實(shí)船測速試驗(yàn)分析

陳勝蘭，屈 搏，龐 達(dá)，龍 潺

（滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司，上海 200129）

0 引 言

航速是船舶規(guī)格書述及的一項(xiàng)重要指標(biāo)，規(guī)格書中對保證船速的規(guī)定是基于無風(fēng)、無浪、深水且光滑船體的理想狀態(tài)，而試航期間實(shí)船測速時的外界環(huán)境不可能為理想狀態(tài)，因此必須進(jìn)行航速修正。從船舶測速試驗(yàn)開始到得到最終的修正航速，需要經(jīng)過數(shù)據(jù)測量、數(shù)據(jù)記錄和數(shù)據(jù)分析等過程。本文基于BSRA（英國船舶研究協(xié)會）的標(biāo)準(zhǔn)測速分析方法，對多次實(shí)船測速試驗(yàn)中遇到的和船東關(guān)注的一些問題進(jìn)行探討。

1 實(shí)船測速數(shù)據(jù)測量

1.1 船舶吃水

1.2 測速試驗(yàn)水深

1.3 潮流

船舶在海上順流或逆流而行，航速會受到潮流的影響，因而試航過程中常常采用往返一次平均測速的方法來消除潮流的影響。船舶測速時，若船舶逆流航行時的潮流速度很大，大于返回時順流航行的潮流速度時，可以不考慮潮流的修正。如果船東要求潮流修正，可以把潮流曲線提供給船東并解釋：若考慮潮流修正將會給航速更多的補(bǔ)償，而此時不考慮潮流修正是對考核航速的一種保守估算。提供的潮流信息可參照表1和圖1。

表1 潮流速度 kn

圖1 潮流曲線

2 實(shí)船測速數(shù)據(jù)分析

2.1 真風(fēng)風(fēng)速

2.2 浪

船舶在波浪中航行，阻力的增加與波高的平方成正比，測速時需要確認(rèn)浪的高度來進(jìn)行浪的修正。確認(rèn)浪高一般有兩種方法，一種是通過肉眼根據(jù)風(fēng)浪的形態(tài)進(jìn)行評估，另一種是通過真風(fēng)速度對浪高進(jìn)行評估。如蒲氏風(fēng)4級的風(fēng)速為5.5～7.9m/s，對應(yīng)的浪高為1～1.5m。測速試驗(yàn)時的真風(fēng)速度一般也為蒲氏風(fēng)4級，浪高在1m左右，和通過肉眼觀測下來的浪高比較一致。

圖2 速度矢量

阻力的增加同時取決于船舶的縱搖和升沉運(yùn)動的強(qiáng)烈程度以及波浪的相位關(guān)系。當(dāng)波浪周期與船的縱搖周期接近時，即使波高不大，也會發(fā)生相當(dāng)大的縱搖運(yùn)動，導(dǎo)致船舶阻力增大，測速時應(yīng)調(diào)整船的航向來避免這種情況。另有研究表明，當(dāng)所遇波浪的波長等于或大于船長時，船舶的縱搖和升沉運(yùn)動將大為加劇，阻力也將顯著增大，測速時也應(yīng)避免此種情況的發(fā)生。

2.3 不同吃水狀態(tài)下的航速

在測速數(shù)據(jù)記錄和航速修正后，可以得到船舶在試航吃水狀態(tài)下的功率-航速曲線，并由此獲得考核功率點(diǎn)所對應(yīng)的航速，確定是否滿足說明書中航速指標(biāo)的要求。有些船東還想知道另一個狀態(tài)的航速指標(biāo)是否也滿足要求，這時就需要根據(jù)試航狀態(tài)和船模試驗(yàn)的功率-航速曲線來進(jìn)行一定的換算。如果試航狀態(tài)是壓載吃水，可以通過船模試驗(yàn)時壓載吃水、設(shè)計(jì)吃水的功率-航速曲線和試航時得到的壓載狀態(tài)的功率-航速曲線，換算到實(shí)船的設(shè)計(jì)吃水時的功率-航速曲線。該方法在MEPC（海洋環(huán)境保護(hù)委員會）的關(guān)于EEDI（新造船能效設(shè)計(jì)指數(shù)）計(jì)算的相關(guān)文件中可查得。下面舉例說明兩種等比例換算實(shí)船設(shè)計(jì)吃水時的功率-航速曲線的方法。首先將船模報(bào)告的設(shè)計(jì)吃水和壓載吃水以及實(shí)船試航壓載吃水時的功率-航速曲線匯總見圖3，然后可以運(yùn)用等比例換算法得到實(shí)船的設(shè)計(jì)吃水時的功率-航速曲線。

圖3 船模試航曲線

2.3.1 定航速等比例換算功率

在航速一定的情況下，對實(shí)船設(shè)計(jì)吃水時的功率按照比例進(jìn)行換算：Pd（實(shí)設(shè)）Pd（模設(shè)）=Pd（實(shí)壓）Pd（模壓），故Pd（實(shí)設(shè)）=Pd（模設(shè)）×Pd（實(shí)壓）Pd（模壓），式中Pd（實(shí)設(shè)）——實(shí)船設(shè)計(jì)吃水時的功率；Pd（模設(shè)）——船模設(shè)計(jì)吃水時的功率； Pd（實(shí)壓）——實(shí)船壓載吃水時的功率； Pd（模壓）——船模壓載吃水時的功率。某散貨船在不同航速下相應(yīng)換算得到的設(shè)計(jì)吃水時的功率見表2，繪制得到的實(shí)船設(shè)計(jì)吃水功率-航速曲線見圖4，由此得到的考核航速是14.68kn。

表2 定航速等比例換算

圖4 定航速設(shè)計(jì)吃水航速

2.3.2 定功率等功率換算航速

在功率一定的情況下，對實(shí)船設(shè)計(jì)吃水時的航速按照比例進(jìn)行換算：V(實(shí)設(shè))/V(模設(shè))=V( 實(shí)壓)/V(模壓)，故 V ( 實(shí) 設(shè)) = V ( 模 設(shè)) × V ( 實(shí) 壓) /V (模 壓) ，式中，V (實(shí) 設(shè))——實(shí)船設(shè)計(jì)吃水時的航速；V(模 設(shè))——船模設(shè)計(jì)吃水時的航速；V (實(shí) 壓) ——實(shí)船壓載吃水時的航速；V (模 壓)——船模壓載吃水時的航速。上述散貨船在不同功率下相應(yīng)換算得到的設(shè)計(jì)吃水時的航速見表3，同樣繪制實(shí)船設(shè)計(jì)吃水時的功率-航速曲線見圖5，該曲線和2.3.1中得到的曲線甚為接近，得到的考核航速同樣為14.68kn。

表3 定功率等比例換算

圖5 定功率設(shè)計(jì)吃水航速

通過2.3.1和2.3.2中的兩種方法以及提供的計(jì)算實(shí)例，可以看出兩種方法估算得到的結(jié)果相當(dāng)接近。但鑒于有些航速曲線走勢的不同以及考核功率點(diǎn)的不同，換算結(jié)果可能會有微小的差異，即便 0.01 kn的航速差異也會影響考核點(diǎn)指標(biāo)，所以建議在換算時同時采用以上兩種方法，最終再選優(yōu)。

3 結(jié) 語

本文基于BSRA等航速修正方法，運(yùn)用相關(guān)理論知識，結(jié)合實(shí)船測速試驗(yàn)的相關(guān)步驟，對試驗(yàn)中可能遇到的問題進(jìn)行了探討。實(shí)船測速試驗(yàn)不僅是數(shù)據(jù)記錄確認(rèn)的過程，也是數(shù)據(jù)分析、修正、換算的過程。每個環(huán)節(jié)里都有諸多需要注意的問題，必須認(rèn)清每個步驟的意義和涉及的基本理論，才能合理地應(yīng)對船東在試驗(yàn)中提出的相關(guān)問題，正確地得到考核點(diǎn)的航速指標(biāo)。

[1] Lackenby, H. Note on the Effect of Shallow Water on Ship Resistance[R]．BSRA Report No．337，British Shipbuilding Research Association．1963.

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

[3] CB/T 3767-1996. 海船測速試驗(yàn)方法[S]. 1996.

[4] 盛振邦，劉應(yīng)中. 船舶原理[M]. 上海：上海交通大學(xué)出版社，2004.