摘 要

本文依据给定的设计任务书和实际情况，设计了一艘行驶于中国沿海地区的沿海高速执法艇，设计船可用作沿海执法、紧急救援和海上指挥等。本船满载试航速度30节，自持力为10小时。设计船的主尺度数据如下：总长36m，垂线间长32m，水线长32.8m，型深2.4m，型宽5.2m，水线宽5.14m，吃水1.4m，方形系数0.412。船员8人，乘员25人，共计33人。

本次设计首先对设计任务书进行分析，结合船舶性能要求初步确定船舶布置情况，接着利用CAD软件绘制总布置草图并完成主尺度确定继而找到最佳方案，然后利用Maxsurf软得到设计船模型、stability模块进行静水力计算等。静水力计算完成后开始完善总布置草图，然后采用B型螺旋桨图谱进行螺旋桨设计，最后根据规范中的要求进行完整稳性计算和校核以及吨位丈量及最小干舷计算。

本设计船为沿海高速执法艇，设计中既要考虑布置地位型船特点，即以船舶总布置作为主要考虑因素，又要结合实际情况和船舶性能要求，即考虑快速性和稳性等性能，体现出沿海执法船舶的英武形象。

关键词：执法艇；布置地位；快速性；稳性

Abstract

Based on the given design task book and the actual situation, this paper designs a coastal high-speed law enforcement boat travelling in the coastal areas of China, which can be used as coastal law enforcement, emergency rescue and Maritime command. The ship is full of 30 knots of test speed and has a self-sustaining force of 10 hours. The main scale data of the design ship are as follows: Total length 36m, length 32m between vertical lines, waterline length 32.8m, type deep 2.4m, type width 5.2m, waterline width 5.14m, draught 1.4m, square coefficient 0.412. Crew 8, crew 25, total 33 persons.

This design first carries on the analysis to the design task book, combines the ship performance request to determine the ship layout preliminary, then uses the CAD software to draw the general layout sketch and completes the main scale determination and then finds the best scheme, then uses the Maxsurf soft to obtain the design ship model, the Stability module carries on the static hydraulic calculation and so on. After the static hydraulic calculation is completed, the general layout sketch is perfected, then the propeller design is carried out by the B-type propeller map, and the complete stability calculation and verification as well as the tonnage measurement and the minimum starboard calculation are carried out according to the requirements in the specification.

This design ship is a coastal high-speed law enforcement boat, the design should not only consider the characteristics of the layout-type ship, that is, the ship#39;s general layout as the main consideration factor, but also combined with the actual situation and ship performance requirements, that is, consider the performance of rapid and stable, reflecting the YINGWU image of coastal law enforcement ships.

Key Words: Law enforcement boat; layout position; rapidity; stability

目录

摘要 I

第1章 绪论 1

第2章 任务书分析 2

2.1 设计目标 2

2.2 设计特点分析 2

2.2.1性能特点 2

2.2.2航区特点 2

2.2.3总布置特点 2

2.3设计中主要矛盾预测 2

第3章 全船说明书 4

3.1 概述 4

3.1.1 航区及功能 4

3.1.2 船型特征 4

3.1.3 船级及规范 4

3.1.4 稳性特点 4

3.2 船舶尺度和性能 5

3.2.1 船舶主尺度及要素 5

3.2.2 甲板间高、舷弧及梁拱 5

3.2.3 主机要素 6

3.2.4 螺旋桨 6

3.2.5 航速及自持力 6

3.2.6 船上人员定额 6

3.3 船舶设备 7

3.3.1 舾装设备 7

3.3.2 消防设备 7

3.3.3 救生设备 7

3.3.4 航行设备 7

3.3.5 空调系统 8

3.3.6 信号设备 8

3.3.7 无线电通讯设备 8

3.3.8 电气设备 8

3.3.9 舱室布置 8

第4章 主尺度确定 10

4.1 设计思想 10

4.2 船舶主尺度的确定 10

4.2.1 母型船的主要要素 10

4.2.2 设计船主尺度的确定 11

4.3 性能校核 13

4.3.1 浮性 13

4.3.2 重心位置估算 16

4.3.3初稳性校核 17

4.3.4横摇周期估算 17

4.3.5快速性校核 18

4.3.6估算功率传递及推进效率 19

4.3.7估算伴流分数 19

4.3.8估算推力减额 20

4.3.9估算船身效率 20

4.3.10估算相对螺旋桨效率 20

4.3.11估算推进效率及推进功率 20

4.4小结 21

4.5方案比选 22

第5章 型线设计及静水力计算 25

5.1 设计思想概述 25

5.2 型线设计的主要要素 25

5.3型线设计内容 25

5.3.1横剖面面积曲线分析 25

5.3.2棱形系数和中剖面系数的选取 25

5.3.3浮心纵向位置的选取 26

5.3.4船首形状 27

5.3.5尾部形状 27

5.4 型线设计 27

5.4.1 Maxsurf建模 27

5.4.2型线图的绘制 31

5..5 静水力曲线图表 31

第6章 总布置设计 35

6.1 总布置设计概述 35

6.2 总布置规划 35

6.2.1 内容概述 35

6.2.2 肋距 35

6.2.3 舱壁 36

6.2.4 主甲板以下舱室划分布置 36

6.2.5 主甲板上舱室划分布置 36

6.2.6 驾驶甲板舱室划分布置 37

6.2.7 罗经甲板 37

6.2.8 交通路线布置 37

6.3 舾装设备 38

6.3.1 锚泊及系泊设备 38

6.3.2 消防设备 39

6.3.3 救生设备 39

6.3.4 航行设备 39

6.3.5 空调系统 40

6.3.6 信号设备 40

6.3.7 无线电通讯设备 40

6.3.8 电气设备 40

6.3.9 舱室设备 40

第7章 螺旋桨设计 42

7.1 概述 42

7.2 螺旋桨准备阶段 42

7.2.1 螺旋桨的数目 42

7.2.2螺旋桨的叶数及形式选择 42

7.2.3 螺旋桨直径选择 42

7.3 螺旋桨初步设计 43

7.3.1 推进系数及推进效率成分 43

7.3.2 有效功率计算 44

7.3.3 螺旋桨初步设计计算 44

7.4 螺旋桨终结设计 46

7.4.1 终结设计 46

7.5空泡校核 49

第8章 完整稳性计算 52

8.1 校核内容 52

8.2 各载况下船舶的重量重心位置计算 52

8.2.1 满载出港重量重心计算 52

8.2.2 满载到港重量重心计算 52

8.2.3 压载出港重量重心计算 53

8.2.4 压载到港重量重心计算 53

8.3 初稳性计算 54

8.3.1 初稳性计算 54

8.3.2 自由液面修正 55

8.4 横摇周期及横摇角计算 56

8.5 静动稳性及动稳性计算 58

8.6 稳性横准 62

8.6.1 各载况下受风面积和面积形心计算 62

8.6.2 稳性横准计算 63

8.7 全速回转时的稳性校核 64

8.8 乘客集中于一舷时的稳性校核 65

第9章 吨位丈量和干舷计算 66

9.1 总吨位计算 66

9.1.1上甲板边线以下围蔽处所的容积计算 66

9.1.2上甲板以上围蔽处所容积计算 68

9.2 净吨位计算 68

9.3 干舷校核 69

9.3.1基本干舷计算 69

9.3.2方形系数对干舷的修正 69

9.3.3有效上层建筑和凸形甲板对干舷的修正 69

9.3.4非标准舷弧对干舷的修正 69

9.3.5夏季干舷 70

9.3.6干舷衡准 70

第10章 结论 71

参考文献 72

致谢 73

第1章 绪论

中国是一个拥有一万八千多公里海岸线的国家，又是一个发展中的社会主义国家，海域周围又有着许许多多发展较为落后的小国。新中国成立后，海事监管部门早期的船艇资源非常匮乏，长期处于船舶数量少、吨位小、船龄大、航速慢、抗风能力弱的状况，沿海地区无法得到有效的监管，从而导致中国沿海走私、贩毒和偷渡盛行。犯罪分子利用中国薄弱的海岸防御屡次入侵我国，进行犯罪、破坏以及间谍行动，对我国国家安全造成了巨大威胁。尤其是中国与周边邻国存在岛屿之争，海警执法船舶航速较慢、力量较弱，往往导致沿海渔民的生命和财产安全无法及时得到应有的保障。

为了应对外来侵略和威胁，我国必须要独立自主的建立和发展以沿海高速执法艇为首的海警装备。1978年改革开放后，我国便大力发展沿海警备力量，自行研究设计和建造了几种不同类型的高速执法艇，为我国海军快艇装备发展，奠定了一定技术基础。20 世纪 80 年代后期，交通部投资开发建造了一批沿海高速执法艇，沿海安全进一步得到了基本保障。从 2005 年开始，交通部再一次组织着手研究制定《海事船舶配备管理规定(试行)》并于 2007 年发布实施，随着相关法律的实施，我国以沿海高速执法艇为代表的沿海装备进一步得到完善，从而大大促进了我国海事船舶的发展。沿海高速执法艇在维护我国沿海地区安全上，作出了巨大贡献。

针对沿海安全维护，沿海高速执法艇对比于其他海警船舶具有巨大的优势。在经济层面，沿海高速执法艇的造价和维护价格低廉，适合大批量快速生产。在运行层面，它操作简单，航速快，十分合适应对沿海巡逻中出现的各类紧急状况。在船型方面，它体型较小，吃水较浅，可以在各种复杂海况中航行。在武器装备层面，它安装有轻型武器，足以应对沿海犯罪问题。本次设计的沿海高速执法艇配备轻型武器和医疗室，可承担沿海执法，打击水上违法犯罪活动，承担海上指挥救援等任务，发展沿海高速执法艇非常具有现实意义。故本次设计实际而可行。

第2章 任务书分析

2.1 设计目标

本船作为中国沿海地区高速执法艇。主要用于沿海地区治安执法，紧急救援和海上指挥等任务。船上设计一间武器室安置轻型武器，一间医疗室用于医疗救治，先进的导航和通讯系统用于指挥。

本船入中国船级社（CCS）船级。本船满载试航航速应该不小于30kn，自持力为10h。

本船额定人员编制为33人，其中船员8人，乘员25人。

2.2 设计特点分析

2.2.1性能特点

本船作为航行于沿海地区的沿海高速执法艇，主要用于沿海地区治安执法，紧急救援和海上指挥等任务。本船满载试航速度为30节，目的是为了保证出现事故后第一时间赶到现场以及在执法过程中追捕其他船舶。本船续航力为10小时，一方面能够保证执法范围足够大，另一方面为了保证能够长时间追击犯罪分子直至将他们绳之以法，维护国家尊严。

在布置方面，需要单独设置武器室以安置部分轻型武器，需要设置一间紧急救助室对各类受伤人员进行救助。此外，船舶还需要配备先进的电子通讯装备，以便高效精准地传达作业指示，保证任务成功完成。

2.2.2航区特点

本船行驶于沿海航区，相对于内河航区，沿海航区气候恶劣，风浪较大，风浪受气候影响也较大。本船作为沿海高速执法艇，故而在满足布置要求的前提下，尽量提高船舶的稳性、快速性和操纵性，同时也要具有较好的抗冲击的能力。

2.2.3总布置特点

本船作为为沿海高速巡逻艇，在布置方面，既需要一间武器室安置轻型武器，又需要一间医疗室用于医疗救治。此外，船舶还需要配备先进的导航和通讯系统用于指挥，以便高效精准地传达作业指示，保证任务成功完成。整个船舶主体庄严肃穆、整洁大方，通道设置便捷高效，能够凸显中国执法部分的英武形象。

2.3设计中主要矛盾预测

为了应对沿海执法中的紧急情况，本船舶设定为高速船。对于高速船，兴波阻力对航速的影响较大，故而在设计的过程中应该尽量减小兴波阻力。所以在船型设计中船舶尽量瘦长，减小兴波阻力，提高快速性。但船长过长，船舶造价变高，故而要综合考虑。

本船航区为沿海地区，海况复杂。犯罪分子习惯利用恶劣天气进行海上犯罪活动，以减小抓捕概率。为了保证舒适性，在设计中船舶应该提高耐波性。但为使设计船有相对较好的阻力性能，艇体线型采用圆舭型较多，但是圆舭型艇的耐波性较差。然而考虑到30节的航速，因此选择圆舭型艇，在设计时尽量提高耐波性。

在设计过程中由于主机功率的限制或由于使用替代材料过多，航速无法达到预定要求。可以通过提高螺旋桨的盘面比、提高齿轮箱的传送效率等方法来提高航速。

第3章 全船说明书

3.1 概述

3.1.1 航区及功能

主要用于沿海地区治安执法，紧急救援和海上指挥等任务

3.1.2 船型特征

、钢质全电焊结构，，采用双机、双桨。

3.1.3 船级及规范

本船入CCS船级，在设计过程中按照中华人民共和国海事局(CMSA)和中国船级社(CCS)的现行规范进行设计，设计参考规范主要包括：

3.1.4 稳性特点

本船稳性需要符合中华人民共和国海事局的规定：

即

3.2 船舶尺度和性能

3.2.1 船舶主尺度及要素