船型細(xì)分在船舶快速性能評估中的應(yīng)用

車霖源, 陳偉民

(上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所 航運(yùn)技術(shù)與安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200135)

船型細(xì)分在船舶快速性能評估中的應(yīng)用

車霖源, 陳偉民

(上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所 航運(yùn)技術(shù)與安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200135)

為準(zhǔn)確評估船舶快速性能，對船模試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫中船舶類型進(jìn)行更精細(xì)的分類?？紤]主尺度及局部線型特點(diǎn),將船型特點(diǎn)相近的船舶歸為一類。同時(shí),結(jié)合按照方形系數(shù)、長寬比和寬度吃水比檢索的方法，得到與目標(biāo)船快速性能相近的一系列船舶。驗(yàn)算結(jié)果表明,船型細(xì)分的方法可使船舶的快速性能評估結(jié)果更加準(zhǔn)確、合理。

船型細(xì)分；性能評估；快速性

0 引 言

隨著造船市場的競爭愈發(fā)激烈，船舶快速性能作為衡量船舶設(shè)計(jì)優(yōu)劣性的重要指標(biāo)得到越來越多的關(guān)注,造船單位及設(shè)計(jì)單位都希望在船舶建造之初就準(zhǔn)確地評估船舶快速性能，確定當(dāng)前船型的快速性能是否存在優(yōu)化空間。常用的評估方法是在對船型進(jìn)行水池模型試驗(yàn)之后，將其與相近的船型相對比，確定當(dāng)前船型性能所處的位置，為下一步工作提供方向。

上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所有多年的船模試驗(yàn)及實(shí)船測試的數(shù)據(jù)積累，已開發(fā)出船舶綜合性能預(yù)報(bào)系統(tǒng)(Ship Performance Prediction System)1.0，相關(guān)數(shù)據(jù)庫覆蓋船型范圍廣，長期用于航速預(yù)報(bào)及船型評估工作中。該系統(tǒng)的核心是母型船航速預(yù)報(bào)技術(shù)和優(yōu)良船型水動力試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫，同時(shí)結(jié)合船舶耐波性和操縱性理論對船舶綜合性能進(jìn)行分析、評估預(yù)報(bào)[1-2]。

隨著船型的增多,一方面為數(shù)據(jù)庫提供了更多有效的資源,另一方面導(dǎo)致之前的無因次檢索船型的方法存在缺陷,主要表現(xiàn)在檢索出的相近船與目標(biāo)船在絕對尺度上存在較大差異，導(dǎo)致性能評估出現(xiàn)偏差。需對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行更細(xì)致、更合理的分類，以實(shí)現(xiàn)對船舶性能的準(zhǔn)確評價(jià)。

1 船型細(xì)分[3]

在船舶快速性能評估中，相近船的選取直接決定試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，當(dāng)前采用無因次參數(shù)檢索母型船，重要性隨著方形系數(shù)、長寬比及寬度吃水比逐次變化。結(jié)合給定參數(shù)的可選取范圍，檢索出的結(jié)果可能在主尺度上存在較大差別。

如超大型油船(Very Large Crude Carrier,VLCC)和50 000 DWT油船的方形系數(shù)、長寬比和寬度吃水比都非常相近，然而船長、船寬和吃水卻有極大的差別(見圖1)。相比而言，VLCC在布置上的壓力相對較小，艉部線型有更大的優(yōu)化空間，船舶整體性能相對偏好。若將檢索出的VLCC與50 000 DWT油船相對比，則會對VLCC給出偏高的評價(jià)，而給出的50 000 DWT油船性能會有偏差。對此,只有區(qū)分船型后才能給予船舶性能準(zhǔn)確的評估。

根據(jù)數(shù)據(jù)庫中船型特點(diǎn)，針對肥大型船進(jìn)行船型細(xì)分研究。目前對油船及散貨船的劃分見表1和表2。

表1 油船按噸位劃分

表2 散貨船按噸位劃分

考慮到油船和散貨船在船型上的相似性，參考船舶的主尺度和噸位，按照表3的方式對上述船型進(jìn)行統(tǒng)一分類。

表3 船型細(xì)分

對船型進(jìn)行細(xì)分不僅能保證無因次化船型參數(shù)的相似，而且船舶主尺度與船舶類型基本相同,可準(zhǔn)確評估當(dāng)前船舶的快速性能，判斷其快速性能在市場所處的位置及競爭力。同時(shí)，可為利用母型船法分析船舶的快速性能提供一定的參考，有利于提高航速預(yù)報(bào)的精度和分析船舶尺度對船舶快速性能的影響，為設(shè)計(jì)出優(yōu)異的船型提供有利條件。待評估船與無因次相似船船型參數(shù)見表4。

表4 待評估船與無因次相似船船型參數(shù)

2 船舶性能評價(jià)

在以往船舶快速性能的評價(jià)中，依據(jù)方形系數(shù)、長寬比及寬度吃水比在數(shù)據(jù)庫中查找相似的船，列出符合要求的所有船舶，以船舶性能(如阻力、效率或海軍部系數(shù)[4])為指標(biāo)，對比評價(jià)船舶的性能。

在計(jì)算過程中，選取相同的計(jì)算方法處理，消除不同方法帶來的結(jié)果差異(如采用二因次計(jì)算阻力、ITTC方法修正伴流等)。

為說明船型選擇對性能評價(jià)的影響，選擇某VLCC作為目標(biāo)船，研究不同檢索方法帶來的船舶性能評估差異。

按照無因次參數(shù)搜索方法，方形系數(shù)范圍控制在待評估船的±2%以內(nèi)。搜索結(jié)果有6艘船舶符合要求，這6艘船舶包含待評估船和無因次相似船，其中ship 0為待評估船。在相似船中，有3艘VLCC和2艘50 000 DWT油船。

從阻力和推進(jìn)性能2方面評估船舶性能，阻力以剩余阻力系數(shù)(見圖2)為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，推進(jìn)性能以效率(見圖3)為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

由圖2和圖3可知，ship 0的阻力約處于中間水平，推進(jìn)效率處于中間偏低的水平。采用船型細(xì)分的方式重新檢索對比船舶，重新以剩余阻力系數(shù)及推進(jìn)效率為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)評估船舶性能(見圖4和圖5)。

通過重新對ship 0的性能進(jìn)行評估可知，在同類型船舶中，該船的阻力性能偏差；推進(jìn)效率處于中間水平。相比船型未細(xì)分時(shí)評估的結(jié)果，突顯出阻力性能偏差，更合理地反映出目標(biāo)船的性能水平，需從阻力性能方面對該船型作進(jìn)一步優(yōu)化。

3 結(jié) 語

為可靠地評估船舶快速性能，針對快速性預(yù)報(bào)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，對船型進(jìn)行細(xì)分。在檢索相近船時(shí)不僅保證無因次量相近，同時(shí)船型主尺度及特點(diǎn)也盡量相同。在這樣的條件下，對船舶性能的評估更加合理和可靠，為船舶的設(shè)計(jì)者提供了明確的方向。

當(dāng)前的船型細(xì)分工作主要針對油船和散貨船等肥大船型，這類船舶的數(shù)量龐大，噸位覆蓋范圍廣，易出現(xiàn)船舶無因次量相近而主尺度相差較大的情況。隨著水池?cái)?shù)據(jù)庫的不斷擴(kuò)充，其他船型(如集裝箱船和工程船)都可能面臨相同的問題，在未來的工作中，將根據(jù)船舶的不同類型特點(diǎn)對船型數(shù)據(jù)庫進(jìn)行細(xì)分，提高船舶快速性能評估的可靠性。

[1] 陳昌運(yùn),董國祥,陳霞萍,等. 船舶綜合性能預(yù)報(bào)系統(tǒng)[J]. 上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所學(xué)報(bào), 2007, 30(2): 81-87.

[2] 揭正華. 基于船模試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫的快速性預(yù)報(bào)研究[J]. 上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所學(xué)報(bào), 2004, 27(2): 73-79.

[3] 船舶水動力性能(快速性)優(yōu)化及預(yù)報(bào)研究技術(shù)總結(jié)報(bào)告[R]. 上海：上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所, 2013.

[4] 李云波. 船舶阻力[M]. 哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2005.

ShipTypeSubdivisionforShipResistanceandPropulsionPerformanceEvaluation

CHELinyuan，CHENWeimin

(State Key Laboratory of Navigation and Safety Technology, Shanghai Ship & Shipping Research Institute, Shanghai 200135, China)

The categories of the ship type in the model test database are subdivided in order to achieve better accuracy of ship resistance and propulsion performance evaluation. Ships are grouped by their principal dimensions and local line shape. For evaluating the performances of a ship, the suitable ships which are similar to the target ship in speed-power performance are picked up from a chosen category of ship type according to the block coefficient, length-breadth ratio and breadth-draft ratio. Some examples indicate that the precision is improved by this method.

ship type subdivision; performance evaluation; resistance and propulsion

U661.31

A

2017-03-06

車霖源(1985—),男,遼寧鳳城人,助理研究員,碩士,從事船型優(yōu)化及相關(guān)水動力性能研究。

1674-5949(2017)03-0012-03