船舶型線信息化設計方法研究

左睿

【摘 要】針對傳統(tǒng)船舶型線設計方法中存在的問題，如型值不夠準確，型線不夠光順等，提出利用計算機數(shù)學型線設計法對母型船進行改造。本文采用的是數(shù)學線型設計法中的縱向函數(shù)法，選定用多項式表達橫剖線方程后，選擇適當?shù)目v向函數(shù)，進行編程，與影響函數(shù)一起制成表格，從而得到半寬值，繪制出型線圖。

【關鍵詞】數(shù)學型線；縱向函數(shù)法；型線圖

【中圖分類號】U662【文獻標識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）02-0068-01

以往船舶設計人員在用手工方法設計型線及繪制型線圖時，為了達到預定的主尺度和船型系數(shù)，并保證船體曲面的三向光順性和投影的準確性，往往需要反復校核修改，工作量大，設計周期長。近年來，由于現(xiàn)代化造船技術的發(fā)展，要求能迅速地產(chǎn)生光順而又準確的船體型線，以便后續(xù)工作的開展。因此，十分迫切地需要研究用電子計算機代替手工設計的繁瑣工作。

上世紀50年代后期國際上開始應用電子計算機來進行型線光順，即數(shù)學放樣的研究工作，目前已在我國各大船廠中廣泛應用。以后，又開展了利用電子計算機直接生成型線的研究工作，取得了許多研究成果。利用電子計算機直接生成型線后，能充分保證型線圖上的三個部分（橫剖線圖、水線半寬圖和側視圖或縱剖型線圖）的一致性；也可以直接插值生成肋骨型值表乃至肋骨型線圖，既免除了手工插值的繁瑣，又提高了計算精度。通過計算機輔助船型設計可以很快得出型線圖，不僅縮短了設計周期，而且便于設計人員交互設計、反復修改，便于各個專業(yè)之間的船型數(shù)據(jù)、船體圖形的共享和交流。

計算機輔助型線設計的基礎是傳統(tǒng)的型線生成方法，而船體型線用數(shù)學方程表達是計算機輔助型線設計的必要條件。船體型線用數(shù)學方程表達以后，船舶的設計和建造工作將從落后的手工設計和手工生產(chǎn)狀態(tài)進入解析和自動化的時代，使現(xiàn)代化、高效率的生產(chǎn)設備在造船工業(yè)中更加廣泛有效地得到應用。船舶從設計到建造的整個過程將開辟新的途徑，在船舶性能計算、結構設計、總布置設計、機電設備計算、機艙總布置設計等方面，都提出了新的要求和任務，許多經(jīng)典的方法將需重新探討和改造。

數(shù)學型線設計，就是根據(jù)設計者已選定的船舶主尺度和船型系數(shù)，用數(shù)學方法構成光順的船體曲面。數(shù)學型線設計的研究，很早被人們所重視，遠在18世紀，有些造船工作者，就試圖用簡單的分析函數(shù)表達船體型線，但由于當時計算技術還不夠發(fā)達，沒有達到預期的效果。泰勒用五階多項式表達了前后體橫剖面面積曲線和水線，用四階多項式和雙曲線分別表達銷售和較豐滿的橫剖線。雖然用上述式子表達的船型與一些實用的船型不完全符合，但采用數(shù)學船型以后，可改變其中一個參數(shù)，保持其他的參數(shù)不變，尋求線型系列變化，從而能方便研究各參數(shù)對阻力的影響。

隨著造船技術的發(fā)展，電子計算機的廣泛使用，數(shù)學型線研究有了新的發(fā)展。70年代以來世界一些先進造船國家相繼出現(xiàn)了船舶設計與建造集成系統(tǒng)，其中有：西班牙“福蘭”（FORAN）系統(tǒng)，瑞典“維金”（VIKING）系統(tǒng)，挪威“奧托控”（AUTOKON）系統(tǒng)。我國的船體建造集成系統(tǒng)HCS也已進入使用階段。這些造船集成系統(tǒng)的共同特點之一，就是不同程度地用數(shù)學方法定義了船體曲面，使造船設計與建造實現(xiàn)由計算機控制，如把表征船體曲面幾何形狀的肋骨型值儲存于數(shù)據(jù)庫中，建造加工時從數(shù)據(jù)庫加以調用。與數(shù)控設備配合起來，使船體建造達到大型化、自動化、高速化。這些系統(tǒng)的出現(xiàn)使造船工業(yè)發(fā)生了深刻的變化，收到了良好的經(jīng)濟效果，被譽為造船工業(yè)的第三次革命。

目前用數(shù)學方法描述船體曲面，由于要求和角度不同，歸納起來大致有四種途徑：

（1）對手工設計的小比例線型，用數(shù)學方程做原始型值點的光順逼近，通常稱為“數(shù)學放樣”。

（2）按照興波理論流體動力的要求，由數(shù)學方法定義最小阻力船型。但目前按此種方法所得船體線型與通常實用船型相差較遠，在船舶設計中還難以采用。

（3）改造母型船線型，達到滿足設計船性能與使用要求的新線型。常稱“母型船改造法”。

（4）按已定主尺度和船型系數(shù)用數(shù)學方法構成光順船體曲面，常稱