20m双体搜救船总体方案设计及快速性计算
摘要
本课题为设计一艘20m双体搜救船,设计主要内容为主尺度论证、总布置设计、三维建模、型线设计、稳性校核、快速性计算及螺旋桨设计。
确定双体搜救船的航区,航速等之后,进行双体搜救船的主尺度论证，根据主尺度进行双体搜救船的总布置设计，在总布置设计中参照母型船进行设计改造。接着使用maxsurf的maxsurfpro模块进行三维建模、光顺模型，然后导出型线,进行型线的完善。之后通过maxsurf的Hydromaxpro模块进行静水力的计算以及大倾角稳性的校核。最后利用maxsurf的Hullspeed模块进行快速性计算，进而进行螺旋桨的设计。
关键词： 双体搜救船，总布置，三维模型,型线，静水力，螺旋桨
I
The Design of 20m Catamaran Rescue Vessels and Fast Calculation
Abstract
The topic for the design of a 20m catamaran rescue vessels, the design of the main contents of the main-scale demonstration, the overall layout design, three-dimensional modeling, model design, calibration stability, quick calculation and propeller design.
Twin-hull vessel to determine the aircraft search and rescue area, after the speed, etc. to carry out search and rescue boat catamaran-scale demonstration of the Lord, according to the main-scale search and rescue boat catamaran to the overall layout of the design, layout design in the light of the overall home-based transformation of ship design. Then use the maxsurfpro module maxsurf three-dimensional modeling, smoothing model, and then export the profile to carry out the perfect lines. After the adoption of the maxsurf Hydrostatic Hydromaxpro modules as well as the calculation of large angle stability check. Finally, the maxsurf rapid Hullspeed calculation module,which carried out the design of the propeller.
Keywords: catamaran rescue vessels General arrangement Three-dimensional
model Lines Hydrostatic Propeller
II
目 录
一 选题背景 .......................................................................................................................... 1
1.1 1.2 1.3 1.4
太湖环境介绍 ...................................................................................................................... 1 船型选择 ............................................................................................................................. 2 存在的技术问题 .................................................................................................................. 2 国内外的研究情况及双体船的发展前景 ............................................................................. 3
二 主尺度论证 ..................................................................................................................... 4
2.1 设计任务书的分析 .............................................................................................................. 4 2.2 根据母型船估算排水量、主尺度、空船重量 ...................................................................... 5 2.2.1 主尺度初选 ................................................................................................................... 5 2.2.2 船型系数的初选 ............................................................................................................ 6
三 双体搜救船总布置设计 ...................................................................................... 10
3.1 3.2
概述 .................................................................................................................................. 10 总体区划 ........................................................................................................................... 10
四 双体搜救船三维建模及型线 ............................................................................. 13
4.1 基于Maxsurf建模及改造 ................................................................................................... 13 4.1.1 maxsurf简介 ............................................................................................................... 13 4.1.2 使用maxsurfpro模块，对数据预处理、 建立TXT标记点文件 .................................... 13 4.2 使用maxsurf改造设计 ....................................................................................................... 19 4.3 型线完善 ........................................................................................................................... 23
五 螺旋桨设计及性能计算 ........................................................................................ 24
5.1 20m双体搜救船螺旋桨设计书 .......................................................................................... 24 5.2 性能计算 ........................................................................................................................... 30 5.2.1 概述 ............................................................................................................................ 30 5.2.2 静水力计算 ................................................................................................................. 30 5.2.3 大倾角稳性的计算 ...................................................................................................... 33
六 船体说明书 .................................................................................................................... 39 七总 结 ............................................................................................................................. 42 致 谢 ................................................................................................................................... 43 附 录 ................................................................................................................................... 44 参考文献 ................................................................................................................................ 45
III
一.选题背景
1.太湖环境介绍
太湖是我国著名的五大淡水湖之一，湖岸总长405公里，湖泊面积2427.8Km2,湖区有52个岛屿，是典型的浅水型湖泊。苏州市管辖的湖泊面积1600平方公里，约为太湖总面积的三分之二。太湖沿岸入湖口众多，可供船舶航行的航线包括太湖航线、芜申线、苏西线等在内多达15条，航程200余公里。随着环太湖特别是苏州市经济的高速发展，湖上航行船舶和货运量呈现快速增长的势头，湖区船舶日流量逾千艘，货物流通增速强劲，太湖成为流域地区重要的水上交通走廊，这对区域的经济发展和城市建设、对沿岸旅游资源的开发、环太湖和苏州区域经济的发展都起到了积极的作用。
从古至今，太湖的水上养殖、捕捞、航运及水上旅游观光事业十分发达。但由于其自然环境十分复杂，在恶劣的气候条件下，特别是大风季节，湖面上波浪滔天，浪高可达到1米以上。而且由于太湖水浅，平均水深仅1.2m，在大风季节容易形成“浅水波”。浅水波的特点是浪高且陡，俗称“浪硬”，这种波浪对在湖面上航行和作业的船只极具伤害性。因此，太湖也是水上事故高发地区，轻则人身和船只遭受伤害，重则船毁人亡，严重地影响到了一方人民的安全，也会给建设和谐社会画上不协调的音符。因此提高太湖搜救能力，确保太湖水域航行安全已引起各级政府部门的高度重视，太湖搜救中心已获省市人民政府批准建设。目前，规划定点选址工作已完成，初步方案设计正在进行之中。另有西太湖二处避风港建设已进入方案设计阶段，期盼几十年的现代化多功能的太湖搜救中心不久将成为现实。
苏州市城区地方海事处作为处理辖区水上事故的职能部门，深感肩上责任重大，但面对目前较低的太湖搜救能力却感到十分无奈。其中主要原因是现有的搜救船只老化，性能落后，很难满足搜救工作的需要，现有的搜救船航速低，仅为15公里/小时左右，稳性差，抗风浪能力低，吃水偏深且船载设备陈旧简陋。在实施搜救时，由于搜救船吃水深，不能接近事故船，往往搜寻到正在下沉的船舶，遇险船员在棚顶呼救而搜救人员无法靠近沉船，有时只能采取冒险行动；二是由于搜救艇航速低，不能在最短的时间内到达事故现场，错失救助良机，特别时大风严冬季节，遇险船员浸泡在水中几个小时，往往被冻死而非被淹死；三是由于现有搜救船适航性差，遇上恶劣的气候，非但不能有效地完成搜救任务，连自身脱险安全回航都得不到保证。因此，开发研制新型的太湖搜救船型已迫在眉睫。 新型太湖搜救艇采用双体船型，由两细长片体和连接桥架构成，该船型具有稳性好，吃水浅，航速快，抗风浪能力强及操纵灵活方便，且甲板面积大等特点，其优良的快速性、耐波性和操纵性能在确保安全的情况下大大增强其机动性，可克服太湖恶劣环境，在第一时间内到达事故现场。新型搜救船
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拟配置GPS卫星导航测速定位系统、大功率远光搜索灯、摄像远程传输系统等先进装备，必将大大提高太湖搜救工作的能力和效率。
该新船型不但可作为太湖搜救艇的更新换代产品，也为“现代海事”、“数字海事”的建设打下坚实的基础。
2.船型选择
本文选择双体搜救船，它有以下优点：
(1)高速性 瘦削船型对高速时的阻力和耐波形的改进都很有利，特别是深V船型，但单体快速船长宽比过大和过于瘦削的船型会引起横稳性下降、操纵性变坏、波浪上纵向弯矩增加以及对舱容和布置有碍等一系列问题，双体船很好的解结了这些问题，并且在速度上获得了保障。
(2)稳性好 双体船有两个分得较开的片体，使水线面的横向惯性矩大大增加，所以复原力矩很大，稳性好，抗风力强。大风时期可较其它船种更易维持正常交通和工作。对搜救工作非常有利，同时对于被搜救人员也有很好的保护。
(3)甲板面积大 同等的排水量下其甲板面积和上层建筑使用面积比单体船约大20%~40%。
(4)操纵性好 在满足同样使用要求下，双体船船长较单体船短，水下侧面积小，加上两桨距、舵间距较大，使船能获得很好的操纵性能。实船证明双体船还具有良好的航向稳定性。
(5)推进效率高 由于双体船桨叶往往置于有利的尾部伴流中，附体阻力较一般双桨单体船低15~20%。两桨间的相互干扰由于船体间距的拉开而有所减少。双体船的每个片体可视作单桨船，可以获得较高的推进率。
3.存在的技术问题
(1)载重系数低
双体船的自重较大，其载重系数较单体船低。 (2)结构复杂
双体船的二个片体靠连接桥连接，连接桥的受力情况较复杂，为保证连接桥有足够的强度，船体与它连接部位的结构须加强，计算也较复杂。
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