专利名称：舰船主体外壳双层模块化结构的设计方法
技术领域：
本发明涉及一种舰船主体外壳双层模块化结构的设计方法，针对具有复杂曲面外形的舰船主体结构，采用模块化双层复合外壳的设计来简化制造工艺并满足船舶性能要求。属于海洋工程舰船制造技术领域。
背景技术：
模块造船的概念萌芽于二战期间的美国大量造船年代，而形成于60年代日本造船工业兴旺时期。在国外，模块化作为现代舰船建造方法已成为一种趋势。多年来，从舰船总体到主机推进系统、全船控制系统、自动化系统、武器装备、机电装置、舰装设备纷纷采用了模块化技术，尤以居住舱室、机电装置、自动化系统及武器装备方面的模块化发展更快、效果更佳。众多工业国家在模块化造船应用方面都取得了引人注目的成就，并且呈不断发展的趋势，模块化技术的研究和应用正在导致舰船设计思想、建造流程、维修管理方法上的重大变革。美国海军已提出，未来的舰船将使用由标准组件组成的共同模块来设计和建造。在民船领域，模块化建造将能充分发挥标准化和通用化的优势，可使技术复杂、批量小的船舶建造取得更大的效益，有可能成为未来造船业发展的方向。目前模块化造船主要集中在建造各种功能模块并进行组合装配，而没有从模块化船舶建造本身进行设计研究，没有将船体本身的结构考虑进去。实际上若舰船的主体结构是由平直构件组成，且连接形式是标准的，则舰船主体结构就能分解成标准化、系列化的结构模块。对结构模块进行流水作业式制造，由结构模块组装成各种舰船，实现舰船主体结构的模块化设计、模块化制造，就可大大提高舰船设计、制造、维修、改装的效率，降低其成本。但是，由于水动力性能的要求，大多数舰船都有复杂的船体外形，这为舰船主体结构模块化带来很大困难，使舰船主体结构模块化成为舰船模块化的瓶颈。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种舰船主体双层外壳模块化结构的设计方法，解决具有复杂曲面外形的舰船主体结构的模块化设计制造问题，能简化工艺，降低生产成本，并能保证舰船的各种结构强度要求和性能要求。
为实现这样的目的，本发明的技术方案中，根据舰船的形状结构特征将主船体划分为若干区域，采用平板主体层加复合材料附着层形成双层复合外壳结构。平板主体层采用平面单元模块组成，其支承骨架将为直线或折线，横舱壁也将为规则的矩形、梯形或三角形，平板主体层和骨架承受结构强度和保证使用空间；复合材料附着层为楔形，采用合适的材料和工艺成形，并与平板主体层牢固结合，形成船体形状，保证流体水动力性能。
本发明的方法包括如下具体步骤1、根据舰船的形状结构特征，以横舱壁为界，将舰船主体划分成若干区域，得到每个区域前后端的外壳形状。
2、针对每一区域，首先确定各层甲板的高度，包括内底板、平台、各层甲板、上甲板、露天甲板等，并要求它们之间的高度差是标准设计模数的整数倍。
3、在每个区域的前后端两个端面上，从各层甲板或平台与横剖面线型的交点向上作垂线与上一层甲板或平台相交，连接所有的交点得到一折线横剖线，即为外板主体层，该区域的主体的两端的剖面由若干矩形组成。
4、对于外飘很大的舷顶部和较消瘦的舭部，在区域两端的剖面形状可采用斜直线划成，使该处的主体两端剖面成梯形或三角形。
5、根据上述原理划分，可绘出由平直构件构成的主体层，船厂可采用常规的平面板架生产工艺生产。在主体层外即为附着层，需要采用合适工艺和选用适当的复合材料。
6、连接所有各个区域的主体层和附着层，构成双层模块化结构的舰船主体外壳。
本发明中舰船主体附着层的主要功能是确保复杂的外形，只承受水压力，不涉及船体强度要求，根据需要可具有抗爆、抗振、消磁、吸收电磁波等功能。附着层可采用弹性高、耐磨、耐冲击、易加工、易成形、价格便宜的轻型复合材(如发泡的聚脂等)，通过一定的措施与主体层结合一起，结合的方法可采用镙钉连接或粘合剂粘结。
本发明中舰船主体层的功能是保证舰船的各种结构强度和使用空间，同时也是附着层的载体。主体层可采用强度高的钢材，由标准系列的平面单元模块拼合而成。这样，主体层的外表形状就是有规则的多面体。
图1为本发明的舰船主体双层模块化结构示意图。
图中，1为船体外层，即附着层，2为船体内层，即主体层。
图2为舰船主体划分后的一个区域的外壳示意图。
图3为图2所示区域前后端的外壳形状示意图。
图4为主体层和附着层划分示意图。
图5为某一区域的主体层。
图6为图4中A处的附着层形状。
具体实施例方式
以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
舰船外壳需同时具有两大功能，一是形状功能，确保舰船的复杂外形，使舰船具有优良的水动力和静水力性能；二是结构功能，能保证舰船的各种结构强度要求和性能要求。如何抛开舰船主体结构设计的传统思想，假定上述形状功能、结构功能不再由单一外壳承担，而是分别由两类不同的构件来实现，这就是本发明设计思想的基本出发点。
图1为本发明中采用双层模块化设计的舰船主体外壳结构示意图。如图1所示，舰船主体的外壳为双层，船体外层为附着层1，用以确保船体的复杂外形，使舰船具有优良的流体水动力性能。附着层1可采用弹性高、耐磨、耐冲击、易加工、易成形、价格便宜的轻型复合材料制备。船体内层为主体层2，用以保证舰船的各种结构强度和使用空间，同时也是附着层1的载体。主体层2可采用强度高的钢材，由标准系列的平面单元模块拼合而成。这样，主体层的外表形状就是有规则的多面体。
本发明的舰船主体双层模块化结构的设计方法具体如下1、根据舰船的形状结构特征，将舰船主体划分成若干区域，一般以横舱壁为界进行划分。图2为划分出的一个区域的外壳，图3是该区域前后端的外壳形状。
2、针对每一区域，首先要求给出各层甲板的高度，包括内底板、平台、各层甲板、上甲板、露天甲板等，并要求它们之间的高度差是标准设计模数的整数倍。
3、在每个区域的前后端两个端面上，从各层甲板(平台)与横剖面线型的交点向上作垂线与上一层甲板或平台相交。连接所有的交点得到一折线横剖线，该折线即为未来的外板主体层，该区域的主体的两端的剖面由若干矩形组成。划分方法如图4所示，图4中阴影部分为附着层在区域两端的剖面形状。
4、对于外飘很大的舷顶部和较消瘦的舭部，在区域两端的剖面形状可采用斜直线划成，使该处的主体两端剖面成梯形或三角形。见图4。
5、根据上述原理划分，可绘出由平直构件构成的区域的主体层，其外即为需要的附着层。图5所示为由平直构件构成的图2所示区域的主体层，图6为图4中A处的附着层。
6、连接所有各个区域的主体层和附着层，构成双层模块化结构的舰船主体外壳。
船厂可采用常规的平面板架生产工艺生产主体层。附着层采用弹性高、耐磨、耐冲击、易加工、易成形、价格便宜的轻型复合材(如发泡的聚脂等)，通过一定的措施与主体层结合一起，结合的方法可采用镙钉连接或粘合剂粘结。
本发明中舰船主体层采用平面单元模块组成，有利于实现机械化生产、缩短造船周期、降低造价，同时规则的主体内层使得局部结构设计简捷，布置方便。附着层采用复合材料制成，易于成型加工，可以通过计算机辅助成型，还可使附着层具有防爆、消磁等功能，这样一来既保证了舰船对线型的要求，又避免了繁重的外板加工工作。一旦损坏，修理也很方便，只要将损坏的那块附着层简单换掉。
本发明提出的主体层和附着层设计原理还可用于像舰船主体一样具有复杂曲面外壳的物体的设计和制造。
权利要求
1.一种舰船主体外壳双层模块化结构的设计方法，其特征在于包括如下步骤1)根据舰船的形状结构特征，以横舱壁为界，将舰船主体划分成若干区域，得到每个区域前后端的外壳形状；2)针对每一区域，首先确定各层甲板的高度，并要求它们之间的高度差是标准设计模数的整数倍；3)在每个区域的前后端两个端面上，从各层甲板或平台与横剖面线型的交点向上作垂线与上一层甲板或平台相交，连接所有的交点得到一折线横剖线，即为外板主体层，该区域的主体的两端的剖面由若干矩形组成；4)对于舷顶部和舭部，在区域两端的剖面形状采用斜直线划成，使该处的主体两端剖面成梯形或三角形；5)根据上述原理划分，绘出由平直构件构成的区域的主体层，在主体层外即为需要的附着层；6)连接所有各个区域的主体层和附着层，构成双层模块化结构的舰船主体外壳。
全文摘要
一种舰船主体外壳双层模块化结构的设计方法，根据舰船的形状结构特征将主体划分为若干区域，在每个区域的两个端面上，从各层甲板与横剖面线型的交点向上作垂线与上一层甲板或平台相交，连接所有的交点得到一折线横剖线，即为外板主体层，该区域的主体的两端的剖面由若干矩形组成；对于舷顶部和舭部，在区域两端的剖面形状采用斜直线划成，使该处的主体两端剖面成梯形或三角形。连接所有各个区域的主体层和主体层之外的附着层，构成双层模块化结构的舰船主体外壳。本发明中平板主体层和骨架承受结构强度和保证使用空间，复合材料附着层与平板主体层牢固结合，形成船体形状，保证流体水动力性能。
文档编号B63B9/00GK1631714SQ20041009919
公开日2005年6月29日 申请日期2004年12月29日 优先权日2004年12月29日
发明者谭家华, 王 琦, 何炎平 申请人:上海交通大学