本發(fā)明涉及一種FPSO船體型線設(shè)計(jì)方法，屬于海上石油開采技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

FPSO(浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油卸油裝置)是一種船型海工浮式結(jié)構(gòu)物。由于具有油氣開采、處理、儲(chǔ)存、外輸?shù)榷喾N功能，可以對(duì)油氣田進(jìn)行獨(dú)立全海式開發(fā)，因而是深遠(yuǎn)海油氣資源開發(fā)的首選裝備。對(duì)于FPSO總體設(shè)計(jì)而言，型線設(shè)計(jì)技術(shù)是其中極為關(guān)鍵的一環(huán)，特別是其艏艉型線對(duì)船體浮態(tài)、模塊布置及局部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)具重要影響，也在一定程度上決定了船體目標(biāo)油氣田的運(yùn)動(dòng)和定位性能。

與航運(yùn)船舶不同，F(xiàn)PSO由于不具備自航能力，而要求具有較大的甲板面積與艙容，便于各種模塊布置。其線型相對(duì)簡(jiǎn)單，船艉無舵柱等復(fù)雜結(jié)構(gòu)并以方尾為主，船艏無球鼻艏而以直立或前傾型為主，整體方形系數(shù)大于0.93，屬于肥大型船舶。目前FPSO的船型開發(fā)主要分為兩個(gè)部分，由能源公司完成上部工藝模塊設(shè)計(jì)，而專業(yè)船舶設(shè)計(jì)公司負(fù)責(zé)完成FPSO船體部分的設(shè)計(jì)。在實(shí)際項(xiàng)目運(yùn)行過程中，由于船型開發(fā)分為兩個(gè)部分，導(dǎo)致在重控、穩(wěn)性、模塊布置等多個(gè)方面存在界面，經(jīng)常產(chǎn)生溝通協(xié)調(diào)困難的情況，影響項(xiàng)目進(jìn)度。因此能源公司也希望掌握FPSO船體設(shè)計(jì)技術(shù)，從而在油田開發(fā)方案制定前期，能夠獨(dú)立對(duì)方案整體的實(shí)施可行性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行綜合評(píng)估。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種FPSO船體型線設(shè)計(jì)方法，該方法簡(jiǎn)單實(shí)用，能夠?yàn)镕PSO船體設(shè)計(jì)與快速評(píng)估提供基礎(chǔ)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種FPSO船體型線設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：1)船體外輪廓的確定：在給定船體船長(zhǎng)、船寬、型深、倒角高度、倒角寬度的條件下，采用帶有倒角的長(zhǎng)方體形成船體外輪廓；2)船艉部分型線修正：首先給定船體艉部平板邊線和船艉龍骨升高線，任取一高度，在該高度平面內(nèi)分別以位于船體艉部平板邊線上的點(diǎn)和位于船艉龍骨升高線上的點(diǎn)為曲線的兩端，之間采用3次樣條插值曲線沿船長(zhǎng)方向插值，形成船艉部分在該平面內(nèi)的船體長(zhǎng)度與半寬曲線；然后改變高度，重復(fù)實(shí)施上述插值過程，直至形成船艉部分在全部高度下的船體長(zhǎng)度與半寬曲線，完成船艉型線設(shè)計(jì)；3)船艏部分型線修正：首先給定船體艏部平板邊線和船艏龍骨升高線，由于FPSO船艏部分型線變化較快，因此沿船長(zhǎng)方向，在船體艏部平板邊線和船艏龍骨升高線之間設(shè)置一條關(guān)鍵站面線，之后任取一高度，在該高度平面內(nèi)分別以位于船體艏部平板邊線上的點(diǎn)、位于關(guān)鍵站面線上的點(diǎn)和位于船艏龍骨升高線上的點(diǎn)作為曲線的左、中、右三個(gè)端點(diǎn)，采用3次樣條插值曲線沿船長(zhǎng)方向插值，形成船艏部分在該高度平面內(nèi)的船體長(zhǎng)度與半寬曲線；然后改變高度，重復(fù)實(shí)施上述插值過程，直至形成船艏部分在全部高度下的船體長(zhǎng)度與半寬曲線，完成船艏型線設(shè)計(jì)；4)不同半寬位置型線高度插值：對(duì)船體外形進(jìn)行船寬方向插值，形成不同船寬下的船體長(zhǎng)度與高度曲線，并完成型線圖繪制。

所述步驟1)中，船體外輪廓的不同船長(zhǎng)位置處，不同高度下船體半寬值可由下式確定：

上式中，ey表示船舯橫剖面舭龍骨橢圓倒角的橫軸長(zhǎng)度；ez表示船舯橫剖面舭龍骨橢圓倒角的縱軸長(zhǎng)度；B表示船寬；Z表示某一點(diǎn)距離船底的垂直高度；Y表示該店的半寬值。

所述步驟2)中，采用的樣條插值函數(shù)為

y＝f_spline(x)＝ax³+bx²+cx+d (2)

求解a，b，c，d四個(gè)系數(shù)所用的邊界條件為：

求解上述方程組即得到a，b，c，d四個(gè)系數(shù)。

所述步驟3)中，采用的樣條插值函數(shù)為

求解a₁，b₁，c₁，d₁，a₂，b₂，c₂，d₂八個(gè)系數(shù)所采用的八個(gè)邊界條件為：

求解上述方程組即得到a₁，b₁，c₁，d₁，a₂，b₂，c₂，d₂八個(gè)系數(shù)。

本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明簡(jiǎn)單、實(shí)用，并且操作性強(qiáng)，能夠?yàn)镕PSO船體設(shè)計(jì)與快速評(píng)估提供基礎(chǔ)。

附圖說明

圖1是船體外輪廓的示意圖；

圖2是圖1中A-A向的剖視示意圖；

圖3是船艉部分型線修正示意圖；

圖4是圖3中B-B向的剖視示意圖；

圖5是船艏部分型線修正示意圖；

圖6是圖5中B-B向的剖視示意圖；

圖7是圖5中C-C向的剖視示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。

本發(fā)明一種FPSO船體型線設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：

1)船體外輪廓的確定：在給定船體船長(zhǎng)、船寬、型深、倒角高度、倒角寬度的條件下，采用帶有倒角的長(zhǎng)方體形成船體外輪廓(如圖1、圖2所示)。其中，不同船長(zhǎng)位置處，不同高度下船體半寬值可由下式確定：

上式中，ey表示船舯橫剖面舭龍骨橢圓倒角的橫軸長(zhǎng)度；ez表示船舯橫剖面舭龍骨橢圓倒角的縱軸長(zhǎng)度；B表示船寬；Z表示某一點(diǎn)距離船底的垂直高度；Y表示該店的半寬值。

2)船艉部分型線修正：如圖3、圖4所示，首先給定船體艉部平板邊線和船艉龍骨升高線，任取一高度，在該高度平面內(nèi)分別以位于船體艉部平板邊線上的點(diǎn)D和位于船艉龍骨升高線上的點(diǎn)E為曲線的兩端，之間采用3次樣條插值曲線沿船長(zhǎng)方向插值，形成船艉部分在該平面內(nèi)的船體長(zhǎng)度與半寬曲線；然后改變高度，重復(fù)實(shí)施上述插值過程，直至形成船艉部分在全部高度下的船體長(zhǎng)度與半寬曲線，完成船艉型線設(shè)計(jì)。

具體地，由于船體艉部平板邊線在船體舷側(cè)，其與船體中縱剖面的垂直距離為B/2，船艉龍骨升高線位于船體中縱剖面，其與船體中縱剖面的垂直距離為0，因此兩條曲線均僅為高度和沿船長(zhǎng)位置的函數(shù)，其中船體艉部平板邊線為X＝f_s-plk(Z)，龍骨升高線為X＝f_s-elk(Z)，式中的X表示某點(diǎn)到船艉的距離在沿船長(zhǎng)方向的分量。在同一高度平面內(nèi)(Z相同)，分別以點(diǎn)D與點(diǎn)E作為曲線的兩端點(diǎn)，記作P₁(X₁＝f_s-elk(Z),0)和P₂(X₂＝f_s-plk(Z),B/2)，其之間位置采用之間采用3次樣條插值曲線沿船長(zhǎng)方向插值，記樣條插值函數(shù)為

y＝f_spline(x)＝ax³+bx²+cx+d (2)

共包含a，b，c，d四個(gè)未知數(shù)，四個(gè)邊界條件為：

通過求解線性方程組即可確定a，b，c，d四個(gè)系數(shù)，進(jìn)而確定不同高度下，沿船長(zhǎng)方向不同位置的半寬值Y，完成船艉型線設(shè)計(jì)。

3)船艏部分型線修正：如圖5～7所示，首先給定船體艏部平板邊線和船艏龍骨升高線，由于FPSO船艏部分型線變化較快，因此沿船長(zhǎng)方向，在船體艏部平板邊線和船艏龍骨升高線之間設(shè)置一條關(guān)鍵站面線，之后任取一高度，在該高度平面內(nèi)分別以位于船體艏部平板邊線上的點(diǎn)F、位于關(guān)鍵站面線上的點(diǎn)G和位于船艏龍骨升高線上的點(diǎn)H作為曲線的左、中、右三個(gè)端點(diǎn)，采用3次樣條插值曲線沿船長(zhǎng)方向插值，形成船艏部分在該高度平面內(nèi)的船體長(zhǎng)度與半寬曲線；然后改變高度，重復(fù)實(shí)施上述插值過程，直至形成船艏部分在全部高度下的船體長(zhǎng)度與半寬曲線，完成船艏型線設(shè)計(jì)。

具體地，記關(guān)鍵站面線距離船艉X，且記其曲線表達(dá)式為作Y＝f_key(Z)，之后在同一高度平面內(nèi)，分別以點(diǎn)F、點(diǎn)G、點(diǎn)H為左、中、右三個(gè)端點(diǎn)，記作P₁(X₁＝f_b-plk(Z),B/2)，P₂(X₂,Y₂＝f_key(Z))，P₃(X₃＝f_b-elk(Z),0)，采用3次樣條插值曲線沿船長(zhǎng)方向插值，即假設(shè)樣條插值函數(shù)為：

需要求出a₁，b₁，c₁，d₁，a₂，b₂，c₂，d₂八個(gè)未知數(shù)，采用的八個(gè)邊界條件為：

通過求解線性方程組即可確定a₁，b₁，c₁，d₁，a₂，b₂，c₂，d₂八個(gè)系數(shù)，進(jìn)而確定不同高度下，沿船長(zhǎng)方向不同位置的半寬值Y，完成船艉型線設(shè)計(jì)。

4)不同半寬位置型線高度插值：對(duì)船體外形進(jìn)行船寬方向插值，形成不同船寬下的船體長(zhǎng)度與高度曲線，并完成型線圖繪制。

通過以上三個(gè)步驟確定了不同高度、不同沿船長(zhǎng)方向位置(通常為等間距)下的船體半寬值，之后在每一個(gè)站面(船舶專業(yè)術(shù)語，指船體在垂直于船長(zhǎng)方向的平面上的投影)內(nèi)，采用采用3次樣條插值曲線對(duì)等間距船體半寬值下的船體高度進(jìn)行重新擬合，得到形成不同船寬下的船體長(zhǎng)度與高度曲線，并完成型線圖繪制。

通過以上步驟，得到FPSO船體的型線，在前述基礎(chǔ)上，可以進(jìn)一步繪制船體靜水力曲線，并依照船舶靜水力學(xué)計(jì)算該船體的各項(xiàng)靜水力系數(shù)。

上述各實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，其中方法的實(shí)施步驟等都是可以有所變化的，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。