船舶試航航速修正方法對(duì)比分析

黃智強(qiáng) 王凱亮 楊坤 袁強(qiáng)

摘? ? 要：航速是EEDI的重要評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)之一，因此航速修正顯得尤為重要，本文采用多參數(shù)修正計(jì)算方法-STAIMO對(duì)某散貨船進(jìn)行試航航速修正，并同時(shí)利用柏林水池經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)該船試航航速進(jìn)行修正，得出各自修正計(jì)算數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)比分析得出，采用STAIMO軟件計(jì)算比柏林水池經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算結(jié)果精度更高。因此，建議在條件允許的情況下，使用STAMIO軟件對(duì)船舶試航航速進(jìn)行修正。

關(guān)鍵詞：試航航速修正;STAIMO軟件;功率修正;柏林水池經(jīng)驗(yàn)公式

中圖分類號(hào)：U621.78 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： Speed is one of the important evaluation criteria of EEDI and the speed correction is particularly important. The multi-parameter correction calculation method-STAIMO is used to correct the speed of a bulk carrier， and at the same time the Berlin pool empirical formula method is used to correct the ship speed， the respective correction calculation data are obtained. Through comparative analysis， the results obtained by STAIMO software are more accurate than those obtained by the empirical formula of Berlin pool. Therefore， it is suggested to use STAMIO software for ship trial speed correction when conditions permit.

Key words： Speed correction; STAIMO software; Power correction; Empirical formula of Berlin pool

1? ?前言

隨著IMO對(duì)EEDI指數(shù)要求的提高，船舶行業(yè)對(duì)EEDI指數(shù)的計(jì)算精確性也越來(lái)越重視，而船舶試航航速修正是影響EEDI指數(shù)計(jì)算精確性的重要因素之一。美國(guó)造船師與輪機(jī)工程師學(xué)會(huì)（SNAME）提出了實(shí)船航速測(cè)試規(guī)程，該方法是基于有限功率曲線的，因此僅對(duì)風(fēng)和潮流進(jìn)行修正，潮流影響的修正采用平均法，此法只適用于在短時(shí)間內(nèi)線性變化的潮流[1];英國(guó)船舶研究協(xié)會(huì)（BSRA）提出了實(shí)船航速測(cè)試分析的標(biāo)準(zhǔn)[2]，該方法與 SNAME 方法類似，但增加了淺水影響的修正，并對(duì)風(fēng)影響修正的規(guī)定更為具體。但在實(shí)際操作中，風(fēng)速表大多受到周圍桅桿或設(shè)備的影響，實(shí)船測(cè)試時(shí)也無(wú)法校準(zhǔn)。

MARIN代表STA-Group提出了多參數(shù)試航航速修正方法，并在此方法的基礎(chǔ)上編寫了STAIMO航速修正軟件，此軟件根據(jù)波浪、風(fēng)阻、入射角等一系列參數(shù)對(duì)船舶功率和航速進(jìn)行修正。同時(shí)STAIMO軟件參考了拖曳水池的試驗(yàn)數(shù)據(jù)及一系列常用的經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)船舶受到不同外界參數(shù)的影響進(jìn)行修正，得到螺旋槳修正、風(fēng)阻修正、波浪修正等的功率變化，并參考拖曳水池試驗(yàn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次修正，因此所得到的結(jié)果更接近真實(shí)的情況。

2? ?柏林水池航速修正方法介紹

由柏林水池提出的根據(jù)多次試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析得到的航速修正方法VWS，其修正公式[3]如下：

3? ?STAIMO航速修正軟件介紹

3.1? 風(fēng)速修正[4]

本文主要是對(duì)風(fēng)和浪的附加阻力進(jìn)行研究，通過(guò)變化風(fēng)速、浪高、海浪入射角來(lái)得出船舶修正功率的變化規(guī)律，抵消該船增加的風(fēng)阻所需的額外功率為：

3.2? 計(jì)算流速[5]

波浪的增加阻力必然會(huì)導(dǎo)致船舶速度損失。為獲得精確的速度-功率關(guān)系， 試驗(yàn)結(jié)果必須按下式進(jìn)行修正：

由上可知，柏林水池經(jīng)驗(yàn)公式航速修正方法，主要參考了船舶尺度參數(shù)、風(fēng)速和浪高;而基于多參數(shù)修正理論的STAIMO軟件，除了船舶尺度參數(shù)、風(fēng)速和浪高等參數(shù)，還考慮了風(fēng)向、波浪周期以及波浪的入射角等更多的參數(shù)。因此，從理論上分析，STAIMO軟件的考慮因素更加符合實(shí)際情況。

4? ?實(shí)船修正計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析

4.1? 實(shí)船測(cè)量數(shù)據(jù)

根據(jù)GB/T3471-2011《海船系泊和航行試驗(yàn)通則》要求船舶航速測(cè)試海區(qū)海況為：風(fēng)力不超過(guò)蒲氏4 級(jí);海浪不超過(guò)3 級(jí);水深約40 m;潮流平穩(wěn)。同時(shí)，在進(jìn)行測(cè)速前船舶需有足夠的助航距離;測(cè)速時(shí)船舶需保持正確航向;航速方向與測(cè)速標(biāo)記需保持平行（偏差應(yīng)不大于±2°）;最大操舵角度應(yīng)不大于±1.5°;主機(jī)轉(zhuǎn)速需保持穩(wěn)定。如果試航測(cè)試海況不能滿足上述要求，試驗(yàn)數(shù)據(jù)須做相應(yīng)修正。

本次試航是在相對(duì)平靜的海浪條件下進(jìn)行測(cè)試，在預(yù)留15%功率下分別對(duì)主機(jī)在4種負(fù)荷工況（50%MCR、75%MCR、85% MCR 和 100%MCR）下對(duì)應(yīng)的航速和軸功率進(jìn)行測(cè)試。本次試航采用南方測(cè)繪公司的DPGS（9300+）測(cè)量航速，該儀器的動(dòng)態(tài)定位測(cè)量誤差小于0.8 m;功率是采用應(yīng)變片進(jìn)行測(cè)量;風(fēng)速、浪高則采用船廠提供的儀器進(jìn)行測(cè)量。測(cè)得具體數(shù)據(jù)，如表3所示。

4.2? 柏林水池試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果

4.3? STAIMO軟件計(jì)算結(jié)果

4.4? 對(duì)比分析

從圖3可以看：柏林水池修正公式得到的修正平均航速比STAIMO軟件修正的平均航速存在5%左右的偏差值，這是因?yàn)榘亓炙匦拚街饕獏⒖夹拚蠊β势?，航速修正又參考了風(fēng)速的變化，因此修正航速參考的因素相對(duì)較多，但因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)公式中參考了很多試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)因此導(dǎo)致結(jié)果的偏差。而從上文可知STIAMO軟件則參考了很多的因素，因此軟件修正的結(jié)果更加偏小

5? ? 結(jié)論

從柏林水池的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得出的阻力比從STAIMO軟件得出的數(shù)據(jù)偏大5%～10%，因?yàn)椴捎昧藖?lái)回兩次求平均值的方法得出船舶平均航速，故得出平均修正速度偏差在5%左右。但因?yàn)橐酝慕?jīng)驗(yàn)公式主要是考慮到船舶遭遇波浪的影響，忽略了很多其他因素，并且使用了很多試驗(yàn)計(jì)算參數(shù)，因此導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果的偏差。STIAMO軟件相對(duì)于傳統(tǒng)的柏林水池修正公式不僅考慮了風(fēng)、浪、流等因素，同時(shí)也參考了航行過(guò)程中船舶內(nèi)部消耗的功率，以及也參照了拖曳水池的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，因此使得STIAMO軟件計(jì)算出的結(jié)果相對(duì)于傳統(tǒng)公式偏小，計(jì)算的結(jié)果也更加精確。

參考文獻(xiàn)

[1]? SNAME. Code for Sea Trials， 1973， superseded 1989[Z].

[2]? Thomson G. R. BSRA Standard Method of Speed Trial Analysis[R]. BSRA?Report NS 466， 1978.

[3] 丁舉. 考慮波浪影響的船速測(cè)量不確定度分析[J]. 船舶，2007（03）.

[4]? ISO. Ships and marine technology—Guidelines for the assessment of speed?and power performance by analysis of speed trial data： MEPC68/INF.14[S].?2015.

[5]? ITTC. Speed and power trials， analysis of speed/power trial data： ITTC 7.5-04-01-01.2[S]. 2014.