專利名稱：艦船主體外殼雙層模塊化結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種艦船主體外殼雙層模塊化結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，針對具有復(fù)雜曲面外形的艦船主體結(jié)構(gòu)，采用模塊化雙層復(fù)合外殼的設(shè)計來簡化制造工藝并滿足船舶性能要求。屬于海洋工程艦船制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
模塊造船的概念萌芽于二戰(zhàn)期間的美國大量造船年代，而形成于60年代日本造船工業(yè)興旺時期。在國外，模塊化作為現(xiàn)代艦船建造方法已成為一種趨勢。多年來，從艦船總體到主機推進系統(tǒng)、全船控制系統(tǒng)、自動化系統(tǒng)、武器裝備、機電裝置、艦裝設(shè)備紛紛采用了模塊化技術(shù)，尤以居住艙室、機電裝置、自動化系統(tǒng)及武器裝備方面的模塊化發(fā)展更快、效果更佳。眾多工業(yè)國家在模塊化造船應(yīng)用方面都取得了引人注目的成就，并且呈不斷發(fā)展的趨勢，模塊化技術(shù)的研究和應(yīng)用正在導(dǎo)致艦船設(shè)計思想、建造流程、維修管理方法上的重大變革。美國海軍已提出，未來的艦船將使用由標(biāo)準組件組成的共同模塊來設(shè)計和建造。在民船領(lǐng)域，模塊化建造將能充分發(fā)揮標(biāo)準化和通用化的優(yōu)勢，可使技術(shù)復(fù)雜、批量小的船舶建造取得更大的效益，有可能成為未來造船業(yè)發(fā)展的方向。目前模塊化造船主要集中在建造各種功能模塊并進行組合裝配，而沒有從模塊化船舶建造本身進行設(shè)計研究，沒有將船體本身的結(jié)構(gòu)考慮進去。實際上若艦船的主體結(jié)構(gòu)是由平直構(gòu)件組成，且連接形式是標(biāo)準的，則艦船主體結(jié)構(gòu)就能分解成標(biāo)準化、系列化的結(jié)構(gòu)模塊。對結(jié)構(gòu)模塊進行流水作業(yè)式制造，由結(jié)構(gòu)模塊組裝成各種艦船，實現(xiàn)艦船主體結(jié)構(gòu)的模塊化設(shè)計、模塊化制造，就可大大提高艦船設(shè)計、制造、維修、改裝的效率，降低其成本。但是，由于水動力性能的要求，大多數(shù)艦船都有復(fù)雜的船體外形，這為艦船主體結(jié)構(gòu)模塊化帶來很大困難，使艦船主體結(jié)構(gòu)模塊化成為艦船模塊化的瓶頸。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種艦船主體雙層外殼模塊化結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，解決具有復(fù)雜曲面外形的艦船主體結(jié)構(gòu)的模塊化設(shè)計制造問題，能簡化工藝，降低生產(chǎn)成本，并能保證艦船的各種結(jié)構(gòu)強度要求和性能要求。
為實現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明的技術(shù)方案中，根據(jù)艦船的形狀結(jié)構(gòu)特征將主船體劃分為若干區(qū)域，采用平板主體層加復(fù)合材料附著層形成雙層復(fù)合外殼結(jié)構(gòu)。平板主體層采用平面單元模塊組成，其支承骨架將為直線或折線，橫艙壁也將為規(guī)則的矩形、梯形或三角形，平板主體層和骨架承受結(jié)構(gòu)強度和保證使用空間；復(fù)合材料附著層為楔形，采用合適的材料和工藝成形，并與平板主體層牢固結(jié)合，形成船體形狀，保證流體水動力性能。
本發(fā)明的方法包括如下具體步驟1、根據(jù)艦船的形狀結(jié)構(gòu)特征，以橫艙壁為界，將艦船主體劃分成若干區(qū)域，得到每個區(qū)域前后端的外殼形狀。
2、針對每一區(qū)域，首先確定各層甲板的高度，包括內(nèi)底板、平臺、各層甲板、上甲板、露天甲板等，并要求它們之間的高度差是標(biāo)準設(shè)計模數(shù)的整數(shù)倍。
3、在每個區(qū)域的前后端兩個端面上，從各層甲板或平臺與橫剖面線型的交點向上作垂線與上一層甲板或平臺相交，連接所有的交點得到一折線橫剖線，即為外板主體層，該區(qū)域的主體的兩端的剖面由若干矩形組成。
4、對于外飄很大的舷頂部和較消瘦的舭部，在區(qū)域兩端的剖面形狀可采用斜直線劃成，使該處的主體兩端剖面成梯形或三角形。
5、根據(jù)上述原理劃分，可繪出由平直構(gòu)件構(gòu)成的主體層，船廠可采用常規(guī)的平面板架生產(chǎn)工藝生產(chǎn)。在主體層外即為附著層，需要采用合適工藝和選用適當(dāng)?shù)膹?fù)合材料。
6、連接所有各個區(qū)域的主體層和附著層，構(gòu)成雙層模塊化結(jié)構(gòu)的艦船主體外殼。
本發(fā)明中艦船主體附著層的主要功能是確保復(fù)雜的外形，只承受水壓力，不涉及船體強度要求，根據(jù)需要可具有抗爆、抗振、消磁、吸收電磁波等功能。附著層可采用彈性高、耐磨、耐沖擊、易加工、易成形、價格便宜的輕型復(fù)合材(如發(fā)泡的聚脂等)，通過一定的措施與主體層結(jié)合一起，結(jié)合的方法可采用鏍釘連接或粘合劑粘結(jié)。
本發(fā)明中艦船主體層的功能是保證艦船的各種結(jié)構(gòu)強度和使用空間，同時也是附著層的載體。主體層可采用強度高的鋼材，由標(biāo)準系列的平面單元模塊拼合而成。這樣，主體層的外表形狀就是有規(guī)則的多面體。
圖1為本發(fā)明的艦船主體雙層模塊化結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，1為船體外層，即附著層，2為船體內(nèi)層，即主體層。
圖2為艦船主體劃分后的一個區(qū)域的外殼示意圖。
圖3為圖2所示區(qū)域前后端的外殼形狀示意圖。
圖4為主體層和附著層劃分示意圖。
圖5為某一區(qū)域的主體層。
圖6為圖4中A處的附著層形狀。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步描述。
艦船外殼需同時具有兩大功能，一是形狀功能，確保艦船的復(fù)雜外形，使艦船具有優(yōu)良的水動力和靜水力性能；二是結(jié)構(gòu)功能，能保證艦船的各種結(jié)構(gòu)強度要求和性能要求。如何拋開艦船主體結(jié)構(gòu)設(shè)計的傳統(tǒng)思想，假定上述形狀功能、結(jié)構(gòu)功能不再由單一外殼承擔(dān)，而是分別由兩類不同的構(gòu)件來實現(xiàn)，這就是本發(fā)明設(shè)計思想的基本出發(fā)點。
圖1為本發(fā)明中采用雙層模塊化設(shè)計的艦船主體外殼結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，艦船主體的外殼為雙層，船體外層為附著層1，用以確保船體的復(fù)雜外形，使艦船具有優(yōu)良的流體水動力性能。附著層1可采用彈性高、耐磨、耐沖擊、易加工、易成形、價格便宜的輕型復(fù)合材料制備。船體內(nèi)層為主體層2，用以保證艦船的各種結(jié)構(gòu)強度和使用空間，同時也是附著層1的載體。主體層2可采用強度高的鋼材，由標(biāo)準系列的平面單元模塊拼合而成。這樣，主體層的外表形狀就是有規(guī)則的多面體。
本發(fā)明的艦船主體雙層模塊化結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法具體如下1、根據(jù)艦船的形狀結(jié)構(gòu)特征，將艦船主體劃分成若干區(qū)域，一般以橫艙壁為界進行劃分。圖2為劃分出的一個區(qū)域的外殼，圖3是該區(qū)域前后端的外殼形狀。
2、針對每一區(qū)域，首先要求給出各層甲板的高度，包括內(nèi)底板、平臺、各層甲板、上甲板、露天甲板等，并要求它們之間的高度差是標(biāo)準設(shè)計模數(shù)的整數(shù)倍。
3、在每個區(qū)域的前后端兩個端面上，從各層甲板(平臺)與橫剖面線型的交點向上作垂線與上一層甲板或平臺相交。連接所有的交點得到一折線橫剖線，該折線即為未來的外板主體層，該區(qū)域的主體的兩端的剖面由若干矩形組成。劃分方法如圖4所示，圖4中陰影部分為附著層在區(qū)域兩端的剖面形狀。
4、對于外飄很大的舷頂部和較消瘦的舭部，在區(qū)域兩端的剖面形狀可采用斜直線劃成，使該處的主體兩端剖面成梯形或三角形。見圖4。
5、根據(jù)上述原理劃分，可繪出由平直構(gòu)件構(gòu)成的區(qū)域的主體層，其外即為需要的附著層。圖5所示為由平直構(gòu)件構(gòu)成的圖2所示區(qū)域的主體層，圖6為圖4中A處的附著層。
6、連接所有各個區(qū)域的主體層和附著層，構(gòu)成雙層模塊化結(jié)構(gòu)的艦船主體外殼。
船廠可采用常規(guī)的平面板架生產(chǎn)工藝生產(chǎn)主體層。附著層采用彈性高、耐磨、耐沖擊、易加工、易成形、價格便宜的輕型復(fù)合材(如發(fā)泡的聚脂等)，通過一定的措施與主體層結(jié)合一起，結(jié)合的方法可采用鏍釘連接或粘合劑粘結(jié)。
本發(fā)明中艦船主體層采用平面單元模塊組成，有利于實現(xiàn)機械化生產(chǎn)、縮短造船周期、降低造價，同時規(guī)則的主體內(nèi)層使得局部結(jié)構(gòu)設(shè)計簡捷，布置方便。附著層采用復(fù)合材料制成，易于成型加工，可以通過計算機輔助成型，還可使附著層具有防爆、消磁等功能，這樣一來既保證了艦船對線型的要求，又避免了繁重的外板加工工作。一旦損壞，修理也很方便，只要將損壞的那塊附著層簡單換掉。
本發(fā)明提出的主體層和附著層設(shè)計原理還可用于像艦船主體一樣具有復(fù)雜曲面外殼的物體的設(shè)計和制造。
權(quán)利要求
1.一種艦船主體外殼雙層模塊化結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，其特征在于包括如下步驟1)根據(jù)艦船的形狀結(jié)構(gòu)特征，以橫艙壁為界，將艦船主體劃分成若干區(qū)域，得到每個區(qū)域前后端的外殼形狀；2)針對每一區(qū)域，首先確定各層甲板的高度，并要求它們之間的高度差是標(biāo)準設(shè)計模數(shù)的整數(shù)倍；3)在每個區(qū)域的前后端兩個端面上，從各層甲板或平臺與橫剖面線型的交點向上作垂線與上一層甲板或平臺相交，連接所有的交點得到一折線橫剖線，即為外板主體層，該區(qū)域的主體的兩端的剖面由若干矩形組成；4)對于舷頂部和舭部，在區(qū)域兩端的剖面形狀采用斜直線劃成，使該處的主體兩端剖面成梯形或三角形；5)根據(jù)上述原理劃分，繪出由平直構(gòu)件構(gòu)成的區(qū)域的主體層，在主體層外即為需要的附著層；6)連接所有各個區(qū)域的主體層和附著層，構(gòu)成雙層模塊化結(jié)構(gòu)的艦船主體外殼。
全文摘要
一種艦船主體外殼雙層模塊化結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，根據(jù)艦船的形狀結(jié)構(gòu)特征將主體劃分為若干區(qū)域，在每個區(qū)域的兩個端面上，從各層甲板與橫剖面線型的交點向上作垂線與上一層甲板或平臺相交，連接所有的交點得到一折線橫剖線，即為外板主體層，該區(qū)域的主體的兩端的剖面由若干矩形組成；對于舷頂部和舭部，在區(qū)域兩端的剖面形狀采用斜直線劃成，使該處的主體兩端剖面成梯形或三角形。連接所有各個區(qū)域的主體層和主體層之外的附著層，構(gòu)成雙層模塊化結(jié)構(gòu)的艦船主體外殼。本發(fā)明中平板主體層和骨架承受結(jié)構(gòu)強度和保證使用空間，復(fù)合材料附著層與平板主體層牢固結(jié)合，形成船體形狀，保證流體水動力性能。
文檔編號B63B9/00GK1631714SQ20041009919
公開日2005年6月29日 申請日期2004年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月29日
發(fā)明者譚家華, 王 琦, 何炎平 申請人:上海交通大學(xué)