200TEU内河集装箱船设计Word格式.docx

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美国康明斯主机资料

5.标准船型主尺度系列

中华人民共和国交通运输部公告（2010年第3号）

表1川江及三峡库区集装箱船标准船型主尺度系列（2010年修订版）

船型分级

（载箱量）

总长

LOA

m

船宽

B

设计吃水

参考设计载箱量

TEU

参考主机功率

kW

备注

50

62~64

10.8

2.0~2.4

45~55

（200-230）×

2

在参考主机功率下,对应船舶设计吃水的设计航速:

≥20km/h

60

67~70

12.8

2.0~2.6

60~70

（300~350）×

100

72~75

2.6~3.0

90~110

（330-350）×

150

85~90

13.6

2.8~3.2

120~157

（330-440）×

200-I

14.8

135~170

（420-470）×

200-II

16.2

3.0~3.5

150~200

（470-500）×

250-I

92~98

3.5~4.0

220~240

（550-600）×

250-II

105~110

240~260

（600-660）×

300

17.2

260~310

（630-660）×

350

19.2

4.1~4.3

320~360

（700-730）×

注：

1.以上载箱量为装载20英尺标准箱（TEU）货箱载箱量，货箱平均重为13吨/TEU；

当船舶载运货箱和空箱数量超过所推荐载箱量时，应满足规范和法规的相应要求。

2.若实际装载货箱重量大于或小于13吨/TEU时，其载箱量会发生变化，此时应满足规范和法规的相应要求。

3.若装载特种箱、非标箱时，其有关要求应予特殊考虑。

4.本系列船型采用平板型护舷材，船舶应满足规定的总长、船宽要求。

6.母型船参数

参考母型船为200TEU长江集装箱船，

主要技术指标为：

总长：

90m设计水线长：

88m

垂线间长：

85.8m型宽：

16.2m

结构吃水：

3.4m设计吃水：

2.8m

型深：

5.2m方型系数：

0.793

主机功率:

477kw*2设计航速:

20km/h

第二部分主要要素的确定

1.集装箱的布置

2.按初步估算主尺度

3.集装箱布置地位的校核和主尺度调整

4.估算空船重量和载重量

5.根据重力与浮力平衡确定吃水和方形系数

6.主要性能的校核

7.主尺度的最终确定

1.集装箱的布置

长江200TEU左右内河集装箱船，多采用6-10行4列布置。

根据《内河船建造规范2009》，要满足“集装箱的装载层数应不大于五层”和“集装箱船驾驶盲区不大于2倍船长”的要求。

本船载箱量200TEU，在货舱部位舱内分为9行×

4列×

2层，货舱部分甲板上分9行×

3层，尾部2行×

3层，在尾部少放4箱。

布置图如下

图1整体示意图

图2甲板示意图

2.初步估算主尺度

2.1船长

根据经验公式：

其中：

20英尺集装箱数量Nc=200

代入方程得Lpp=76.2m

2.2船宽

集装箱宽度bc=2.438m，甲板上集装箱列数rd=5，集装箱列之间的间隙Cc=0.038m，

代入方程得

12.3m，初取B=13m

2.3吃水

根据航道水深的限制，并且根据统计资料船宽吃水比B/d在2.5～3.5之间

初取d=3.7m

2.4型深

根据统计资料D/d在1.4～2.0之间

初取D=5.2m

2.5方形系数

根据亚历山大公式：

其中：

取C=1.08，V=20km/h，Fn=0.19，代入公式

初取Cb=0.76

3.集装箱布置地位的校核和主尺度调整

3.1船长

根据布置要求，垂线间长Lpp为：

Lpp=Lc+La+Lf+Lm

尾尖舱长度La取5%Lpp

艏尖舱长度Lf取6%Lpp

机舱长度Lm为主机长加10m，大致取为11.5m

货舱长度Lc=7.7X-8（X为集装箱行数）=61.3m,实取64m

列方程，解得Lpp=84.8m.

相应的Lwl取为86.9m，Loa约89m

3.2船宽

根据舱内集装箱布置要求（图3），船宽B为：

B=Yo（w+a）+c（Yo-1）+2b+2d

Yo（列数）=4；

w（箱宽）=8英尺=2.438m；

a（箱与导轨之间的间隙）=0.025m；

c（导轨之间的间隙）=0.2m；

b（导轨与纵隔壁的间距）=0.125m；

d（舱口围板到舷侧的距离）=2.44m.

代入数据得B=15.58m

根据川江及三峡库区集装箱船标准船型主尺度系列，B=16.2m.

3.3型深

决定型深的主要因素是舱内集装箱层数，根据布置要求，型深D为：

D=hd+t+hn+f-hc-c

hd（双层底高）=B/16=1.01m；

t（垫板厚度）=0.05m；

hn（舱内箱高）=2*2.591m；

f（集装箱顶与舱口盖下缘的间隙）=0.15m；

hc（舱口围板高）=0.8m；

c（梁拱高）=B/50=0.324m；

计算得D=5.3m.

4.估算空船重量和载重量

4.1估算空船重量

4.1.1根据经验公式：

其中：

L、B、D为以上取值，代入得：

LW=1322.18t

4.1.2根据米勒空船重量的分项估算公式

Cb为初取值Cb=0.76，L、B、D为以上取值

船体钢料重量:

代入数值得，Wk=1202.81

舾装重量：

代入数值得：

Wf=129.58t

机电设备重量:

K=1.15BHP（主机功率）=477kw

代入数值得：

Wm=197.26t

根据Miller公式，重量小于7000t，估算误差偏大10%左右

空船重量Lw=（Wh+Wf+Wm）*90%=1376.69t

4.1.3空船重量的确定

取以上两个估算值的平均数

Lw=（1322.18+1376.69）/2=1349.44t

4.2计算载重量

4.2.1载货量

Nt（集装箱总数）=200，Wo（平均箱重）=12t

则有Wc=2400t

4.2.2人员及行李、食品、淡水重量

船员取为14人，每人平均65kg；

船员行李50kg/人；

食品消耗3.5

；

淡水消耗75

。

取船航速20km/h，续航力3000km.则这部分重量：

W1=14×

（65+50）+14×

（3000/20/24）×

（3.5+75）=8.48t

4.2.3燃油、滑油及炉水重量

燃油重量

滑油重量

ε取0.05

炉水重量

由于为小型船舶，可不计炉水重量

这部分重量为：

W2=WF+WL=1.15*0.202*477*2*3000/20*1.1*（1+0.05）/1000=38.39t

4.2.4备品、供应品重量

W3=εLWε取0.5%

W3=0.005×

1349.44=6.75t

4.2.5载重量的合计

DW=Wc+W1+W2+W3=2400+8.48+38.39+6.75=2453.62t

4.2.6排水量裕度

53.98t

4.2船体总重量

3857.04t

5.根据重力与浮力平衡确定吃水和方形系数

由2.5可知初取Cb=0.76

根据

得d=3.69m

由于航区航道限制，实取吃水d=3.5m

故相应Cb=0.80

6.主要性能的校核

6.1主尺度规范要求

由上述所定尺度校核：

Lpp/D=84.8/5.3=16B/D=16.2/5.3=3.06均满足规范要求

6.2快速性估算

6.2.1海军系数法

由海军系数法预估设计船达到预定航速（20km/h）所需主机功率

=477kw

快速性与母型船相当,满足快速性要求。

6.2.2统计回归公式

V=2.42Lpp0.17273B-0.22589d-0.06644CB-0.41631（p/0.736）0.205N-0.01033

计算得：

V=20.1km/h

满足快速性要求

6.3初稳性估算

初稳性公式如下：

系数

均可由母型船资料换算所得.

按型船资料，计算应满足以下规范要求：

《船舶与海上设施法定检验规范》（内河）

1.初稳性高度应不小于0.3m

2.集装箱船应核算下列基本装载情况的稳性：

满载出港，满载到港，压载出港，压载到港

3.计算集装箱船的稳性时，每只集装箱重心高度应取在集装箱高度的一半处。

6.4横摇周期估算

我国法规的完整稳性规则（非国际航行船舶）中，横摇周期按下列估算：

7.主尺度的最终确定

由以上计算和校验可的最终主尺度如下：

89m设计水线长：

86.9m

84.8m型宽：

16.2m

设计吃水：

3.5m型深：

5.3m

方型系数：

0.80设计航速:

20km/h

477kw*2

第三部分型线设计

1.横剖面面积曲线的绘制

2.绘制横剖线图

3.绘制中横剖面曲线及梁拱、平板龙骨

4.绘制首尾轮廓线和甲板边线

5.绘制设计水线以上线型

6.绘制水线图和纵剖线图

1.横剖面面积曲线的绘制

1.1菱形系数Cp的选择

由于本船Fr=0.19<

0.2,为低速船。

由于设计船方形系数CB=0.8较大，所以棱形系数CP更多考虑阻力的要求。

对于低速船，CP应该尽量取小,但考虑到Cm不宜太大，否则前肩曲度大，从而会产生凸肩。

当前的大型运输船舶的Cm常取为0.985-0.995，Cm的选取一般取决于Cb，查《设计手册》P202一般民用船Cm对Cb的关系曲线，得Cb取0.80时，Cm为0.984；

查《船舶设计原理》P143查图得CP=0.80CM=0.99

初取CP=0.813CM=0.984

1.2浮心纵向位置Xb的选择

心纵向坐标反映排水量在前后体的分布情况，Xb对剩余阻力影响较大，在低Fr时，尾部应保持适当削瘦，以免粘压阻力增加，但首部可以较肥，因为兴波阻力在低俗时占总阻力的比例很小，故Cb大的低速船，Xb多在舯前，但也应考虑Xb对推进性能的影响查《船舶设计原理》P144，得浮心的最佳位置：

距船中向前0.8%-3.2%Lpp

考虑双桨，最佳浮心位置比相同速度（Fn）的单桨船最佳浮心位置约后

移1%Lpp左右。

1.3横剖面面积曲线参数的选定

1.3.1平行中体的长度和位置

查《船舶设计原理》P145，查图得

平行中体长度LP/Lwl=0.25～0.4换算成LP/Lpp=0.26～0.41，

最终LP/Lpp=0.26～0.34

平行中体长度中点距首垂线的距离：

X/Lwl=0.42～0.48，

换算成X/Lpp=0.43～0.49

1.3.2进流段与去流段长度的选择

适宜进流段长度

=0.30

最短的去流段长度

=0.36

1.3.3最大横剖面位置

由于设计船Fr<

0.3，最大剖面位置位于船中位置。

1.4横剖面面积曲线的改造生成

根据母型船，结合设计船，用“1-Cp”法，仅修改Cp，过程如下：

采用梯形法，对母型船面积曲线近似积分，得

母型船

0.808,

0.795

采用经验公式，估算

设计船

得

=0.826,

=0.800

修改量

（前半体）

改造后的设计船横剖面面积曲线如下图：

横剖面面积曲线改造修改后，母型船和设计船参数比较：

参数

Cp

Cm

Xb/Lpp

Lp/Lpp

X/Lpp

母型船

0.805

0.984

0.253%

0.30

0.50

设计船

0.813

1.25%

0.34

0.48

其中，Cp：

棱形系数，Cm：

中横剖面系数，

Xb/Lpp：

浮心纵向位置，

Lp/Lpp：

平行中体长度，

X/Lpp：

平行中体长度中点距首垂线的距离

2.绘制横剖线图

在横剖面面积曲线图上，量出各站处新船与母型船横剖面面积百分数相同的距离

，然后在母型船的水线图上距对应站

处量取各水线半宽y，再乘上B/Bo（型宽改造的比例值），即可得到新船各站半宽型值。

然后根据型值，绘制出横剖面图。

横剖线的改造绘制过程：

3.绘制中横剖面曲线及梁拱、平板龙骨

对

较大的船，取消舭深高可增大舭部半径（太小的话易产生舭涡）且可简

化施工工艺；

当舭深高为0时，

=1.45m；

如下图：

3.2梁拱

×

B；

这里取B/50,即0.324m;

3.3平板龙骨

按《钢质内河船舶入级与建造规范》：

平板龙骨的宽度应不小于0.1B，且应不小于0.75m，

这里取1.62m;

4.绘制首尾轮廓线和甲板边线

4.1首尾轮廓线

首尾轮廓线一般应由母型船的形状按相同规律修改而得，否则与水线端点不易配合。

尾框尺寸涉及桨和舵的布置，可按新船要求参照母型船形状自行设计，但应注意尾框的修改会使水线尾端点距中值改变，因此必须对尾部水线做适当修改。

修改后首尾轮廓线如下图：

4.2甲板边线

4.2.1舷弧的选择

舷弧是指首尾垂线处甲板边线高度减去型深后的值，分为首尾舷弧（

和

），小型船舶耐波性差，首部容易上浪，取较大的舷弧以利减少甲板上浪，所以小型船舶首舷弧取得一般比较大，标准舷弧规定：

首舷弧：

=1913mm

尾舷弧：

=957mm；

此外，法规对最小船首高度有以下要求：

当L<

250m时，=3623.668mm，

这里取3.7m；

法规同时规定，如果是用设置上层建筑来达到，则上层建筑至少延伸到

首垂线后0.07L处。

4.2.2最小干舷计算

根据相应规范计算最小干舷，计算如下表

4.2.3舷弧和最小干舷的校核

实际干弦F=D-d=5.3-3.5=1.8>

Fmin=1.38，说明干舷满足要求；

船首高度

=F+首楼高度=5.3-3.5+3.4=5.2>

3.7,满足上述对

的要

求；

5.绘制设计水线以上线型

设计水线以上的型线，由于甲板边线需满足新船的型深和舷弧要求，通常情况下不会与母型船的甲板边线高度经吃水比例修正后相同，因此需要另行绘制。

绘制时可参照母型船改造所得的横剖线形状，应用自由绘制的方法进行。

绘制时应满足总布置对甲板边线宽度的要求。

同时注意横剖线上部的外飘程度。

6.绘制水线图和纵剖线图

在绘制好的横剖面图上，重新划分水线，根据投影关系，绘出新的水线图和纵剖面图，最后进行三向光顺。

第四部分三维建模

1.根据型值建三维模型

2.三维光顺与成型

3.静水力计算

1.根据型值建三维模型

提取横剖线图中的各站点以及船中纵剖面选取的各散点制成txt文件导入Freeship可得三维的船体模型

初始导入：

纵剖面图

横剖面图：

透视图：

2.三维光顺与成型

根据Freeship中的光顺检测功能，调整各个部分的光顺性，并适当添加控制点，行程密集的控制网格。

根据导入后成型的图，主要调整船首部以及尾封板的位置，具体调整后如同：

整体

首部

尾部

3.静水力计算

设计船长:

89.000[m]

总长:

88.890[m]

设计船宽:

16.200[m]

总宽:

16.317[m]

设计吃水:

3.500[m]

中横剖面位置:

44.500[m]

水密度:

1.000[t/m3]

附体系数:

1.0000

体积属性:

排水体积:

3868.2[m3]

排水量:

3868.2[tonnes]

水下部分总长:

水下部分总宽:

方形系数:

0.7634

菱形系数:

0.7999

垂向菱形系数:

0.8673

浸湿表面面积:

1733.1[m2]

浮心纵向位置:

42.834[m]

-2.061[%]

浮心垂向位置:

1.863[m]

中横剖面属性:

中横剖面面积:

54.575[m2]

中横剖面系数:

0.9556

水线面属性:

水线长:

87.348[m]

水线宽:

16.204[m]

水线面面积:

1276.6[m2]

水线面系数:

0.8802

水线面浮力中心:

39.211[m]

进水角:

-77.451[degr.]

横惯性矩:

25433[m4]

纵向惯性矩:

685587[m4]

初稳性:

横稳心高:

8.500[m]

稳心纵向高度:

180.54[m]

侧面:

侧面积:

270.30[m2]

风压纵向作用点:

46.002[m]

风压中心垂向位置:

1.835[m]

以下图层属性由船体两侧计算而得！

:

|图层|面积|厚度|重量|COGX|COGY|

COGZ|

||[m2]||[tonnes]|[m]|[m]|

[m]|

|-------------------------|--------|-----------|----------|---------|---------

|---------|

|船体列板1|37.800|0.000|0.000|-1.085|0.000|

3.619|

|船体列板2|37.849|0.000|0.000|1.064|0.000|

3.502|

|船体列板3|39.568|0.000|0.000|3.186|0.000|

3.213|

|船体列板4|46.942|0.000|0.000|5.330|0.000|

2.518|

|船体列板5|49.105|0.000|0.000|7.418|0.000|

1.981|

|船体列板6|97.244|0.000|0.000|10.609|0.000|

1.621|

|船体列板7|99.667|0.000|0.000|14.853|0.000|

1.361|

|船体列板8|102.89|0.000|0.000|19.091|0.000|

1.260|

|船体列板9|105.82|0.000|0.000|23.329|0.000|

1.215|

|船体列板10|107.49|0.000|0.000|27.562|0.000|

1.190|

|船体列板11|107.80|0.000|0.000|31.800|0.000|

1.186|

|船体列板12|107.80|0.000|0.000|36.040|0.000|

|船体列板13|107.80|0.00