基于EEDI實船驗證的航速試驗方法探討

張進才　寇得領

摘 要：對于EEDI關于船模驗證要求的理解，各個船級社、船東、船舶設計單位基本一致，但對于實船的驗證，各個船級社的要求有所不同，本文基于ITTC要求，對EEDI航速試驗進行闡述，以求給參與航速試驗的人員以指導。

關鍵詞：EEDI指數(shù)；EEDI參考線；EEDI實船驗證；航速試驗

中圖分類號： F407.474 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）25-253-2

1 EEDI計算方法介紹

1.1 EEDI公式介紹

EEDI全稱是Energy Efficiency Design Index，即新船能效設計指數(shù)。它是在“理論公式”的基礎上發(fā)展而來的。

根據(jù)《船舶能效設計指數(shù)（EEDI）驗證指南》，新的EEDI的計算公式如下：

1.2 EEDI參考線

EEDI參考線是判斷新設計船舶是否滿足能效要求的參考依據(jù)，新造船EEDI值超過該參考線即為不合格，低于該參考線即為合格。

EEDI參考線曾經(jīng)歷過多次修改，現(xiàn)行版本是MEPC62中提出的七種船型的EEDI參考線.

1.3 EEDI指數(shù)的驗證

根據(jù)《2013能效設計指數(shù)（EEDI）驗證與發(fā)證指南》，EEDI指數(shù)的驗證分為兩個階段，第一階段是設計階段的初步驗證，第二階段為海試階段的完工驗證。

2 基于EEDI完工驗證的航速試驗

2.1 EEDI公式分析

從該公式我們可以清晰的得出影響EEDI指數(shù)的五大因素：即功率、燃料消耗率、碳轉(zhuǎn)換量、載運能力及航速。

功率：從公式可以看出，功率分為PME、PAE、PPTI、Peff與PAEeff， 他們在EEDI計算點的取值均可以通過基于設計工況的計算獲得。

燃料消耗率：燃料消耗率可以從設備臺架試驗報告獲得。

碳轉(zhuǎn)換量：燃料的碳轉(zhuǎn)換量由所采用的燃料決定，可以通過查表獲得。

載運能力：對于散貨船、液貨船、氣體運輸船、滾裝貨船、冷藏船、雜貨船及兼用船，載運能力即為載重量，一般取滿載吃水對應的載重量。對于集裝箱船，載運能力應取載重量的70%。

航速：該航速我們在此文中稱之為EEDI航速，它是對應于滿載吃水狀態(tài)下，主機在75%MCR時的航速。與合同航速一樣，該EEDI航速同樣要求是理想環(huán)境條件下的航速，即無風、無浪、無流，并且是深水條件下的航速。通常情況下，在實際海試過程中，該理想的環(huán)境是不存在的。

2.2 基于EEDI的航速測試

該航速試驗的目的是獲得海試狀態(tài)下的航速曲線，為換算EEDI計算點的航速提供依據(jù)。從航速試驗測試項目和程序上，ITTC 7.5-04-01-01.1的要求與以往并沒有大的變化，只是對試驗數(shù)據(jù)的精度要求更高了，引入了新的測量工具和測量方式，具體表現(xiàn)在以下幾點：

2.2.1 軸功率

目前，市場上主流的軸功率測量儀均采用該原理，首先分別測量被測軸的扭矩和轉(zhuǎn)速，然后計算出軸功率。轉(zhuǎn)速的測量比較簡單，也比較成熟，這里的關鍵就是扭矩的測量。根據(jù)ITTC 7.5-04-01-01.1的要求，軸功率測量儀的測試偏移誤差應該小于1%，實船測量偏移誤差應該小于2%；同時，軸功率測量儀中所設置的G模量應該采用軸系廠家提供的實測值。如果實測值無法提供，應取82，649N/mm2。

這里必須指出的是，如果實際海試中，軸功率測量無法實現(xiàn)，根據(jù)ITTC 7.5-04-01-01.1的推薦，在船東和船檢都接受的條件下，可以采用主機生產(chǎn)廠家推薦的功率測量方式。該方式適用于尾部空間有限，軸功率測量儀無法布置的情況。

2.2.2 船舶狀態(tài)

海試時，船舶的實際排水量誤差應該在要求排水量的2%以內(nèi)。要求在正浮狀態(tài)下海試的船舶，實際縱傾值應該小于船中吃水的1%；要求在縱傾狀態(tài)下海試的船舶，其球艏位置的吃水誤差應該在±0.1m。如果吃水和縱傾不能同時滿足上述要求，應該滿足球艏位置吃水誤差±0.1m。

2.2.3 風

對于船長大于100m的船舶，海試時的風力要不大于蒲氏六級（Beaufort number 6）；對于船長小于100m的船舶，其海試時的風力應不大于蒲氏五級（Beaufort number 5）。對于風的測量，可以使用穿上自帶的風速風向儀，也可以使用海試專用的風速風向儀。

2.2.4 浪

如果采用儀器測得海浪的波譜，海試時的總浪高H應滿足下式的要求：

對于由風引起的浪高、波浪周期、浪的方向及涌，最好是在航速試驗過程中進行測量。測量工具可以使用波浪浮標，也可以使用船舶自身安裝的波浪雷達或者激光雷達。無論采用何種工具測量，都需要在航速試驗之前進行校準，校準證書應該處于有效期內(nèi)。

對于船模試驗時增加了附加阻力的船舶，航速試驗時，應該測量海浪波譜，除非滿足上式的要求。測量工具可以采用波浪浮標、波浪雷達或者波浪掃描儀。

2.2.5 水深

雖然水深可以修正，但最好避免進行修正。海試區(qū)域的最小水深應該大于等于下式中的最大者：

同時，海試區(qū)域應該避免水深有明顯的變化。水深的測量可以使用船舶自帶的測深儀。在航速試驗之前，一定要將測深儀的數(shù)據(jù)與海圖上所標的水深進行比較，以確認測深儀的準確性。

2.2.6 航跡與航向

航速試驗要在同一地理位置上進行，即航跡重合。這樣的試驗方法可以避免不同的海況和風的影響，同時將由于舵角的使用對航速與時間的影響降到最低。

航速試驗時，船舶應該選擇與浪的方向相同或相反航行，即頂浪航行或者順浪航行。一旦我們選擇了一個航向，相反航向的航跡就固定了，其航跡的保持就要非常嚴格。因此，在航速試驗的過程中，對各種影響航速試驗的變化的嚴格控制是非常有必要的。

2.2.7 航行次數(shù)

航速試驗采用“來回”航行的方式進行，即每一個“去程”都緊跟一個在同樣功率點，嚴格反方向的“回程”。對于系列船的首制船，至少要有在3個功率點的5個“來回”。

在合同功率點和EEDI功率點跑2個“來回”是為了抵消潮流對航速的影響以使結(jié)果充分準確。EEDI功率點的航速試驗應選擇在白天進行，以便對海浪條件進行清晰的觀察。如果能夠采用儀器測得海浪波譜和方向，也可以不選擇白天進行。如果首制船航速試驗的結(jié)果可以接受，后續(xù)船可以減少航行次數(shù)，

2.2.8 數(shù)據(jù)記錄

在航速試驗過程中，除了做好航速與功率關系的記錄之外，還要做好邊界條件的記錄，如船舶狀態(tài)、螺旋槳狀態(tài)、船舶排水量、潛水效應、海況、風速等。數(shù)據(jù)記錄要盡可能地完善。

2.3 EEDI航速測試的難點

任何技術的進步都是建立在挑戰(zhàn)的基礎上的，EEDI即是如此。從2.2節(jié)我們可以總結(jié)出航速試驗的以下難點：

2.3.1 G模量的測量

根據(jù)要求，軸功率測量的G模量需要時實際測量值或者取82，649N/mm2。事實證明，82，649N/mm2比當前主流艉軸材料的實測值都要大，對于EEDI計算不利，因此，建議采用實際測量值。而采用測量值無疑增加了船舶建造成本。

2.3.2 海浪條件的測量

對于海浪的測量，要求在航行過程中進行測量，并且是多次記錄，因此，前文所提到的波浪浮標是無法實現(xiàn)的。如果采用波浪雷達或者激光雷達，一般船上很少配備，國內(nèi)專業(yè)的測試公司也鮮有此裝備，即使能夠找到此裝備，成本也會很高。采用觀察法可能是最為可行的方法，但是其適用的海況條件有限。

2.3.3 航跡的控制

同一功率點的“來回”兩個航次的航跡要重合，這就要求試驗過程中，每個航次開始都有一個很長的轉(zhuǎn)向和加速階段，無形中延長了試驗時間，同時也增加了試航成本。

2.3.4 航行次數(shù)

根據(jù)規(guī)定，首制船在合同功率點和EEDI功率點上均需要跑兩個“來回”以便獲得準確的航速。這就更加天氣和海況變化的風險，對航速的修正增加了難度，同時也大大地增加了試航成本。

3 船級社對EEDI航速試驗的執(zhí)行情況

雖然國際上對EEDI指數(shù)的執(zhí)行已經(jīng)到了第1階段（phase 1），但是，對于EEDI航速試驗，以我廠的經(jīng)驗，截至目前，只有英國勞氏船級社是嚴格按照ITTC 7.5-04-01-01.1執(zhí)行航速試驗檢驗的，其他船級社基本都是延續(xù)老的海試程序和要求，或在其基礎上參照ITTC 7.5-04-01-01.1進行部分的改進，對其執(zhí)行并不徹底。

但是，隨著國際對EEDI執(zhí)行的深入，人們開始越來越多的關注航速試驗的嚴謹性，這其中不僅包括船級社，還包括船東。比如我廠64000項目的船東在首制船海試之前提出軸功率測量時使用的G模量要按照ITTC 7.5-04-01-01.1的條款執(zhí)行。同樣的，韓國船級社也開始對關注海試過程中G模量的取值問題。這說明，按照《EEDI檢驗發(fā)證指南（MEPC.1/Circ.816）》推薦的ITTC 7.5-04-01-01.1或者ISO15016：2015（其晚于MEPC.1/Circ.816發(fā)布）進行EEDI航速試驗將成為最終的必然選擇。

4 總結(jié)

本文從EEDI的基本公式出發(fā)，介紹了EEDI的概念、意義及計算和驗證方法，進而著重闡述了基于EEDI的航速試驗與傳統(tǒng)航速試驗的區(qū)別和難點，并分析了當前船級社對EEDI航速試驗執(zhí)行的現(xiàn)狀。本文的主要目的是用簡單的方式，為船廠設計和施工單位提供有關EEDI信息并為其施工與試驗提供指導。

參 考 文 獻

[1] 李曉姣，蔣永旭，柳一點，等.基于ITTC的實船試航航速修正方法[J].船舶標準化工程師，2014（5）：1-4.

[2] 張慧寧.基于ISO15016實船航速修正方法研究[D].大連海事大學，2013.