摘 要

本文通过调研报告、任务书分析以及对荷兰代尔夫特理工大学开发的DELFTSHIP软件的使用，研究了西式帆艇总体设计外形设计、主尺度确定、船舶建模、静水力计算、总布置设计、稳性校核等的方法。

本文结构安排如下：

第一章介绍了本设计的目的及意义，简述了设计的基本内容，说明了帆艇的当前市场情况和对未来的展望。

第二章初步确定了主尺度，并结合航区等因素，分析了本船的大致航性路线及航速的初步估算。

第三章介绍了进行型线设计。本章首先学习了DELFTSHIP软件，熟练掌握软件后，进行了船舶建模，并利用软件输出了型线图。在输出图基础上进行了修改和标注。

第四章同样利用DELFTSHIP和stab输出了静水力曲线，进行了静水力计算。

第五章设计了风帆和索具，通过大量收集中国传统三大帆船的资料，总结了中式帆装的特点，确定了设计思路，最后完成了帆装索具的设计。

第六章在完成帆装索具设计的基础上，进行了航速校核。确定了不同风角时的操帆规则，分析了不同风角时船舶满帆和半帆的航行性能。

第七章完成了详细的总布置设计。确定了舱室划分、布置及配置的原则，确定了肋骨间距、水密舱壁、双层底的布置。对帆艇的各种设备进行了选取。画出了总布置图，修改了部分细节设计。

第八章进行了稳性计算。行了不同载况下的重量重心计算，应用ctjs软件进行了舱容的校核，并计算了初稳性、横摇周期、横摇角的计算

第九章计算了基本干舷并对其进行了各项修正，并校核了夏季最小干舷。

关键词：西式帆艇；DELFTSHIP；船的总体设计；

Abstract

In this page,mission statement analysis and the use of DELFTSHIP software developed by Delft University of Technology in the Netherlands, this study studied the overall design of exterior designs of Chinese sail boats, the determination of main dimensions, ship modeling, hydrostatic calculations, and general layout design. Stability check methods.

This is the structural of this paper:

The first chapter introduces the purpose and significance of the design, outlines the basic content of the design, and explains the current market conditions and prospects for the future.

The second chapter preliminarily determines the main scale, and combines the factors such as navigation area, analyzes the approximate route of the ship and the preliminary estimation of the speed.

The third chapter introduced the design of the line. This chapter first learned the DELFT SHIP software. After mastering the software, the ship was modeled and the line drawing was exported using the software. Based on the output map, modifications and annotations were made.

Chapter four also uses DELFTSHIP to output the hydrostatic curve and perform hydrostatic calculation.

The fifth chapter designed sails and rigging. By collecting a large number of Chinese traditional three sailing boats, we summarized the characteristics of the Chinese sails, determined the design ideas, and finally completed the design of the sailing rigging.

In chapter six, based on the design of the rigging equipment, the speed verification was carried out. The sail rules for different wind angles were determined, and the sailing performance of the full sail and half sails of the ship at different wind angles was analyzed.

Chapter 7 completes the detailed layout design. The principle of compartment division, arrangement and configuration was determined, and the arrangement of rib spacing, watertight bulkheads, and double bottom was determined. The various equipment for the sail boat was selected. Draw the general layout and modify some of the details of the design.

Chapter 8 performs stability calculations. The calculation of the weight center of gravity under different loading conditions was carried out. The ctjs software was used to check the cabin capacity and the calculation of the initial stability, rolling period, and roll angle was calculated.

Chapter 9 calculated the basic freeboard and corrected them, and checked the minimum freeboard in summer.

Key Words: DELFTSHIP；overall design ；yachts

目录

第一章绪论 10

1.1 概述 10

1.1.1市场 10

1.2 任务书分析 10

1.2.1 设计对象 10

1.2.2航区及用途 11

1.2.3规范及规则 12

1.3设计要求 12

1.3.1船型 12

1.3.2航速\客位数 13

1.3.3主机、辅机及燃料 13

1.3.4舱室布置及设备 14

1.3.5基本内容和设计流程 14

第二章 主尺度确定 16

2.1主尺度确定 16

2.1.1实船资料 17

2.1.2尺度比 19

2.1.3船长L 20

2.1.4船宽B 21

2.1.5吃水d 21

2.1.6型深D 21

2.1.7方形系数 21

2.2主尺度校核 22

2.2.1浮力校核 22

2.2.2快速性校核 23

2.2.3稳性校核 23

第三章 型线设计 25

3.1 概述 25

3.1.1 简述型线参数 25

3.1.2 DELFTSHIP参与建模和型线设计 25

3.2 横剖面面积曲线 26

3.2.1棱形系数Cp和中剖面系数Cm的选取 26

3.2.2浮心纵向位置Xb的选择 26

3.3 横剖面面积曲线改造 27

3.4特殊的首尾型线 29

3.4.1 船首 29

3.4.2船尾 29

第四章 船舶静水力计算 31

4.1 DELFTSHIP的优点 31

4.2 DELFTSHIP的使用 32

4.2.1 DELFTSHIP用户界面 32

4.2.2 DELFTSHIP使用步骤 32

4.3静水力计算结果 35

4.3.1静水力曲线 37

4.3.2稳性横截曲线 37

4.3.3设计船的主要要素 38

第五章 风帆与索具设计 39

5.1 西式帆艇帆的分类 39

5.1.1百慕大帆 39

5.1.2猫帆 39

5.1.3阿拉伯斜桁帆 40

5.1.4四边形的斜桁帆 41

5.2 帆装的组成 42

5.2.1 桅杆 42

5.2.2 横撑和索具 42

5.2.3 帆 42

5.3 设计船帆设计 43

5.3.1 风帆材质的确定 43

5.3.2 帆面积的确定 43

5.3.3帆的定位 44

5.4 索具的选取 45

5.4.1 索具受力 45

5.4.2桅杆强度设计 48

第六章 风帆游艇航速校核 50

6.1 帆船快速性校核原理和航行海区情况 50

6.2 满帆时两种状态下的航速校核 51

6.2.1 满帆0°风角情况 51

6.2.2 满帆45°风角情况 52

6.3半帆时两种状态下的航速校核 54

6.3.1半帆0°风角情况 54

6.3.2半帆45°风角情况 54

第七章 总布置设计 56

7.1 游艇舱室划分 56

7.1.1 确定肋骨间距 56

7.1.2 水密舱壁的设置 56

7.1.3 双层底 56

7.1.4 舱室划分 56

7.1.5 舱室布置及配备 57

7.1.6 通道的布置 57

7.2船舶设备的布置 57

7.2.1 锚泊及系泊设备 57

7.2.2 救生设备 58

7.2.3 航行信号和通讯设备 58

7.2.4 消防设备 58

第8章舵设计 59

8.1龙骨的定义 59

8.1.1弦展比 59

8.1.2弦展比和后掠角 60

8.1.3龙骨尺寸的确定 62

8.2舵的设计 62

8.2.1 舵的类型和布置 62

8.2.2 舵面积A_R 62

8.2.3 舵高 62

8.1.4 舵的平均弦长 62

8.2.5 展弦比AR 62

8.2.6 舵平衡比e 62

8.2.7舵的尺寸确定 62

第九章稳性计算 63

9.1 西式帆艇的主要特点 63

9.2前期计算 63

9.2.1计算辅助工具 63

9.2.2 浮态调整 63

9.2.3各种载况的浮态、初稳性、横摇周期、横摇角计算 64

9.2.4进水角的计算 66

9.3稳性衡准数K计算 67

9.3.1稳性横截曲线 67

9.3.2 稳性力臂计算 67

9.3.3风压力臂计算 69

9.3.4受风面积及形心计算 70

9.3.5风压计算 71

9.3.6稳性衡准数K计算结果 72

9.3.7稳性总结 73

9.4结论 73

9.5 干舷 73

9.5.1 基本干舷 73

9.5.2 L＜100m的B型船舶干舷修正值f1 73

9.5.3 方形系数对干舷的修正值f2 74

9.5.4 型深对干舷的修正值f3 74

9.5.5 凸形甲板、上层建筑对干舷的修正 74

9.5.6 舷弧对干舷的修正值f5 74

9.5.7 夏季最小干舷 75

参考文献 76

附录A型线图 77

附录B总布置图 77

附录C帆装图 77

附录D静水力图 77

致 谢 78

第一章绪论

1.1 概述

1.1.1市场

我国游艇市场广阔，但仍需要经历一个较长过程，中国登记在册的游艇共有1000多艘，相比于人口规模，非常的微小，即使提出各种因素，但与发达国家游艇/人口比1:171水平相比也是相当的悬殊。中国拥有九万个湖泊 、六千五百个岛屿 、接近2万公里海岸线，具备游艇发展的自然地理条件，其上升空间值得我们期待。按照国际游艇市场发展历史，当人均GDP达到3000美元，游艇经济开始兴起；达到5000美元时，人们开始注重追求生活中的休闲享受，部分消费群体会开始购买游艇；而当人均GDP超过6000美元后，游艇产业随之进入高速发展阶段。

目前中国仅次于日本和香港，是亚洲第三大市场，而且预计在五年内发展为亚洲第一。专家判断，未来10年，中国游艇业的年均增速将超过30％，迎来持续的行业高速发展期。

据CCYIA调查，当前中国有374家玻璃刚船厂，年销售1000万以上的企业30多家。2010年9月28日，太阳鸟游艇股份有限公司正式登陆A股市场，开启了中国游艇企业上市的先河。

我国于20世纪70年代中期开始发展游艇。由于消费水平低，主要发展公用型游艇，如供公园、人工湖及海边用的划艇、机动小艇和游览艇。后为适应旅游区的需要，逐渐建造客位较多的游艇，私艇。通过合资等形式，引进了先进的游艇生产技术，采用国外原材料和设备生产游艇。一些有识之士以超前的意识，率先在国内创办了帆船游艇会和航海俱乐部，投以巨资，建设会所和帆船游艇航海设施，并以企业、公司化的方式进行资本运营，推动了我国帆船游艇产业和航海俱乐部的发展。

1.2 任务书分析

1.2.1 设计对象

30英尺西式帆船游艇设计。

该游艇是西式小型单体帆船游艇，采用主体为玻璃钢。玻璃钢是玻璃纤又北称为维增强塑料，这种新型的造船材料具有质量轻、强度高的特点，多用于小型的船玻和游艇，可以大大提高船舶的性能、减小船的重量、提升船的强度；而且它的外表更加顺滑和光亮，用来造船会更加的美观。

1.2.2航区及用途

沿海航区；个性化设计舱室功能，用于休闲、娱乐。

本船选择海口港作为停泊港口，并航行于海口港沿线。海口位于北纬19°32′～20°05′，东经110°10′～110°41′之间，地处海南岛北部，西临澄迈，东邻文昌，北濒琼州海峡，南毗定安，是海南经济政治文化中心和此地最大的交通枢纽。海南岛东北外海年平均风速7.7m/s，50年一遇极值46m/s；海南岛西南外海年平均风速6.3m/s，50年一遇极值40m/s左右。

图1.1海南风况图

图1.2海南港口图

本船具备休闲、娱乐的功能,同时具有帆船独有的操作性和观赏性。休闲娱乐功能要求各舱室能合理布置，由于船的尺寸很小（30英尺），本船的首要问题是满足各个基本功能舱室的布置，这就要求各个舱室合理划分，还要通过楼梯通道与其他舱室互相配合。帆船由于风帆带来的较大的风倾力矩，稳性大打折扣。这需要在设计时想办法提高船的稳性（如降低重心、增加船宽等）。西式帆船的造型本身具有很强的观赏性，我们还可以通过船表的装潢以及帆上的绘图来进一步提高船的美感。

1.2.3规范及规则

中国船级社ccs有：

A.2012年发布的《帆艇检验指南 2012》之后又有修改。

B.《游艇建造规范2012（中）-印刷稿》

C.《中国船级社希腊公司获得欧盟游艇认证授权》

D.《海船法定检验技术规则》

美国船级社ABS发布了相关规范：

1. 《ABS Guide for Comfort on Yachts》
2. 《ABS Rules for Building and Classing Steel Vessels Under 90 Meter in Length》。

1.3设计要求

1.3.1船型

本船设计、建造为单体帆船游艇，主体为玻璃钢。本船要求为单体船型，首尖尾方；方尾优点在于可以使水流沿纵剖线方向流动，减少能量损失，由于高速的水流会在方尾的后面形成船体的虚长度，因而可以大大减小粘压阻力；尖瘦的首部能大大减小船的兴波阻力，提高船的快速性。

该船设计为挂机型，因为该船要求快速性好，船型瘦削，尾部空间狭窄，设计成尾机型会造成空间的浪费，挂机型，可以更合理地划分艉尖舱、舵机舱。根据船东的需求和空间大小，对面积和空间进行划分，布置各个功能舱室和通道。

参考母型船和其他型船资料，确定该船有一层甲板。主甲板在船尾部分，根据船东对舱室的需求，对面积和空间进行划分，布置各个功能舱室和通道。

图1.2水上部分的外观造型

1.3.2航速\客位数

设计吃水时的巡航速度11 kn；自持力3天 ；船员服务人员2人，乘客4人。

计算该船的Frude数 =0.597（航速取巡航速度，船长取为总长），其中的船长实际应为水线间长，比总长略小，所以Fn会略大，但肯定在0.35到1之间，为高速排水量艇。高速排水量型的艇体重量主要由浮力支承，高速时，部分艇体抬出水面，但动举力不占主导地位，该艇型一般采用高速圆舭型。

乘客6人，包括船主夫妇、普通客人2位；船员及服务人员2人，船上设有1张双人床，1张单人床。住所舱室的划分需要考虑到主人的身份，如主卧室所住的舱室面积应该比较大，位置应该靠近船首或船尾，让他们有更广阔的观望视野。

1.3.3主机、辅机及燃料

其中主机数量：1台；

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