ISO 15016—2015及其對實船測速的影響分析

余 欣，陳勝蘭，蔡躍勝

（滬東中華造船（集團）有限公司，上海 200129）

規(guī)范與標準

ISO 15016—2015及其對實船測速的影響分析

余 欣，陳勝蘭，蔡躍勝

（滬東中華造船（集團）有限公司，上海 200129）

通過介紹ISO 15016—2015的提出背景、基本內(nèi)容和計算方法，給出在實船測速中應(yīng)注意的事項。結(jié)合已完成的3艘8.2萬dwt系列散貨船實船測速、速度修正計算的實例，分析各環(huán)境因素對修正計算結(jié)果的影響。分析認為：對于該系列的3艘船，在特定的環(huán)境條件下，波浪、溫度和風(fēng)是影響航速/功率分析結(jié)果的主要因素。

ISO 15016—2015；8.2萬dwt系列散貨船；實船測速；環(huán)境因素

0 引 言

ISO 15016—2002[1]（以下簡稱ISO 2002）是由國際標準化組織（International Standardization Organization，ISO）在2002年11月3日發(fā)布實施的，目的是為試航結(jié)果提供一種標準化的分析方法。ISO 2002定義了測速的基本要求，考慮了各種環(huán)境因素的影響，提供了詳細的修正計算過程和方法。ISO 15016—2015[2]（以下簡稱ISO 2015）是于2015年5月1日在國際海洋環(huán)境保護委員會（Maritime Environment Protection Committee，MEPC）第68屆會議上通過并于2015年9月1日強制執(zhí)行的標準，旨在為實船測速的速度/功率分析提供一種可操作、標準化的試驗流程和修正方法。

ISO 2015在ISO 2002的基礎(chǔ)上大量參照國際拖曳水池委員會（International Towing Tank Conference，ITTC）關(guān)于實船測速的相關(guān)內(nèi)容[3]，不僅使實船測速的速度/功率分析計算方法在過程中得到了進一步的規(guī)范和細化，同時對測速相關(guān)方的責(zé)任、試驗準備、船舶狀態(tài)、環(huán)境條件、試驗程序、試驗執(zhí)行和數(shù)據(jù)記錄等提出了明確要求。因此，ISO 2015是目前包括船東、船級社、船舶設(shè)計方和船廠等在內(nèi)的相關(guān)方廣泛接受的有關(guān)實船測速及速度/功率修正分析方法的國際標準。

1 ISO 2015修正計算方法

在實船試航過程中，實際的測速環(huán)境與理想狀態(tài)（主要指水池試驗對應(yīng)的環(huán)境）是不同的，ISO 2015通過對不同環(huán)境因素對功率和航速的影響進行分析修正，得到實船在理想狀態(tài)下的性能。ISO 2015航速/功率修正基本流程見圖1。

在整個航速/功率修正基本流程中，ISO 2015對風(fēng)和浪的修正、水溫和海水密度的差異、流和淺水修正及排水量修正等都有詳細的環(huán)境限制條件、計算公式和計算過程。波浪修正主要有簡化計算法（STAWAVE-1）、經(jīng)驗公式法（STAWAVE-2）、理論計算法和船模耐波性試驗轉(zhuǎn)換法等4種計算方法[4]，其中應(yīng)用較多的是前2種，而實船測速中的通用簡化方法是STAWAVE-1。

圖1 ISO 2015航速/功率修正基本流程

2 ISO 2015對于實船測速影響的注意事項

相對于ISO 2002，ISO 2015對環(huán)境條件、船舶狀態(tài)、測速要求和試驗程序等有更為詳細的規(guī)定及操作流程。因此，需根據(jù)上述項目類別逐一說明相應(yīng)的注意事項。

2.1 環(huán)境條件

根據(jù)ISO 2015的環(huán)境條件要求，需注意以下事項：

1) 在進行實船測速時，要選擇在天氣和海況良好時出海；

2) 在測速區(qū)域的選擇上，要選擇深度滿足要求的海域，同時避開洋流變化較大的區(qū)域。

2.2 船舶狀態(tài)

一般散貨船的試航狀態(tài)為壓載狀態(tài)，即具有艏艉縱傾。根據(jù)ISO 2015的船舶狀態(tài)要求，需注意以下事項：

1) 在駛離碼頭前，確認船體和螺旋槳表面的狀態(tài)，保證其潔凈，若表面有附著物或浮江生物，要及時進行水下清理。

2) 在測速前調(diào)整壓載狀態(tài)，保證船舶的實際排水量與水池試驗排水量的誤差在2%以內(nèi)，同時保證艏吃水與船模試驗相比差值不超過±0.1m。

2.3 測速要求

ISO 2015對功率點的選擇、測速的時間和操舵角等都有具體的要求，需注意以下事項：

1) 在近海圖中找出符合要求的航線，避開漁船作業(yè)區(qū)、燈塔等其他外界干擾，找出合適的迎浪和頂浪的航向角及距離足夠的航線，在駕駛室雷達系統(tǒng)中標定，若沒有其他意外情況，則按照該標定航線進行測速試驗。

2) 當(dāng)主機轉(zhuǎn)速、功率和航速均穩(wěn)定以后，實船即達到穩(wěn)定狀態(tài)。在該狀態(tài)下連續(xù)進行測速試驗，保證各航次的試驗時間≥10min，同時完成數(shù)據(jù)記錄。

3) 測速期間保證航向的直線穩(wěn)定性。可通過操舵對航向進行微調(diào)，操舵幅值≤5°。

4) 要求至少有3個功率點，每個試驗功率點的來回數(shù)量根據(jù)流的處理方法確定，分為平均法和迭代法。(1) 平均法。對首制船選擇每個功率點2個來回，后續(xù)船每個功率點1個來回。

(2) 迭代法。對首制船在合同功率/EEDI功率附近2個來回，其他功率點1個來回。

2.4 試驗程序

與ISO 2002相比，ISO 2015對數(shù)據(jù)記錄也有詳細的規(guī)定和要求。在ISO 2002規(guī)定的測量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，當(dāng)采用簡化計算方法STAWAVE-1修正波浪時，需額外測量船首加速度，同時要注意浪向角（波浪與船首的夾角）的范圍。

3 實船測速修正計算分析

根據(jù)某型8.2萬dwt的3艘系列散貨船ISO 2002與ISO 2015航速修正計算結(jié)果的比較及ISO 2015功率修正各環(huán)境因素對計算結(jié)果的影響，對ISO 2015進行全面的分析。該型散貨船（包括首制船，共3艘）的船型基本參數(shù)見表1。

表1 某型8.2萬dwt散貨船船型基本參數(shù) m

測速功率點分別為100%SMCR，90%SMCR和NCR（73%SMCR）。在1#，2#和3#測速試驗中，真風(fēng)風(fēng)速[5]和水溫見表2。

表2 測速試驗的真風(fēng)風(fēng)速和水溫

3.1 ISO 2015與ISO 2002航速修正計算結(jié)果的比較

通過對風(fēng)、浪、水溫、密度、流和淺水效應(yīng)進行修正，得到理想狀態(tài)（無風(fēng)、無浪、無流）下的計算結(jié)果，系列船ISO 2015與ISO 2002航速修正計算結(jié)果見表3。在采用ISO 2002進行修正計算時，采取ITTC 2005年“Specialist Committee on Powering Performance and Prediction”中推薦方法修正波浪增阻。

表3 系列船ISO 2015與ISO 2002航速修正計算結(jié)果

將系列船ISO 2015與ISO 2002航速修正計算結(jié)果及航速指標繪制成折線圖，得到航速修正計算結(jié)果比較（見圖2）。

由圖2可知，ISO 2015和ISO 2002航速修正結(jié)果均達到了水池船模試驗的航速預(yù)報值，偏差量為-0.05～0.20kn，達到了設(shè)計要求和設(shè)計目標；而ISO 2015航速修正計算結(jié)果相比ISO 2002偏小，偏小值為0.04～0.13kn。在采用ISO 2002方法對流進行修正計算時，1#船3個往返流的平均修正值約為0.14kn，而2#船和3#船3個往返流的平均修正值約為0.04kn。ISO 2015對1個往返的速度取平均值，可將流的影響抵消。因此，盡管1#首制船的修正功率百分比相比2#船和3#船要小得多，但其航速修正結(jié)果比后面姊妹船要偏大0.10kn。

圖2 ISO 2015與ISO 2002航速修正計算結(jié)果比較

3.2 ISO 2015各環(huán)境因素對功率修正結(jié)果的影響

在采用ISO 2015進行修正計算時，不同環(huán)境因素（包括溫度、密度、排水量、風(fēng)、波浪（包括浪和涌）及螺旋槳載荷）變化對功率修正結(jié)果的影響是不同的。航速修正主要是對淺水和流進行修正。這里主要對系列船的功率修正計算結(jié)果進行說明。

將1#船、2#船和3#船的功率修正值除以最大服務(wù)輸出功率PSMCR，得到無因次化的功率修正百分比見表4～表6，為簡化表達，表中的功率修正百分比均取絕對值。

表4 1#船修正功率百分比 %

表5 2#船修正功率百分比 %

表6 3#船修正功率百分比 %

基于系列船1#船、2#船和3#船實船測速的功率修正計算結(jié)果，對各影響因素進行分析。由表4～表6可知：功率修正量主要來自于波浪修正、溫度修正和風(fēng)的修正，共占總修正量的95%以上，而密度、排水量和載荷變化修正量較小，不超過5%；波浪修正約占總修正量的80%～90%，溫度修正量約為總修正量的10%～15%，風(fēng)的修正量約為總修正量的5%。

由以上結(jié)論可知，對于該系列3艘散貨船，在測速時的所有環(huán)境因素中，波浪、溫度和風(fēng)是影響修正計算結(jié)果的主要環(huán)境因素。當(dāng)然，上述結(jié)論是對于真風(fēng)風(fēng)速較小、溫度與15℃相比偏離較大的環(huán)境條件而言的。對于其他特定船型，有關(guān)各環(huán)境因素對修正計算結(jié)果的影響及各因素所占的比重大小，需根據(jù)實船測速時的環(huán)境條件具體分析。因此，對于測速時各環(huán)境參數(shù)的測量，包括波高（浪高和涌高）、波向角（浪向角和涌向角）的測量，風(fēng)速、風(fēng)向及海水溫度和密度的測量，都要客觀、精確。

4 結(jié) 語

ISO 2015已于2015年9月1日強制執(zhí)行。在實船測速中，正確使用ISO 2015的航速/功率修正計算方法，得到各相關(guān)方均較為關(guān)心的合同航速值，對順利交船而言非常重要。當(dāng)然，ISO 2015還有需要完善的地方，比如波浪的單程修正及其計算方法的合理性、航向規(guī)定的合理性等。

[1] ISO. Ships and marine technology—Guidelines for the assessment of speed and power performance by analysis of speed trial data: ISO 15016—2002[S]. 2002.

[2] 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.

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

[4] ITTC. Testing and extrapolation methods loads and responses, sea keeping predicting of power increase in irregular waves from model experiments in regular waves: ITTC 7.5-02-07-02.3[S]. 2014.

[5] 中國船舶工業(yè)集團公司，中國船舶重工集團公司，中國造船工程學(xué)會. 船舶設(shè)計實用手冊(總體分冊)[M]. 3版. 北京：國防工業(yè)出版社，2013.

Analysis of ISO 15016-2015 and its Effect on the Speed-test in Sea Trial

YU Xin，CHEN Sheng-lan，CAI Yue-sheng

（Hudong-Zhonghua Shipbuilding (Group) Co., Ltd., Shanghai 200129, China）

This paper introduces the background, the basic contents and the calculation method of ISO 15016-2015 and gives some advices to the speed test of the sea trial. The influence of different environmental factors on the speed correction calculation is analyzed based on result of the sea trial speed tests and the speed correction calculations of three 82000dwt bulk carriers. The conclusion shows that wave, temperature and wind are the main environmental factors influencing the results of speed/power analysis of the three ships under specific environmental conditions.

ISO 15016-2015; 82000dwt series bulk carriers; speed-test of sea trial; environmental factor

U661.78

A

2095-4069 (2017) 05-0082-05

10.14056/j.cnki.naoe.2017.05.016

2016-07-21

余欣，男，工程師，1989年生。2014年畢業(yè)于大連理工大學(xué)船舶與海洋工程專業(yè)，現(xiàn)從事船舶總體開發(fā)設(shè)計工作。