基于ITTC的實(shí)船試航航速修正方法

李曉姣，蔣永旭，柳一點(diǎn)，柳衛(wèi)東

（江南造船（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，上海 201913）

0 引言

隨著國(guó)際造船形勢(shì)的日益嚴(yán)峻，新船型的不斷研發(fā)及燃油價(jià)格不斷上漲，船東對(duì)于船舶性能的要求日益提高，其中航速及功率更是重中之重，這直接關(guān)系到船舶的油耗及營(yíng)運(yùn)盈利等問(wèn)題。其中，船舶試航狀態(tài)下航速及功率是檢驗(yàn)船舶性能的重要指標(biāo)，但是考慮到實(shí)船試航工況與船舶設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中描述的理想環(huán)境不同，因此如何正確反映實(shí)船設(shè)計(jì)航速是否達(dá)標(biāo)以及檢驗(yàn)?zāi)Ｐ驮囼?yàn)的精度，各種實(shí)船試航航速修正標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運(yùn)而生，如 BSRA、ISO 15016(2002)及ITTC 7.5-04-01-01.2等。目前ITTC試航航速修正方法日益得到各國(guó)船東、船級(jí)社、設(shè)計(jì)單位及船廠的認(rèn)可。

本文主要根據(jù)ITTC 7.5-04-01-01.2方法，并結(jié)合ISO 15016(2002)航速修正方法，把實(shí)船試航的航速結(jié)果修正到深水、無(wú)風(fēng)、無(wú)浪、無(wú)流環(huán)境下的航速結(jié)果，以檢驗(yàn)船舶是否符合船廠和船東之間的合同要求。其中以EXCEL為平臺(tái)，通過(guò)VBA編寫(xiě)程序，建立一套完整的航速修正評(píng)估軟件，從而快捷修正實(shí)船試航航速，并直觀反映各種工況下實(shí)船試航、實(shí)船試航航速修正及船模試驗(yàn)的S-P曲線圖。

1 ITTC試航航速修正方法

1.1 ITTC試航航速修正適用范圍

ITTC 7.5-04-01-01.2對(duì)于實(shí)船試航時(shí)的風(fēng)、海況及水深范圍有明確規(guī)定，滿(mǎn)足下列條件的試航船舶可直接應(yīng)用該方法進(jìn)行修正[1]:

1）試航水深要求h＞3BT或h =。

2）適用于Lpp>100m的船舶，風(fēng)級(jí)不高于薄福風(fēng)級(jí)6級(jí)，浪高H≤0.015Lpp或Hmax為4m。

3）適用于Lpp<100m的船舶，風(fēng)級(jí)不高于薄福風(fēng)級(jí)5級(jí)；浪高H≤1.5m。

1.2 ITTC試航航速修正流程圖

根據(jù)ITTC 7.5-04-01-01.2標(biāo)準(zhǔn)，該軟件的計(jì)算流程如圖1所示。

根據(jù)上面的試航航速修正流程圖，ITTC試航航速修正方法可分為以下6個(gè)步驟:1）實(shí)船試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集；2）波浪阻力修正；3）風(fēng)阻影響修正；4）溫度、鹽度、排水量及縱傾修正；5）淺水及流的影響修正；6）得到船舶在理想狀態(tài)下的功率/轉(zhuǎn)速和航速曲線。

1.3 風(fēng)向角及浪向角

圖2中，Heading為試航航向；ΨWR表示相對(duì)風(fēng)向；BWT表示實(shí)際風(fēng)向；α表示波浪的方向；其中ΨWR=0o定義為首迎風(fēng)方向。

1.4 波浪增阻修正方法

ITTC中波浪增阻計(jì)算方法分為兩種，根據(jù)風(fēng)區(qū)的不同選擇不同的波浪增阻方法。通常情況下風(fēng)區(qū)不受限，主要考慮風(fēng)浪的影響，可以不計(jì)及涌的影響，此時(shí)選擇ITTC雙參數(shù)譜的波浪增阻計(jì)算方法；若為有限風(fēng)區(qū)則需計(jì)及涌的影響，需要計(jì)算 ITTC波浪增阻與有限風(fēng)區(qū)波浪增阻之和。

1.5 風(fēng)阻修正方法

ITTC試航航速修正方法中涉及兩種計(jì)算風(fēng)阻的方法，即風(fēng)阻系數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)及Fujiwara回歸公式。其中，風(fēng)阻系數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)涉及6種船型、13種狀態(tài)下的風(fēng)阻系數(shù)，如測(cè)速船舶類(lèi)型與數(shù)據(jù)庫(kù)類(lèi)型相同，其風(fēng)阻系數(shù)可以從數(shù)據(jù)庫(kù)中直接讀取從而計(jì)算其風(fēng)阻。Fujiwara公式則適用于所有類(lèi)型船舶，可根據(jù)試航船舶的各船體參數(shù)來(lái)計(jì)算其風(fēng)阻系數(shù)。其具體類(lèi)型在表1中有詳細(xì)說(shuō)明[2]。

表1 可根據(jù)風(fēng)阻數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算風(fēng)阻系數(shù)船舶類(lèi)型

ITTC中對(duì)于溫度、鹽度、排水量、縱傾、淺水及流的影響因素的修正，除溫度及鹽度參考 ISO 15016(2002)方法[3]之外，其他根據(jù) ITTC中規(guī)定的計(jì)算方式進(jìn)行修正。其中排水量及縱傾的修正主要運(yùn)用海軍系數(shù)法，流的修正則通過(guò)一來(lái)一回航速的平均實(shí)現(xiàn)，這與ISO 15016(2002)中流的修正方法有明顯不同。

2 ITTC航速修正軟件開(kāi)發(fā)

2.1 軟件計(jì)算框架

本軟件依據(jù) ITTC 7.5-04-01-01.2標(biāo)準(zhǔn)，以EXCEL為平臺(tái)，通過(guò)VBA編寫(xiě)程序，包括6個(gè)表單（圖3），分別為:

1）Input:在綠色背景的表格中填入相應(yīng)的數(shù)值，該表單包含所有的計(jì)算按鈕。

2）ITTC波浪增阻:該表單為ITTC波浪增阻計(jì)算程序。

3）有限風(fēng)區(qū)波浪增阻:該表單為有限風(fēng)區(qū)波浪增阻計(jì)算程序。

4）風(fēng)阻Fujiwara計(jì)算:該表單為風(fēng)阻Fujiwara計(jì)算程序。

5）風(fēng)阻數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算:該表單為風(fēng)阻數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算程序。

6）計(jì)算總表:該表單包括原始輸入數(shù)據(jù)，中間計(jì)算結(jié)果及最終計(jì)算結(jié)果匯總和圖表。

2.2 計(jì)算報(bào)告

ITTC實(shí)船試航航速修正軟件可以輸出包括計(jì)算數(shù)據(jù)、中間結(jié)果及最終結(jié)果的PDF報(bào)告，包括修正后的航速、功率、轉(zhuǎn)速及實(shí)船在不同吃水下的航速功率曲線圖，如圖4所示。

圖4 ITTC試航航速修正軟件輸出報(bào)告

2.3 案例計(jì)算

以某散貨船實(shí)船試航數(shù)據(jù)為例，進(jìn)行ITTC試航航速修正，其實(shí)船數(shù)據(jù)采集如表2和表3所示。

表2 主要參數(shù)表

表3 試航船舶主要參數(shù)

該散貨船實(shí)船試航過(guò)程中，主要在4種主機(jī)負(fù)荷條件下運(yùn)行，其中除90%主機(jī)工況測(cè)兩個(gè)來(lái)回，其余工況均測(cè)一個(gè)來(lái)回，應(yīng)用ITTC實(shí)船試航航速修正軟件對(duì)其進(jìn)行航速修正，其修正結(jié)果如表4所示。該船的船模試驗(yàn)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)如表5所示。

表4 ITTC實(shí)船試航航速修正結(jié)果

表5 船模試驗(yàn)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)

為了更方便的比較航速修正結(jié)果，該軟件可以自動(dòng)生成不同吃水狀態(tài)下的航速功率曲線，其中包括實(shí)船試航航速、ITTC實(shí)船試航航速修正結(jié)果及船模試驗(yàn)結(jié)果，如圖5及圖6所示。

圖5 輕壓載工況下航速功率比較圖

從圖5及圖6可以得到以下結(jié)論:1）在相同功率條件下，由于實(shí)船試航時(shí)受到風(fēng)、浪等因素的影響，導(dǎo)致實(shí)船測(cè)量所得值比理想狀況下修正值小；2）隨著航速的增大，實(shí)船試航實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、ITTC實(shí)船試航航速修正結(jié)果及船模試驗(yàn)結(jié)果的偏差越來(lái)越大，這種偏差說(shuō)明高航速狀況下，其外部載荷間相互影響更加復(fù)雜；3）對(duì)于該試航船舶，其船模試驗(yàn)預(yù)報(bào)性能均低于實(shí)船試航及修正后的船舶性能，說(shuō)明該船船模試驗(yàn)預(yù)報(bào)結(jié)果趨于保守。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文主要針對(duì)ITTC 7.5-04-01-01.2，并結(jié)合部分ISO 15016(2002)的計(jì)算方法，編制了實(shí)船試航航速修正軟件，并應(yīng)用于實(shí)船航速修正中，其修正結(jié)果的變化趨勢(shì)是一致的，但是由于其ITTC方法仍在進(jìn)一步完善中，所以該軟件仍需要進(jìn)一步的完善與加強(qiáng)，以適應(yīng)國(guó)際規(guī)范的要求以及更準(zhǔn)確的評(píng)估實(shí)船性能，為船廠及船東提供更加可靠的船舶實(shí)際航速性能數(shù)據(jù)。

[1]ITTC, 7.5-04-01-01.2.1(2012) Rev.1.0, Speed and Power Trials, Part I, Preparation and Conduct[S].

[2]ITTC, 7.5-04-01-01.2(2012) Rev.00, Speed and Power Trials, Part 2, Analysis of Speed-Power Trial Data[S].

[3]ISO 15016(2002), Ships and marine technology-Guidelines for the assessment of speed and power performance by analysis of speed trial data[S].