕩區域最有效的措施是改變船的航速與航向。當排水量不變時，水線面面積增大，可使垂蕩減小。浮心位置后移，一般對垂蕩有利。五、船舶主要尺度和形狀對耐波性的影響、船舶主要尺度對耐波性的影響L、B和T初穩性高船型系數干舷和舷弧、船舶形狀對耐波性的影響船舶型線靜穩性曲線的形狀球鼻首重心與浮心的距離重量向中部集中 第五章 船舶的技術性能(二) 船舶的操縱性一、船舶的操縱性所謂船舶操縱性是指船在航行過程中能保持或改變航速、航向和位置的性能。它主要包括航向穩定性、回轉性、轉首性和跟從性、停船性能。 航向穩定性主要是指船在直線航行時，如果受外力干擾而偏離原來航向，當外力消除后能恢復并保持原來

22、航向的能力。如果平均操舵頻率不超過每分鐘46t次，平均舵角不大于35度，就可認為這艘船的航向穩定性符合要求。回轉性是指船操滿舵（通常滿舵3035度），船舶改變原航向作圓弧運動的性能。通常以D/L（船穩定回轉時所作圓弧直徑D與船長L之比）的大小來判別船舶回轉性的好壞。對常規民用海洋船舶， D/L為37，D小則回轉性好。轉首性是指船舶回轉初期對舵的反應能力。跟從性是指船舶在操舵后迅速進入新的穩定運動狀態的能力。二、操舵后船的運動情況簡述三、重視船舶操縱性、船舶大型化和快速化對船舶操縱性提出了更高要求。、計算機、通信及傳感器技術的發展，導航技術及船舶操縱性仿真計算技術的迅速發展。四、舵面積的選擇舵面

23、積比=舵面積/(水線長吃水)五、最小相對回轉直徑巴士裘寧公式：L水線長(m)吃水(m)AR舵的浸水側面積(m2)季美公式：六、各類船的最小相對回轉直徑驅逐艦：大型貨船：中型貨船：一般小型船：大型客貨船：中型客貨船：油船： 第五章 船舶的技術性能(二) 船舶技術經濟論證一、概述運用技術經濟指標體系，通過多方案的比較、分析，對船舶的技術性能和經濟效果進行論證，以便選擇經濟合理的船舶技術方案。這項工作，即是船舶技術經濟論證。目的和任務 在同一航行條件下，為完成已定的運輸任務，可采用不同的船舶技術方案。這些方案的技術性能與經濟效果往往各不相同，互有利弊。通過論證，從技術上、營運上、經濟上對各方案作出評

24、價，才能選擇出技術上可行并先進、營運上經濟并合理，即較好經濟效益的船舶。在中國，船舶技術經濟論證屬于研究社會主義制度下投資經濟效果的范疇。運輸船舶的經濟效果表現為：運輸中產生的旅客和貨物位置移動的效果，即完成的客貨運量、運輸周轉量（見運輸量），或運輸收入與取得這種效果所消耗的勞動之間的比例關系。主要任務是：為規劃船舶和簡化統一船型、機型提供科學依據；為制定船舶設計技術任務書提供科學依據；為制定船舶技術政策提供科學依據。在建造新船時，船舶技術經濟論證既是設計新船的前奏，又是設計全過程的一個重要組成部分。論證步驟 調查研究原始資料。根據已定的運輸任務、船舶使用、建造條件進行調查。主要范圍有：航線條

25、件，貨（客）流向流量，港口條件，船舶運輸經濟數據（運價、成本構成等），建造廠的生產條件，主機及配套現狀，有關的法規及技術政策等。分析影響船舶選型的主要因素。如航線、運距、港口裝卸效率、船舶造價、燃料價格、運輸組織和管理等對船舶選型的影響。設立船舶技術方案。通常根據任務要求的客貨運量、航線、港口裝卸效率等營運條件，參照同類型船舶的現狀及發展方向，綜合分析后設立船舶噸位方案、航速方案、主機方案及船舶主尺度方案等，其中應含有最優方案。進行各方案的技術、營運、經濟計算。技術計算包括：船舶主尺度、性能參數、主機功率、貨艙容積、校核穩性等。營運計算包括：預估各方案在投產營運時所能達到的運輸能力，常以年客、

26、貨運量和周轉量表示。經濟計算包括：初估船舶造價，計算運輸收入與運輸成本。選擇評價指標及最優船舶方案。評價船舶的技術性能和經濟效果，采用技術、營運、經濟三方面的指標。技術指標主要有：船舶航速、海軍常數、初穩心高度（見船舶穩性）、橫搖周期等；營運指標主要有：船舶運輸能力、船舶生產效率等；經濟指標主要有：單位運輸成本、單位投資、年利潤、投資回收年限、綜合經濟指標等。考慮到投資的時間因素，有必要設立運費率、凈現值、內部收益率、投資償還期等指標。為促使船舶技術進步，還應考慮無形折舊的影響因素。根據不同船舶的特點，選擇不同的指標，組成指標體系，據以衡量各方案的優劣，從而選擇最優的船舶方案。綜合論證。當船舶

27、噸位、機型、航速等基本要素選定后，還應考慮社會效益，從平戰結合、遠近期結合、環境保護及國家技術政策等方面進行綜合論證。此時需將船舶作為運輸鏈條中的一環，與港口、航道、船廠等方案綜合論證，提出綜合經濟效果較好的方案。由于船舶技術經濟論證的理論和方法是將船舶的技術、營運、經濟分析綜合一體予以研究，所以近年來在美國、英國、日本、蘇聯、波蘭等國家，已成為一門新的專門學科。二、單船經濟性計算、船舶造價船的造價，是指造船廠把新船交給船東時的總價格，包括材料設備費、加工費、輔助生產費用、管理費、企業利潤、稅金、船檢費、設計費等。）整船一次估價法：根據載貨量或排水量（客船人數，拖船馬力）和參考船進行估價，并按

28、情況進行修正。）分項估算法：船體造價：鋼料、鑄鍛件、輔助材料和人工費等。舾裝造價：船體設備、木作、屬具、油漆、管系等。機電造價：包括輪機和電器兩大部分。其他費用：胎架、放樣、下水、試航等。）影響船的造價的外部因素，航運市場的需求造船市場的供給二手船市場拆船市場技術進步通貨膨脹匯率變化勞動生產率、船舶營運成本船舶營運成本，是指船舶全年消耗的費用。船員工資折舊費、修理費、保險費燃料費、潤料費港口費其他費用利息、年運費收入和年利潤）年運費收入=年運輸能力平均貨運單價）年利潤=年度收入-年營運開支(總成本)4、對單船經濟性的設計考慮船造價、年船舶營運成本和年營運收入，這三者是相互聯系、相互制約的。船東常選用比經濟性最佳的航速梢高些的航速指標。對一艘航線及載貨量已定的貨船來說，提高經濟性的各個環節大致如下：適宜的船舶主要尺度適用的材料及設備合適的航速指標與航線相適應的穩性、耐波性等使船舶總噸