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1、4型線設計4.1概述主尺度擬定之后，型線設計應與總布置設計互相配合進行。正式的型線圖是后續的結構設計性能計算的依據。型線設計的好壞直接影響到船舶的快速性、穩性、耐波性等性能，同時也會影響到船舶的總布置和建造工藝。因此，型線設計重要考慮以下三個方面：（1） 保證設計船具有良好的航行性能，（2） 應滿足總布置的規定，（3） 保證結構合理、簡易，達成施工、維修方便。型線設計的方法概括起來有三種：自行設計法、改造型線法、應用系列型線。事實上，各種方法不能截然地分開。自行設計法也要廣泛運用型船和系列型線資料，改造型船法也要體現設計者的主觀意圖。結合設計任務書上的規定，考慮到本船的具體情況，本船為一艘小型2、內河散貨船，型船資料比較豐富，故在本船的型線設計中采用型船改造法。4.2型線設計的重要內容型線設計的結果是以型線圖來表達船體外形的幾何形狀。控制船體型線的要素重要有橫剖面面積曲線，設計水線和甲板邊線， 橫剖線形狀， 側面輪廓線。型線設計內容分為型線特性參數的選取和型線生成的方法兩大部分。棱形系數CpCp的大小反映了浮力沿船長的分布情況。興波重要發生在首端，首波峰高壓區重要在首端Cp大，浮力沿船長分布得比較均勻；Cp小，浮力相對集中在船中，船的首尾兩端尖瘦。對中低速船，船的興波阻力在船首附近。Cp小，滿載水線呈微凹形，這樣不僅可減少首波波高，并且可減少波峰區的水動壓力在船舶前進方向上的分力，以減3、少興波阻力。對于中低速船，由于選取Cb接近經濟方形系數，因此Cp無法達成最佳值。所以，在較小Fn下，從Cb的經濟值及與之適應的Cm值出發選擇Cp較為適宜。選用比Cp最佳值大的經濟值，有助于在同尺度條件下艙容最大，也有助于尾機型船舶的機艙及軸系布置。由于本船型線設計采用母型船改造法，加之設計船與母型船相差較小，故橫剖面系數參考母型船，取Cw=0.988，則Cp=Cb/Cw=0.7554。浮心縱向位置Xb在一定棱形系數下，浮心縱向位置Xb表達了船的排水體積在中前和中后的相對大小，即反映中前和中后的相對豐滿度。當Xb在中前時，船首豐滿，會使興波阻力增長，船尾瘦削可減少旋渦阻力。當Xb在舯后時，則產生4、相反的效果。根據選定的Cp=0.7554，在參考文獻4（p254）的較佳浮心縱向位置的范圍圖中顯示，Xb取值在0.4%3%Lpp范圍內可滿足阻力性能，而最佳浮心位置為1.4%Lpp。本船為雙槳船，實際值范圍為上述值減去1%左右，即Xb取值在-0.6%2%。但由于該船布置比較緊張，各分項重心都沒有太大的調整裕度，浮心取最佳浮心縱向位置會導致船舶重心調整的困難，故此處直接取Xb=Xg，而不再過多考慮最佳浮心縱向位置曲線。運用主尺度擬定過程中對重心的估算值，取值為Xb=Xg=0.632m，即船中偏前1.318%Lpp,在最佳阻力性能范圍內。具體重心位置估算如下：表4.1重量估算重心計算表重量估算 重5、量（t）Xg（m）空船重量120.044-4.6貨品3502.75人員行李0.71-19.5食品淡水0.64-21燃油2.835-20滑油0.142-18備品及供應品1.195-22總和475.5700.632其中： 母型船（1500t級半艙船）：垂線間長Lpp2=70m，空船重心Xg2= -6.7m設計船 空船重心：Xg1=(Lpp1/Lpp2)Xg2 =-4.59m 貨品重心：Xg2=24-2-38.5/2=2.75m船首形狀本船采用前傾型首輪廓線。設計水線以上的首柱做成傾斜的,這樣不僅可以使水線以上的面積迅速增長，有助于減小迎浪航行中縱搖和升沉運動，并且傾斜首柱使設計水線以上的水線變得瘦6、削，可減少首端激波。此外，傾斜首柱增長了甲板面積，利于首部錨泊設備的布置，并且使船外形美觀大方。前傾量從總長，造價，增大噸位，增長泊位，減少進出港時的安全。設計水線以下的首柱形狀繼續保持水上的傾斜度，并與船底線圓滑的連接。前傾角取42度，船首形狀見圖(1)。圖4.1 首部形狀船尾形狀本船為雙機雙槳船，船尾輪廓線形狀的選擇參考母型船的布置，采用隧道式船尾。初步估算螺旋槳直徑約為0.6D，取1.0m。本船采用懸掛舵，初估舵面積Ar=Ld=1.38 m2，本船為雙槳船，取1.8%，舵高1.2m，舵寬1.15m，平衡比為25%。兩槳中心間距4.72m，占船寬59%。隧道頂線根據母型船資料選取，隧道長度7、取船尾到第5站的距離。船舶尾部型線的設計需要滿足以下規定：（1）尾封板沉深：為防止空氣進入螺旋槳區域，需使尾封板沉入水線以下一定深度，本船為小型內河散貨船，波浪較小，尾封板沉深取值，本船取0.1m，后傾角取0度。（2）螺旋槳間隙：為保證螺旋槳前后水流的通暢，避免螺旋槳與船體等之間產生共振，螺旋槳與船體、螺旋槳與舵、螺旋槳與基線之間均應留有一定距離的間隙，選取尺寸如圖所示。（3）其他長度規定：如圖4.2，為避免轉舵時，舵葉與船體相撞，間距H2應不小于200mm。此外，尾封板下方的船體外板應保持一定的傾斜，這有助于改善尾部流場，提高螺旋槳效率。為保證該處外板斜度，可限制H1，使其不小于3004008、mm。綜上所述，尾部形狀擬定如圖4.2所示。圖4.2 尾部形狀船底船底采用水平龍骨，無舭部升高。甲板線設計船梁拱取值參考母型船，由于船寬和母型船接近，取值與母型船相同，為0.1m。首舷弧參考母型船，取值0.574m，折角線200mm（18站到船首），17站值為0.143m。尾舷弧取值0.378m，尾舷墻高度0.62m。尾樓高度的設立應充足考慮到規范對駕駛視線的規定；甲板梁拱取為0.1m，本船為小型貨船，采用圓形分布；首尾舷弧分別取0.574m/0.378m，以拋物線分布，首舷弧起弧點為第十五站處，尾舷弧起弧點為第六站處。首尾舷弧形狀見圖4.3，舷弧高度值見表4.2：表4.2首尾舷弧高度表站號29、0191817161514舷弧高度(mm)0.5740.4160.2530.0900.04100站號0123456舷弧高度(mm)0.3780.2830.1730.1010.0630.0230圖4.3 首尾舷弧圖4.3型線繪制在本次的設計中，采用CAD繪圖進行母型船改造。取設計船與母型船的中橫剖面系數相同，型線設計各參數見表(3)：表4.3 型線圖各項參數表LppBdCmCpCbXb母型船59m9.2m1.6m0.9730.7640.7850.379m設計船48m8m1.6m0.9730.7890.7680.632m由于設計船和母型船的棱形系數，浮心縱向位置不同，本船型線有型船改造法設計，設計10、船的橫剖面面積曲線參考母型船。一方面繪制母型船的橫剖面面積曲線，再由母型船的橫剖面面積曲線繪制設計船的橫剖面面積曲線。平行中體與母型船相同，為912站。具體過程分為兩步：（1）修改面積曲線的棱形系數：由于設計船的棱形系數大于母型船的棱形系數，所以將型船的橫剖面積面積曲線變大,修改Cp過程如下：前半體： 由； 得后半體： 其中，即為橫剖面面積曲線在每一站的縱坐標不變時橫坐標的改變量由此求出每一站面積曲線的修改量。（2）修改面積曲線的浮心縱向坐標:通過修正，Cp達成0.78893，滿足規定，此時浮心縱向坐標Xb=0.00790,需修正到Xb=0.013167，Yb=0.4390（船長為1）。采用遷11、移法對浮心縱向位置進行修改：其中，即為橫剖面面積曲線在每一站的縱坐標不變時橫坐標的改變量由此求出每一站面積曲線的修改量。通過修正，得到橫剖面積曲線XB=0.013155（船長為1），CP=0.78893，均處在誤差范圍之內。橫剖面面積曲線及其兩次修正的曲線如圖4.4所示：圖4.4 橫剖面積曲線改造圖（3）CAD繪圖作圖環節(1) 準備工作要同時繪制母型船與設計船的橫剖面積曲線，曲線的橫坐標要縮放，最后相應母型船的船長。繪制側面輪廓線，側面輪廓線的繪制需要滿足船舶總長，水線間長，尾部螺旋槳與舵布置，尾封板沉深的規定。繪制折角線、上甲板邊線、甲板邊線、舷墻頂線,由于這些曲線與船舶性能關系較小，所以12、這些線的繪制使用自行設計的方法，以光順、美觀、實用、便于建造為設計目的，具體見型線圖。本船繪制400WL、800WL、1200WL、1600WL、2023WL五條水線。相鄰水線距離400mm，劃20站，每站間距2400mm，縱剖線作1000、2023、3000縱剖線。(2)畫半寬水線圖一方面在設計船橫剖面積曲線圖上，找到面積與母型船各個站面積相等的新站號（非整數站）。再將母型船橫剖線圖縮放，縮放目的為使之船寬與設計船船寬相等，設計水線與設計船設計水線相等，得到新橫剖線圖。得到的新橫剖線圖即為設計船的各個新站號相應的橫剖線圖。由新橫剖線圖繪制半寬水線圖，此時用的是新站號，非整數站，去掉非整數站站13、線，劃上均勻的120站，即得到設計船的半寬水線圖。(3)繪制設計船橫剖線圖跟據設計船半寬水線圖，結合先前擬定的首尾輪廓和甲板線，用均勻的整數站再畫一次橫剖線圖，即可得設計船的橫剖線圖。(4)繪制縱剖線在繪制完畢上述各線后，繪制縱剖線進行廣順性調整，縱剖線應同時通過橫剖線與半寬水線的相應點，這樣才干檢查出船舶的光順性。縱剖線不光順處，需要綜合三向視圖進行光順，直至同時三向視圖同時滿足光順性與一致性為止。(5)檢查、量型值、標注對不光順及投影關系不對的的地方進行修改，以達成型線圖的規定 “關順性、一致性、協調性”。檢查完畢后，在圖上讀出型值，并對進行標注。4.4靜水力計算型線繪制完畢并光順后，將各14、站型值量出，填好靜水力性能計算要素表。通過靜水計算程序stab計算得出靜水力計算結果。靜水力計算結果如表4.4所示。計算結果誤差如表4.5所示，均在0.5%以內，結果滿足規定。（靜水力計算輸入數據表詳見附錄2.1，輸出結果見附錄2.2）表4.4 靜水力計算結果表TVDZBXBSXFZMZML0.498.25298.8420.2111.654278.1371.11112.701332.7270.8216.226217.5240.4251.254300.6410.7376.807180.951.2340.098342.1390.6351.048317.0910.445.019130.8691.6415、75.033477.8830.8520.679360.216-1.7484.509134.942621.703625.4341.0760.127370.763-1.4694.009111.447TCBCWCMCPCHID/CMM/CMDZI/CM0.40.640.7240.9060.7060.8832.7986.847-0.0650.80.7040.7830.9560.7360.8993.0248.181-0.0461.20.7380.8260.9710.760.8943.199.283-0.0291.60.7730.9380.9780.7910.8243.62413.350.13220.810.9660.9820.8240.8383.7314.3810.114表4.5 靜水力結果誤差計算表項目T(m)V (m3)D(t)ZB(m)XB(m)計算結果1.6474.285477.1300.8520.633設計值1.6472.73475.570-0.632誤差（%）-0.330.32-0.158項目T(m)XF(m)CBCMCP計算結果1.6-1.7700.7720.9780.789設計值1.6-0.7690.9730.789 誤差（%）-0.390.510根據計算結果繪制靜水力曲線圖、邦榮曲線圖和穩性橫截曲線圖（見附錄圖1.2、1.3、1.4）。