武汉理工大学毕业论文（设计）
中文摘要
本文阐述了3200吨江海直达货船的设计。
内容包括任务书分析，船型和主要要素的确定，船体型线设计，船舶性能计算，总布置设计，浮态调整，舱容和各种载况下的稳性计算，阻力计算，螺旋桨和舵设计。整个设计过程以货舱舱容、稳性设计为中心。确保设计的船具有足够的舱容，能够安全高效的运输，实现良好的经济效益。
设计船的主要数据如下：总长99m,两柱间长LPP=92m,设计水线长LWL=94.6m, 型宽B=16m,型深D=6.4m,吃水T=4m,排水量Δ=4370.7t , 浮心纵向位置XB=0.425m (舯前)方形系数CB=0.74,棱形系数CP=0.746,舯剖面系数CM=0.991 ，水线面系数CW=0.9829,货舱容积VC=3899.6m3,舵面积Sr=12.88m2。
关键词： 螺旋桨设计，力，浮力及稳性，船舶设计
I
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Abstract
This paper deals with the design of 3200DWT River-sea Though Cargo Ship.
The contents of the paper cover the analysis of the assignment ,the determination of the ship’ type and main feature ,the design of the moulded line and ship hydrostatic calculations ,the arrangement of whole ship and the adjustment of buoyancy state ,the calculation of the resistance and the design of the propeller ,the calculation of the volume of the cargo hold and stability in various loading ,the design of the rudder and other ship’s equipment .The whole process of the ship design is on the consideration of the volume of the cargo hold ,stability ,manoeuvrability and sea—keeping.
The main date for the final design are：length overall LOA is 99m ,length between perpendiculars LPP is92m ,lengthon the waterline LWL is 94.6m, breath B is 16m,depth D is 6.4m ,draft T is 4m ,block coefficient Cb is 0.74,prismatic coefficient Cp is 0.746, midship area coefficient Cm is 0.991,the total mass of the ship corresponding to the draft 4m is 4370.7t ,the volume of the cargo hold corresponding to the draft 4m VC is 3899.6m3 rudder area Sr is 12.88m2 .
Key wordS: propulsion design，resistance，buoyancy and stability，ship design
II
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1毕业设计调查报告
通过认真分析设计任务书与老师提供的调查提纲，我明确了调查的目的和内容，然后对这些内容做了一些有针对性的调查和资料收集工作，初步搜集了一些与我设计的4000吨级的江海直达运矿船相关的资料，从而对所设计的船的作业要求、作业环境、货源分布与流量有了一定的了解，以及在设计时的各种参数的选择应取的大致范围和此类船舶与其它的船舶的不同的地方都有了一定的了解，并且收集了一些与之类似的船舶的资料以供我在设计时参考。
1.1江海直达船舶的优点
江海直达船舶为90年代兴起的一种新型船舶，它具有两大优点：（1）货物运转一传到位，减少了中途不必要的中转环节，货物损失小，运输成本低；（2）货物运输周期短，保质保鲜。
1.2 江海直达船舶共同的特点。
江海直达船舶作为一种新型船舶，它与其它船型相比有如下特点：（1）吃水浅、装载量大、船舶平面尺度大。由于它受到江段航道的限制，吃水浅，从而长和宽都应相应增大，形成平面尺度大的特点。（2）要适应江、海段的航行要求。一般江船为适应江段的航道的要求，吃水较浅，操纵灵活，具有良好的回转性；海船则要求结构较强，适航性要求高，具有良好的航向稳定性和足够的稳性，横摇周期长。所以在设计中应兼顾两者的特点，尽可能的让两者能和谐统一。（3）江海船属于浅吃水肥大型船。江海船由于受到航道的限制、经济性的要求 ，佛氏数低，方形系数大，船舶主尺度比和船型均属浅吃水肥大船型。（4）江海船多采用适宜的齿轮箱减速比加大螺旋桨的直径以提高推进效率；或尾部加装节能装置，改善螺旋桨进流，回收尾部能量，达到节能效果。（5）江海船一般采用缩短船长、增大船宽的方法以满足排水量的要求。（6）江海船的主机功率较小、航速成本较低，每载重吨对应的功率较小。（7）江海船的舵面积也较大。
1.3 江海船与海船的比较分析
以千吨级江海船与千吨级常规定型海船作比较，主要分析比较如下：
(1）江海船选取主尺度时一般采用缩短船长、增长船宽的方法以满足排水量的要求，同时亦有利载重量。
(2）江海船的方形系数较大，L/B较小，B/T较大，有利于在同样的吃水条件下较海船有更大的载重量。
(3）高度江海船时应设法增加货舱长度，减小机舱长度，增大货舱容积，提高舱容利用率，以满足装运杂货、散货、集装箱等多用途的需要。
(4) 江海船的主机功率较小、航速较低，每载重吨对应的功率较小。
(5）为了获得在江段航行有较好的操纵性，江海船的舵面积系数较同吨级的海船大（约大30%～45%），吃水较小者舵面积较大。
以上比较仅是典型的例子，有其一般意义。但对特殊船型由于航线不同用途不同也有不同的情况。如同样的千吨级江海船由于高度吃水限制为2.5m，只有增加船长和船宽才能满足排水量的要求，附录中的千吨级集装箱船垂线间长与型宽为75m和15m，而千吨级杂货船分别为75m和13m 。
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其他方面的比较分析：
(1）海船通常为单机单桨，而江海船多数为双机双桨，一般单机船阻力低，推进效率较双桨船好。但由实船和模型试验可知，目前我国的江海船型由于采用了双尾、双尾鳍及蜗尾船型，精心设计艏艉型线，可获得者接近或低于单桨船的低阻船型。
(2）我国某些江海船已采用适宜的齿轮箱速比加大螺旋桨直径、提高推进效率，或尾部加装节能装置，改善螺旋桨进流、回收尾部能量，达到节能效果。
1.4 江海直达船舶的船型上的特点
（1）船型为钢质、单（双）层甲板、双机、双桨、双舵、尾机型、浅吃水，有的首部带球鼻首，尾部型线有巡洋舰尾、（不对称）双尾、双尾鳍、蜗尾等，由于机舱位于尾部，货舱置于机舱前面，通常设一或二个货舱,并设有双层底，一般首部设首楼，尾部有尾楼及甲板室。
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（2）舱容系数为1.2～1.9m/t,平均值为1.5m/t左右，设计吃水较小的江海船，其舱容系数较小。（3）加大货舱开口，目的在于装载大件货物和提高装卸效率，对于吃水浅，型 深较小的江海船也有采用甲板上载货的形式。（4）低航速。江海船的佛氏数在0.175～0.215之间，航速一般为8.5～13.8kn，其中1000～5000吨级的航速为9.5～12.0kn。（5）变吃水、肥大型。由于江海船吃水浅，对经济性不利，通常将其设计为变吃水船，以提高其载重量系数。变吃水的范围一般为0.2～0.6m，个别的可达1.0m。一般取结构设计吃水为1.1倍的设计吃水。多数江海船B/T>3.0，且方形系数Cb>0.7。
1.5 江海直达船舶的总布置上的特点。
（1）舷边顶舱装压载水对于耐波性有利。（2）采用高位油舱和高位水舱，提高耐波性。（3）甲板载货形式，甲板上设围堰。（4）控制江海船的总吨位，提高经济性。（5）考虑过桥限制，设置倒桅或升降驾驶台。（6）尾楼及甲板室有利于船舶满载时的纵倾调整，有利于尾机舱、尾尖舱上宽敞主甲板面积的充分利用，也有利于船员居住、生活和操作。（7）上层建筑的高度应适应过大桥的要求，其结构设计应考虑避免尾部振动，如尽量使上层建筑的前端壁和机舱前端对齐，或让上层建筑能较多的得到机舱结构的支持，以降低振动。
1.6 航道的情况。
（1）吃水在洪水期（5～10月）达6m以上，中水期（4月，11月）为4.2～4.5m，枯水期（12～3月）小于3.7m。（2）长江的水流速度为洪水期（5～10月）达3.05～3.75kn，中水期（4月，11月）为1.75～3.05kn，枯水期（12～3月）小于1.75kn。（此资料为修建三峡大坝以前的资料）
1.7 货源的情况。
本船的运输任务是以装运铁矿石及钢材为主兼顾其它散货。经过调查得知，武钢集团公司每年需要从澳大利亚进口一千万吨铁矿石，而运输路线一般是先由远洋运输船舶将矿石运至北仑港，然后再由江海直达船舶从北仑港运至武汉工业港，而且带有大量的橡胶、纯碱、食糖、海产品以及进口的电子、化工、机械产品等需要运进武汉，所以本船从北仑港到武汉工业港的货源是比较充足的；又湖北省出江的有水泥、钢材、粮食、黄麻、煤炭、棉花、石膏等，外贸出口的有水泥、重晶石、轻工纺织品等，所以本船从武汉工业港到北仑港的货源
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也是比较充足的；并且上述所运的货物大部分为重货物，若用其它的运输工具运输，运输成本必然会增加。综上所述，本船在营运时的货源是比较充足的。
1.8 型船资料的收集。
见表一。
1.9 设计的思想。
在认真分析设计任务书的前提下充分结合江海直达船的各种特点，抓住本船是限制吃水的载重型船舶的根本性质，先确定本船的船型和总布置，进而根据型船资料确定其排水量，然后确定其主要尺度，并进行性能的校核，从而得到满足要求的方案，在满足要求的方案的基础上对方案进行优化处理，从而得到最优方案。 表一 型船资料表 1 船 名 1 2 3 4 5 6 7 8 江裕号5000吨江5000吨江5000吨江5000吨江5000吨江江海直达江夏号货多用途海直达运海直达货海直达货海直达货海直达货运矿船 船 船 粮船 船 船 船 船 105.4 100 18 7.4 5.3 5.5 10.7 2255 1494 457 254 5728 6054 2*750 111.5 102 17.5 7.2 4 5.1 7667 11.2 1329 3628 5378 0.47 0.70 2*662 211g/kwh 113 104 17.5 8.2 5 5.4 0.768 6989 13 4775 5273 0.68 0.75 2*1200 6ATL25H 3
2 船长LOA（m） 112 3 船长LPP(m) 104.1 4 船 宽B(m) 5 型 深D(m) 17.5 7.6 109 99.8 19 7.7 5 0.769 7967 11.1 2967 2208 347 412 5000 0.63 2*972 2815 110 102 17.5 7.6 4.5 5.8 4500 6600 2*810 750 2380 111.5 104.9 17.5 7.2 4 5.2 0.876 6433 11.5 3500 5200 0.54 0.81 2*662 2280 112.1 107.1 17.5 7.6 4.5 5.8 6758 11 4610 6830 0.68 2*810 2358 6 设计吃水T（m） 4.8 7 结构吃水T（m） 5.8 8 方形系数Cb 9 排水量（t） 10 航 速（kn） 11 11 空船重量（t） 2200 12 钢料重量（t） 1459 13 舾装重量（t） 457 14 机电重量（t） 244 15 设载重量（t） 4698 16 结载重量（t） 6798 17 设载重量系数 18 结载重量系数 19 主机功率（kw） 2*810 20 主机型号 6230ZC 主机转数21 750 （r/m） 造 价（万22 元） 23
备 注 MAU4叶