需求定义与总体方案确立
复合材料单体船的设计起点并非直接投入绘图，而是基于明确的任务书进行需求拆解。这一阶段需详细界定船舶的使用场景，包括航区等级、最大航速、载员数量及续航能力等核心指标。对于单体船而言，重心控制与稳性初性值是决定线型选择的关键约束条件。设计团队需结合船东的具体运营需求，初步确定主尺度参数，如总长、型宽和吃水，并据此估算排水量。此过程通常借助经验公式或类似船型的数据库进行初步校验，确保基本参数符合流体力学的基本规律，为后续的详细设计奠定坚实的数据基础。
在总体方案确立后，需完成初步的布置图与结构形式选型。复合材料单体船常见的结构形式包括玻璃钢（FRP）手糊、真空导入或预浸料真空辅助树脂传递模塑（VARTM）等，不同工艺对结构强度的贡献及制造成本影响显著。设计者需根据预期产量和性能要求选择合适的制造工艺，并确定龙骨、肋骨、平板龙骨等主要承力构件的布局。同时，初步的舱室划分需兼顾功能性与重心分布，确保船舶在满载与空载工况下均具备良好的纵倾与横倾平衡。这一阶段的输出物主要包括初步总体布置图、主尺度汇总表以及初步的材料与工艺选型报告。
线型优化与静水力计算
线型设计是决定船舶航行性能的核心环节，需利用计算机辅助设计（CAD）软件进行三维建模。针对复合材料单体船，线型设计需重点关注湿表面积最小化以降低兴波阻力，同时保证足够的稳性范围。设计团队通常采用系列船型线型作为基准，通过参数化调整船首形状、船尾线型及底部曲率，进行多轮迭代优化。在此过程中，需引入计算流体力学（CFD）模拟技术，对设计线型进行阻力预报和推进性能分析，预测不同航速下的总阻力及有效马力。这一阶段的目标是找到一个阻力性能、操纵稳定性与建造工艺可行性之间的最佳平衡点。
静水力计算是验证线型合理性的重要步骤，主要涵盖浮心位置、稳心半径、水线面系数等关键参数的计算。通过静水力曲线图，可以直观地评估船舶在不同吃水下的浮态特性。对于单体船而言，初稳性高（GM值）的计算尤为关键，它直接影响船舶在风浪中的复原能力。设计人员需根据国际海事组织（IMO）或相关船级社的稳性规范，对计算结果进行严格校核，确保满足完整稳性与破舱稳性的基本要求。此外，还需进行纵倾计算，优化重心位置，使船舶在设计航速下保持最佳纵倾角，从而进一步降低航行阻力并提升乘坐舒适性。
结构强度分析与详细设计
结构详细设计阶段需依据规范进行详细的强度计算，确保复合材料船体在极端工况下的安全性。常用规范包括美国船级社（ABS）、英国劳氏船级社（LR）或中国船级社（CCS）发布的复合材料船舶建造规范。设计人员需建立有限元模型，对船体梁总纵强度、局部板架强度以及关键连接部位进行应力分析。复合材料具有各向异性特点，需特别关注层间剪切强度及纤维方向对载荷的传递效率。通过有限元分析，可以识别结构薄弱区域，优化铺层顺序与厚度，避免应力集中导致的分层或开裂现象。这一过程往往需要结合理论计算与数值模拟，确保结构设计的经济性与安全性。
在结构强度验证通过后，进入详细的施工图设计阶段。此阶段需输出详细的零件图、分段划分图及装配图。对于复合材料单体船，分段划分需考虑模具制作的便利性及吊装限制，通常将船体划分为若干大型分段，便于在工厂内预制。详细设计中还需明确胶接、螺栓连接及机械固定等连接方式的具体工艺要求，特别是不同材料连接处的过渡处理，以防止电偶腐蚀或应力突变。此外，需编制详细的材料清单（BOM），明确树脂、纤维、芯材等原材料的规格与用量，为采购和生产计划提供准确依据。这一阶段的成果直接指导后续的模具制造与船体建造。
模具制造与工艺试验
模具制造是复合材料船舶生产的关键前置环节，其精度直接决定船体成品的质量。根据船体线型，通常采用数控铣削（CNC）加工木质或金属模具，或使用3D打印技术制作快速原型模具。模具表面需经过精细打磨与抛光，以满足船体外板的光洁度要求。在模具制造完成后，需进行试铺层或试制样板，以验证模具的脱模性能及尺寸精度。此阶段还需确定具体的铺层工艺参数，包括树脂体系的选择、固化温度与时间、真空袋的密封方式等。工艺试验旨在发现并解决潜在的生产缺陷，如气泡、干斑或树脂分布不均等问题，确保后续批量生产的稳定性。
工艺试验不仅涉及结构件，还包括舾装件的预制造。复合材料单体船的舾装件，如甲板、舱壁及内装板，通常与船体分段同步或提前制造。需进行胶粘剂的相容性试验，确保不同复合材料部件之间的粘接强度。同时，需进行防腐处理试验，特别是在水线以下区域，需验证防污漆或防腐涂层的附着效果。通过工艺试验，可以优化生产节拍，制定标准作业程序（SOP），并对操作人员进行培训。这一阶段的成果是形成完整的生产工艺文件，指导后续的船体建造与总装，确保每一艘船的质量一致性。
船体建造与总装调试
船体建造阶段需严格按照工艺文件执行，主要工序包括铺层、固化、脱模、修整及装配。复合材料单体船通常采用分段建造法，先在模具中制作船体外板分段，再组装成完整船体。铺层过程中需严格控制纤维方向与树脂含量，确保层间结合质量。固化完成后，需对船体进行外形修整，去除飞边、毛刺，并打磨表面至指定光洁度。随后进行分段合拢，通过胶粘或机械连接方式将各分段组合成整体船体。在此过程中，需实时监测船体变形，必要时设置临时支撑或进行反变形处理，以抵消固化收缩带来的尺寸误差。
总装调试阶段涵盖机械、电气及舾装系统的安装与集成。主机、舵机、推进器及导航设备的安装需精确对中，确保传动系统的平稳运行。电气系统布线需符合船舶电气规范，做好防水、防火及屏蔽措施。舾装件如栏杆、窗框、门铰链等需牢固安装，并进行密封处理，防止渗漏。完成安装后，进行系统联调，包括主机试车、舵机测试、电力系统负载测试及通信导航设备校准。此外，还需进行倾斜试验，通过移动已知重量的砝码，测量船舶的横摇周期或倾斜角度，从而准确确定船舶的实际重心位置（LCG和VCG）。这一数据将用于最终稳性衡准书的编制，确保船舶交付时的稳性符合设计要求。