一种减摇舭龙骨的设计方法与流程

本发明涉及舭龙骨的技术领域，尤其涉及一种减摇舭龙骨的设计方法。

背景技术：

舭龙骨是船舶上普遍采用的一种简便有效的减摇装置，其减阻作用主要来源于横摇阻尼的增加。舭龙骨的长度有一定的有效范围，一般方形系数越小的船，其舭龙骨的有效长度也越小。在舭龙骨长度确定的情况下，出于安全考虑，船舶设计界还要求舭龙骨宽度不应超出最大横剖面的限界框。在此背景下，长期以来，业内形成一种约定俗成的设计舭龙骨外形的传统方法，即首先根据船型确定舭龙骨有效长度，然后根据重心高度、最大横剖面的舭部形状及其限界框的尺寸等确定舭龙骨最大宽度，并且在舭龙骨有效长度的绝大部分长度范围内都保持所述最大宽度，仅在舭龙骨有效长度的首尾两端较小的长度范围内由所述最大宽度逐渐减小至零。按照该方法设计出来的舭龙骨虽然外形较规则，加工方便，但其减摇效果往往并不能满足船型总体设计要求，尤其是方形系数较小的船型和对横摇运动要求较高的船型，还需要另外安装其他类型的减摇装置，如减摇水舱、被动式或主动式减摇鳍等，不仅导致船舶设计和建造成本增加，而且造成船上设备所占空间和重量都明显增大。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种减摇舭龙骨的设计方法，在相同的舭龙骨的有效长度范围内，按本发明的设计方法设计得到的减摇舭龙骨的面积明显大于按前述传统设计方法设计的减摇舭龙骨的面积，从而具有更好地减摇效果。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种减摇舭龙骨的设计方法，其中，包括：

步骤s1：根据目标船型的主尺度参数和船体型线特点，确定舭龙骨的长度和所述舭龙骨沿船长方向的布置范围；

步骤s2.1：提供目标船型的最大横剖面的横剖线图，所述横剖线图以船长方向为横坐标轴方向，以船宽方向为纵坐标轴方向；

步骤s2.2：在所述横剖线图上绘制由船底基线或舭部升高线与船宽限界线相交形成的最大横剖面限界框的框角；

步骤s2.3：绘制从所述框角的顶点指向船体中心线上的重心高度位置点的直线，所述直线与最大横剖面的横剖线的交点即为所述舭龙骨在最大横剖面处的安装点；

步骤s2.4：所述安装点至所述框角的顶点的直线距离即为最大横剖面处的所述舭龙骨的外形最大允许宽度；

步骤s3：确定一条经过所述安装点、且在所述舭龙骨沿船长方向的布置范围内的船体表面流线，所述船体表面流线即为所述舭龙骨在船体上的安装线；

步骤s4.1：在所述舭龙骨沿船长方向的布置范围内截取若干第一位置的横剖线，并标记每一所述第一位置的横剖线与所述安装线之间的第一交点；

步骤s4.2：绘制每一所述第一位置的横剖线的第一法线，且每一所述第一法线均经过相应的所述第一交点；

步骤s4.3：标记若干所述第一法线与所述最大横剖面限界框的第二交点，所述第一交点与所述第二交点间的距离即为相应的所述第一位置处的所述舭龙骨的外形最大允许宽度；

步骤s5：以若干所述第一位置为横坐标、以相应的所述第一位置处的所述舭龙骨的外形最大允许宽度为纵坐标绘制若干第三点，用样条曲线连接若干所述第三点即为所述舭龙骨沿船长方向的布置范围内的所述舭龙骨的外形最大允许宽度的第一限界线；

步骤s6.1：根据舭龙骨结构强度设计要求、结构加工便利性、结构尺寸对阻力性能的影响，在所述舭龙骨沿船长方向的布置范围内确定所述舭龙骨的结构最大宽度；

步骤s6.2：在所述舭龙骨沿船长方向的布置范围内，以所述舭龙骨的结构最大宽度为纵坐标绘制水平线，得到所述舭龙骨的结构最大宽度的第二限界线；

步骤s7.1：选取所述第一限界线、所述第二限界线中在纵坐标轴船宽方向上宽度更小的部分进行拼接；

步骤s7.2：在所述舭龙骨沿船长方向的布置范围内，确定合适的所述舭龙骨的首端部分和所述舭龙骨的尾端部分的舭龙骨长度范围，在所述舭龙骨长度范围内设计舭龙骨宽度渐变线，将所述舭龙骨的宽度渐减至零，即得到舭龙骨的宽度限界线；

步骤s7.3：在所述舭龙骨的宽度限界线内设计减摇舭龙骨的外形轮廓；

步骤s8：设计减摇舭龙骨的结构。

上述的减摇舭龙骨的设计方法，其中，在所述步骤s2.2中，当所述最大横剖面的底部无舭部升高时，在所述横剖线图上用所述船底基线和所述船宽限界线相交形成所述最大横剖面限界框的框角；

当所述最大横剖面的底部有舭部升高时，在所述横剖线图上用所述舭部升高线和所述船宽限界线相交形成所述最大横剖面限界框的框角。

上述的减摇舭龙骨的设计方法，其中，在所述步骤s3中，在拖曳水池开展对应吃水和航速工况的船模流线试验，或通过计算流体力学软件计算设计对应吃水和航速工况的船体表面流线分布，根据所述船模流线试验的试验结果或根据所述计算流体力学软件的计算结果，确定所述船体表面流线。

上述的减摇舭龙骨的设计方法，其中，在所述步骤s7.3中，在所述舭龙骨的宽度限界线的限制范围内，可根据不同需求设计面积尽可能大的减摇舭龙骨的外形轮廓。

上述的减摇舭龙骨的设计方法，其中，在所述步骤s8中，针对所述舭龙骨的宽度较小的部分，如满足结构强度要求，则采用平板形式。

上述的减摇舭龙骨的设计方法，其中，在所述步骤s8中，针对所述舭龙骨的宽度较大的部分，设计尽可能小的加强型结构以满足结构强度要求；

上述的减摇舭龙骨的设计方法，其中，在所述步骤s8中，针对所述舭龙骨的宽度由小变大或由大变小的过度区域，对加强型结构的尺寸进行渐变调整，使所述舭龙骨上表面和下表面的曲面光顺过渡，以降低曲面形状变化对阻力性能的影响。

本发明由于采用了上述技术，使之与现有技术相比具有的积极效果是：

(1)本发明设计的减摇舭龙骨在相同的长度、相同的布置范围、相同的最大横剖面限界框等限定条件下比采用传统方法设计的舭龙骨具有更大的宽度和面积、更大的横摇阻尼，因而具有更佳的减摇效果.

(2)本发明设计的减摇舭龙骨可以在一定程度上降低甚至取消对其他附加减摇装置的需求，从而降低设计和建造成本，减小船上设备占用空间和重量。

附图说明

图1是本发明的减摇舭龙骨的设计方法的舭龙骨沿船长布置范围内的船体分站横剖线图。

图2是本发明的减摇舭龙骨的设计方法的最大横剖面处舭龙骨的外形最大允许宽度的示意图。

图3是本发明的减摇舭龙骨的设计方法的舭龙骨在船体上的安装线的侧投影图。

图4是本发明的减摇舭龙骨的设计方法的某分站横剖线处舭龙骨的外形最大允许宽度的示意图。

图5是本发明的减摇舭龙骨的设计方法的舭龙骨外形最大允许宽度限界线和舭龙骨结构最大宽度限界线的示意图。

图6是本发明的减摇舭龙骨的设计方法的最终的舭龙骨宽度限界线的示意图。

图7是应用本发明设计的舭龙骨外形轮廓与按传统方法设计的舭龙骨外形轮廓平面展开对比示意图。

图8是本发明的减摇舭龙骨的设计方法的舭龙骨宽度较小区域的平板形舭龙骨的示意图。

图9是本发明的减摇舭龙骨的设计方法的舭龙骨宽度较大区域的一种加强型舭龙骨结构的示意图。

图10是本发明的减摇舭龙骨的设计方法的舭龙骨宽度较大区域的另一种加强型舭龙骨结构的示意图。

附图中：1、横剖线；2、横剖线；3、横剖线；4、重心高度位置点；5、舭部升高线；6、船宽限界线；7、直线段；8、安装线；9、横剖线；10、直线段；11、外形最大允许宽度限界线；12、结构最大宽度限界线；13、舭龙骨宽度限界线；14、舭龙骨外形平面展开轮廓；15、舭龙骨外形平面展开轮廓；16、平板结构；17、“y”型结构；18、"a"型结构。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

第一实施例：

第一种较佳实施例的减摇舭龙骨的设计方法，其中，包括：

步骤s1：根据目标船型的主尺度参数和船体型线特点，确定舭龙骨的长度lbk和舭龙骨沿船长方向(x轴方向)的布置范围[xstart，xend]；

步骤s2.1：提供目标船型的最大横剖面的横剖线图，横剖线图以船长方向为横坐标轴方向(x轴方向)，以船宽方向为纵坐标轴方向(y轴方向)；

步骤s2.2：在横剖线图上绘制由船底基线或舭部升高线与船宽限界线相交形成的最大横剖面限界框的框角；

步骤s2.3：绘制从框角的顶点指向船体中心线上的重心高度zg位置点的直线，直线与最大横剖面的横剖线的交点即为舭龙骨在最大横剖面处的安装点po；

步骤s2.4：安装点至框角的顶点的直线距离即为最大横剖面处的舭龙骨的外形最大允许宽度bbkomax；

步骤s3：确定一条经过安装点、且在舭龙骨沿船长方向的布置范围内[xstart，xend]的船体表面流线，船体表面流线即为舭龙骨在船体上的安装线；

步骤s4.1：在舭龙骨沿船长方向的布置范围[xstart，xend]内截取若干x位置的横剖线，并标记每一xi位置的横剖线与安装线之间的交点pi；

步骤s4.2：绘制每一xi位置的横剖线的法线li，且每一法线li均经过相应的交点pi；

步骤s4.3：标记若干法线pi与最大横剖面限界框的交点piend，将交点pi与交点piend间的距离即为相应的xi位置处的舭龙骨的外形最大允许宽度bbkimax；

步骤s5：在xoy平面内的舭龙骨沿船长方向布置范围[xstart，xend]内，以若干xi位置为横坐标、以相应的xi位置处的舭龙骨的外形最大允许宽度bbkimax为纵坐标绘制若干点ei，用样条曲线连接若干点ei即为舭龙骨沿船长方向的布置范围[xstart，xend]内的舭龙骨的外形最大允许宽度的限界线c1；

步骤s6.1：根据舭龙骨结构强度设计要求、结构加工便利性、结构尺寸对阻力性能的影响，在舭龙骨沿船长方向的布置范围[xstart，xend]内确定舭龙骨的结构最大宽度bbkstruc；

步骤s6.2：在xoy平面内的舭龙骨沿船长方向布置范围[xstart，xend]内，以舭龙骨的结构最大宽度bbkstruc为纵坐标绘制水平线，得到舭龙骨的结构最大宽度的限界线c2；

步骤s7.1：选取限界线c1、限界线c2中在纵坐标轴船宽方向上宽度更小的部分进行拼接；具体地，即对应每一个舭龙骨沿船长方向的布置范围[xstart，xend]横坐标范围内的横坐标xi，选取限界线c1和限界线c2上点的纵坐标yc1和yc2中的min(yc1,yc2)；

步骤s7.2：在舭龙骨沿船长方向的布置范围[xstart，xend]内，确定合适的舭龙骨的首端部分和舭龙骨的尾端部分的舭龙骨长度范围，在舭龙骨长度范围内设计舭龙骨宽度渐变线，将舭龙骨的宽度渐减至零，即得到舭龙骨的宽度限界线c3；

步骤s7.3：在舭龙骨的宽度限界线c3内设计减摇舭龙骨的外形轮廓；

步骤s8：设计减摇舭龙骨的结构。

上述的减摇舭龙骨的设计方法，其中，在步骤s2.2中，当最大横剖面的底部无舭部升高时，在横剖线图上用船底基线和船宽限界线相交形成最大横剖面限界框的框角；

当最大横剖面的底部有舭部升高时，在横剖线图上用舭部升高线和船宽限界线相交形成最大横剖面限界框的框角。

上述的减摇舭龙骨的设计方法，其中，在步骤s3中，在拖曳水池开展对应吃水和航速工况的船模流线试验，或通过计算流体力学软件计算设计对应吃水和航速工况的船体表面流线分布，根据船模流线试验的试验结果或根据计算流体力学软件的计算结果，确定船体表面流线。

上述的减摇舭龙骨的设计方法，其中，在步骤s7.3中，在舭龙骨的宽度限界线c3的限制范围内，可根据不同需求设计面积尽可能大的减摇舭龙骨的外形轮廓。

上述的减摇舭龙骨的设计方法，其中，在步骤s8中，针对舭龙骨的宽度较小的部分，如满足结构强度要求，则采用平板形式。

上述的减摇舭龙骨的设计方法，其中，在步骤s8中，针对舭龙骨的宽度较大的部分，设计尽可能小的加强型结构以满足结构强度要求；

上述的减摇舭龙骨的设计方法，其中，在步骤s8中，针对舭龙骨的宽度由小变大或由大变小的过度区域，对加强型结构的尺寸进行渐变调整，使舭龙骨上表面和下表面的曲面光顺过渡，以降低曲面形状变化对阻力性能的影响。

第二实施例：

图1是本发明的减摇舭龙骨的设计方法的舭龙骨沿船长布置范围内的船体分站横剖线图，图2是本发明的减摇舭龙骨的设计方法的最大横剖面处舭龙骨的外形最大允许宽度的示意图，图3是本发明的减摇舭龙骨的设计方法的舭龙骨在船体上的安装线的侧投影图，图4是本发明的减摇舭龙骨的设计方法的某分站横剖线处舭龙骨的外形最大允许宽度的示意图，图5是本发明的减摇舭龙骨的设计方法的舭龙骨外形最大允许宽度限界线和舭龙骨结构最大宽度限界线的示意图，图6是本发明的减摇舭龙骨的设计方法的最终的舭龙骨宽度限界线的示意图，图7是应用本发明设计的舭龙骨外形轮廓与按传统方法设计的舭龙骨外形轮廓平面展开对比示意图，图8是本发明的减摇舭龙骨的设计方法的舭龙骨宽度较小区域的平板形舭龙骨的示意图，图9是本发明的减摇舭龙骨的设计方法的舭龙骨宽度较大区域的一种加强型舭龙骨结构的示意图，图10是本发明的减摇舭龙骨的设计方法的舭龙骨宽度较大区域的另一种加强型舭龙骨结构的示意图。请参见图1至图10所示，示出了第二种较佳实施例的减摇舭龙骨的设计方法，第二实施例的船舶的垂线间长lpp＝100m，船长等分为20站，尾垂线处为0站，首垂线处为第20站，最大横剖面位于船舯第10站处，满载时方形系数cb＝0.6。

第二种较佳实施例的减摇舭龙骨的设计方法包括：

步骤a1：按照设计经验，将该船舭龙骨长度确定为0.4倍船长，舭龙骨沿船长方向的具体布置为从船首第14站至船尾第6站。请参见图1所示，示出了各站处的横剖线，其中标记了舭龙骨首端点所在位置(船首第14站)处的横剖线1，舭龙骨尾端点所在位置(船尾第6站)处的横剖线2，以及最大横剖面所在位置(船舯第10站)处的横剖线3；

步骤a2：请参见图2所示，示出了最大横剖面的横剖线图，在横剖面图上标记重心高度位置点4，由舭部升高线5和船宽限界线6相交组成最大横剖面限界框的框角，绘制由框角的顶点指向重心高度位置点4的直线，直线与横剖线3的交点即为最大横剖面处舭龙骨的安装点，直线在最大横剖面的横剖线3、舭部升高线5和船宽限界线6等相交围成的框角区域内的直线段7的长度，即为最大横剖面处舭龙骨的外形最大允许宽度，约0.55m；

步骤a3：对第二实施例的船舶，在拖曳水池开展对应实船设计吃水和设计航速的船模流线试验，或者应用计算流体力学(cfd)软件计算对应吃水和航速工况的船体表面流线分布，并根据船模试验结果或者cfd计算结果，确定一条位于舭龙骨长度分布范围内(从船首第14站至船尾第6站)、经过最大横剖面处舭龙骨安装点的船体表面流线，作为舭龙骨在船体上的安装线8，请参见图3所示，示出了安装线8的侧投影图；

步骤a4，在位于舭龙骨长度分布范围内(从船首第14站至船尾第6站)的各站的横剖线图上，确定安装线8与各站的横剖线9的交点；在每一站的横剖线图上，经安装线8与各站的横剖线9的交点绘制该横剖线9的法线，法线在该横剖线9与舭部升高线5和船宽限界线6相交围成的框角区域内的直线段10的长度，即为舭龙骨在该站处的外形最大允许宽度。请参见图4所示，示出了船首第13站的横剖线图，标出该站的横剖线9和直线段10，以及通过直线段10确定的船首第13站处的舭龙骨的外形最大允许宽度；

步骤a5：在xoy平面内从船首第6站至船尾第14站的x坐标范围内，在对应每一站的x坐标处，以该站处舭龙骨的外形最大允许宽度的值为y坐标，绘制外形最大允许宽度限界线11，请参见图5所示，示出了外形最大允许宽度限界线11；

步骤a6，综合考虑舭龙骨结构强度设计要求、结构加工便利性、结构尺寸对阻力性能的影响等因素，确定舭龙骨在从船首第6站至船尾第14站的长度范围内的结构最大宽度为1.2m，绘制结构最大宽度限界线12，请参见图5所示，示出了结构最大宽度限界线12。

步骤a7：舭龙骨宽度应同时满足图5中外形最大允许宽度限界线11和结构最大宽度限界线12的限制，因而在图5中沿长度方向分别取外形最大允许宽度限界线11和结构最大宽度限界线12两条限界线中宽度更小的部分进行拼接，并在此基础上，设计舭龙骨首端的宽度渐变线和尾端的宽度渐变线，得到如图6中所示最终的舭龙骨宽度限界线13。

根据舭龙骨宽度限界线13，可设计出满足不同要求的外形轮廓最大的减摇舭龙骨。

请参见图7所示，示出了应用本发明的设计方法设计的舭龙骨外形平面展开轮廓14与按传统方法设计的舭龙骨外形平面展开轮廓15(除舭龙骨首、尾端宽度渐变部分，其余大部分长度范围内的宽度与最大横剖面处的舭龙骨宽度相等)，对比可知，舭龙骨外形平面展开轮廓14的展开面积明显大于舭龙骨外形平面展开轮廓15的展开面积。

步骤a8：按照确定的舭龙骨的外形轮廓，开展舭龙骨结构设计。对于船中第10站附近宽度不大于0.6m的舭龙骨，直接采用如图8所示的平板结构16；对于船首第12站至第13站附近和船尾第7站至第8站附近，宽度为0.6m～1.2m的舭龙骨，则可采用类似于图9所示的“y”型结构17或者图10所示的"a"型结构18，其具体构件尺寸应随舭龙骨宽度变化而进行相应调整，以使舭龙骨上、下表面的曲面都能光顺过渡，减小对阻力的影响；同理，在舭龙骨首、尾端宽度渐减至零的区域也需对构件尺寸作类似的处理。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。