110m近海大件甲板运输船方案设计开题报告

1、目的及意义（含国内外的研究现状分析）

1.1目的：

本毕业设计对象-甲板运输船。

甲板运输船是在甲板面上装载货物的一类运输船舶，甲板面即为货物装载区。甲板运输船主要用于运输不可分解的、大件尺寸的整体货物，包括海工模块、大型发电设备、化工和炼油设备、重大基建设备、卫星和军事装备以及拖船、驳船等，属于高附加值的特种船舶。其具有载货甲板面积大、货物涵盖范围广、整体货物运输和装卸便捷等优点。

随着世界经济的不断发展，工业设备呈大型化、重型化趋势。大件货物主要指超重和超限的大型机械设备，如发电厂的变压器、化工厂的反应器和海洋石油平台维修件等。大件货物增多，相应的运输要求越来越苛刻，在部分大件货物的质量和体积不满足常规道路、桥梁和涵洞等设施的限载或通行标准的情况下，这些货物的运输就不得不借助海运。对于重达千吨、尺度上百米的大件货物而言，确保将其安全、迅速地运抵目的地，不仅对整个世界经济的发展具有重大推动作用，而且对确保大型工程项目和基础设施建设正常开展具有重大意义。

我们要设计的是船舶的主尺度方案和结构内部构造，通过这次设计，我们可以清楚近海大件甲板运输船的船型特征，经过母型船资料的学习与创新改造，能够独立对船舶的结构构件进行设计和强度校核。而对甲板运输船整个方案结构的设计也让我们对之前所学过的专业基础课有了一个更深刻的理解，并能同时整合运用，如静力学中稳性的校核、推进学中螺旋桨的布置，而通过自主布置绘图我们能更加熟悉AutoCAD的使用。同时对于我们应届毕业生来说，此次设计能让我们熟悉船舶设计手册和规范，为我们今后的学习和工作打下良好的基础。

1.2 国内外研究现状分析：

通过文献查阅，国内关于甲板运输船的设计研究主要有：

夏讨饭、曹凯、张志强【1】针对装载重大件整体货物对船舶设计的特殊要求，以最新交付的某甲板运输船为例，并结合该船型的技术特点，从特殊主尺度、型线设计优化、船舶稳性和总体布置、压载系统和推进系统等方面的关键技术进行分析和总结，对主要技术难点提出具体的解决途径，并归纳、总结其与常规船型的差异提出相应的设计建议。

吴俊涛^【2】依据中国船级社《钢质内河船舶建造规范》的相关规定，对甲板结构及跳板结构的设计方法进行了探讨。以某内河68.8m甲板运输船为例，分析了甲板运输船的船体结构特点，指出甲板结构及跳板结构是该船结构设计的重点内容。对比分析了采用“规范设计法”和“直接计算法”在跳板结构设计中的利弊，该研究可为内河甲板运输船的设计提供指导和参考。

陈艳春、沈平^【3】以118m箱型甲板运输船为研究对象，参照CCS(中国船级社)规范对该甲板运输船货舱段的构件进行横向强度评估。

董恩春^【4】结合普通甲板货船及大型滚装船的特点和船东的特设要求，对全平甲板大件货物运输船进行开发设计。针对全平甲板货船的设计难点和重点，提出开发过程中相关问题的解决方案。

杨跃富、王靖、金义会、刘益清^【5】采用整船有限元直接计算方法对3艘船舶进行结构强度分析，经过建模、加载、计算，更准确地校核自航甲板驳船的结构强度。

在国外的研究中，Apostolos Papanikolaou^【12】在《Holistic ship designoptimization》一文简要介绍了船舶设计优化的整体方法，定义了通用的船舶设计优化问题，并通过使用先进的优化技术对计算机进行了优化设计的计算机辅助生成，探索和选择，展示了其解决方案。它基于一些具有多个目标的典型船舶设计优化问题，讨论了提出的方法，从而导致改进的设计和部分创新的设计，从而提高了货物的承载能力，安全性和生存能力，减少了所需的动力并改善了环境保护。所提出的方法在用于生命周期优化问题的综合舰船系统中的应用在未来几年仍然是一个具有挑战性但简单的任务。

2、基本内容和技术方案

2.1 任务书分析

本设计船为钢质、有连续单甲板、首驾驶、球鼻首、双底、单桨单舵、柴油机驱动的110m大件运输货船，甲板载货长度不小于90m，甲板载荷约为15t/m²。航区为近海航区，设计航速不小于11.8节。本船主要装载大件，兼装工程辅料和块状石料。

甲板运输船由于其特殊性，在设计过程中要特别注意：载运货物的重心高度在甲板以上，为降低船舶整体的重心高度，在保证稳性和压载舱容积满足要求的前提下，应选择较小的型深，甲板运输船船宽大、吃水深，船舶的长宽比通常很小（约为4），而宽深比和宽度吃水比则通常较大（约为常规船型的2倍）。

2.2基本内容：

（1）进行毕业设计调查，完成开题报告；

（2）根据设计任务书，通过论证、分析，确定主要要素，完成主尺度初定报告；

（3）型线设计，计算静水力，绘制静水力曲线图及邦戎曲线图；

（4）参照母型船和法规规范进行总布置设计、完成舱容要素计算、纵倾调整，

绘制总布置草图；

（5）估算主机功率，查阅主机选型手册，选定主机型号；

（6）确定船舱的主要要素，完成螺旋桨计算书及预报航速；

（7）按照法规要求，参照校核各个状态的稳性、浮态计算、风压计算及稳性衡准，完成稳性估算书；

（8）完成舾装数的计算，根据规范要求及实际需要配置锚、系泊、舵、装卸、救生及航行信号等设备，确定舵的尺度要素；

（9）统筹平衡各方面性能，调整型线设计及总布置设计，统筹性能，选取适宜的设计方案；

（10）编写设计报告书，字数不少于1万字，涉及参考文献不少于15篇，其中外文文献不少于3 篇；

（11）设计图纸，折合不少于5张2# 图纸设绘工作量，其中型线图必须手工绘制；

（12）阅读相关外文文献，翻译与设计任务有关英文文献，字符达 2～3 万。

2.3设计中的主要矛盾：

2.3.1主尺度和线型设计之间的矛盾

甲板运输船由于载运单件货物的重心高度在甲板以上，因此需要有足够大的船宽和水线面面积来提供充足的复原力矩以满足稳性要求；同时，为降低船舶整体的重心高度，在保证稳性和压载舱容积满足要求的前提下，应选择较小的型深，并且较小的型深也可使船舶能够适应更多的现有码头设施，实现载货甲板与码头基本平齐的装卸载要求。

甲板运输船船宽大、吃水深，船舶的长宽比通常很小（约为4），而宽深比和宽度吃水比则通常较大（约为常规船型的2倍）。因此，甲板运输船特殊的主尺度比给线型的设计优化带来巨大挑战。

2.3.2特殊线型和水动力性能之间的矛盾

线型设计对船舶的主要影响包括快速性能和操作性能。对于甲板运输船，需要重点考虑其船长短、船宽大、型深小的船型主尺度特点。因此，通常首部采用进水角小的线型并设置球鼻首，避免波浪对船首的抨击影响；尾部采用平坦的方

型设计，便于提供宽敞的载货甲板。另外，由于甲板运输船长宽比很小，故具有较好的回转性能，但其船宽较大，因此船舶航向的稳定性较差。针对如此特殊的主尺度比，甲板运输船通常会在尾部设置呆木。

2.3.3主机功率和航速之间的矛盾

根据海军系数法可知，功率与航速的三次方成正比，航速要求越高，所需主机功率就越大。然而，随着主机功率的提高，主机设备的重量也会随之增加，船舶重量的增加，使得湿表面积S增加，根据泰洛法阻力公式可得船舶总阻力增加，进而影响到主机的推进效率。所以应该尽可能选择重量、尺寸小的主机，做出合理的布置来减小这一方面矛盾带来的影响。

2.4技术方案：

充分查阅大量相关文献资料，运用所学知识，按照规范要求，竭尽所能，在设计船的尺度、型线、布置、结构、适航性能等方面统筹设计，争取在稳性、快速性和经济性等诸方面取得平衡，从而设计出综合性能较优的设计船。

（1）熟读运输船的相关法规及规范，加深对甲板运输船的了解；

（2）使用武汉理工大学图书馆、台州科技创新公共服务平台，充分查阅运输船的相关资料，全面认识该船型的设计过程；

（3）搜集与设计题目相近的型船，整理其设计要素，开展相关参数的分析；

（4）充分利用台州设计院提供给我们现有的资料，采用母型船法、经验公式、数据回归、内插法或自行分析的方法，初步确定本设计船的主要设计要素；

（5）运用《国内航行海船法定技术检验规则》(2018)和《国内航行海船入级规则》（2011）对第一次近似值进行主要性能校核，协调尺度要素，估算出第二次要素近似值；

（6）利用尺度要素在CAD上改造的母型型线，并导出型值数据，利用型值表手绘型线图；

（7）利用校核好的设计船数据，参照母型船总布置图，结合《国内航行海船法定技术检验规则》(2018)和《国内航行海船入级规则》（2011），使用CAD绘制总布置草图；

（8）利用Excel或相关的船舶软件进一步核算设计船的重量重心、浮性、稳性、快速性等性能，调整尺度要素；

（9）通过校核出的设计船各性能，调整舱室及各设备装置的布置位置，修改总布置图；

（10）统筹性能，经济等各方面因素，选取适宜的设计方案。

3、进度安排