基于staimo軟件系統的試航航速修正

黃建軍，李云軍，劉仕蓮，李輝，孫文利，李麗平

（中船黃埔文沖船舶有限公司，廣東 廣州 511462）

試航環境跟合同約定的航速環境不同，試航結果需經過修正[1]，得到合同航速和EEDI 航速[2]。荷蘭水池開發的STAIMO 具有航速修正功能[3]，本文闡述在公司最近試航的商船中,應用STAIMO 進行航速修正過程。

1 規范要求的試航環境、條件、要求

規范對試航的環境因素、船舶狀態、操作要求作了明確的規定,作為航速修正的先決條件和依據。

1.1 風力

試航時風力大小的限制跟船的兩柱間長Lpp 有關：

Lpp100m: 風力應不大于蒲氏六級

Lpp<100m: 風力應不大于蒲氏五級

1.2 波浪

（1）波高Hw ≤1.5η 或3m 時，可以用目測法確定波高,否則要用浪高儀測量。

（2）若用浪高儀測量，則要求波高Hw ≤2.25η。

（3）理想的波高Hw ≤0.5η，此時，興波阻力可以直接用船模試驗數據,否則，要進行系列波譜測量。

1.3 潮流

EEDI 測速時，一個來回周期內的流速變化應不大于0.3 節，否則，需增加同一功率下的一個來回跑。

1.4 海域和水深

試航水深應大于以下兩個公式計算結果中的大者：

若試航水深大于以下兩者中大者，航速不需做淺水修正：

式中：B 為型深，[m]；T 為船中平均吃水，[m]；Vs 為船舶航速，[m/s]；g 為重力加速度。

2 航速修正需準備的數據

2.1 船舶主尺度和主要技術參數

兩柱間長Lpp、型寬B、型深D、設計吃水T、載重量、螺旋槳數量、主機型號、主機MCR 和NCR、螺旋槳軸效率和槳軸內外徑及軸材料G-Modulus。

2.2 合同要求

航速和達到該航速時吃水、排水量、主機功率、螺旋槳轉速、裝載要求、sea margin、船舶狀態、環境要求。

2.3 EEDI 測速要求

EEDI 速度下艏艉吃水、排水量，EEDI 功率（75%MCR）。

2.4 船模試驗數據

船模在試航、合同、EEDI 要求下測速時裝載狀態，艏艉吃水、排水量，主機功率、轉速、對應速度和ETAD 值。

2.5 實船測量數據

（1）船舶狀態：艏舯艉吃水，排水量，水下橫剖面面積，主船體濕表面積，附體濕表面積，橫向受風面積。

（2）環境條件：天氣情況，海域，氣溫，氣壓，水溫，海水密度，水深，風速計高度，水流流向，流速。風速計安裝高度是水線以上10m，否則，風速要進行高度修正與轉化。

（3）實測數據（每個單程）：測速開始時間、結束時間、測速距離，主機功率、扭矩、轉速、油耗，航向，舵角，風速，風向，浪高、方向、周期，潮涌高、方向、周期。

3 航速修正

在得到試航數據后，需對數據進行檢查和評估，明確修正范圍和內容。比對船模試驗項目，檢查試航數據是否完整。

3.1 實船狀態

實船盡可能接近船模試航工況，首部吃水與船模吃水偏差在0.1m 內；統計實船排水量，水下橫剖面積，主船體和附體濕表面積，橫向受風面積，實船排水量與船模排水量的偏差應在2%以內。

3.2 實船環境

海浪大于2 級，風力大于蒲氏3 級時[4]，才需航速修正，實際操作是不管風浪流大小都修正到理想環境。如：

實船Lpp=176.8m，風速2.8m/s，屬2 級風；波高1.5m，屬3 級浪； 水深60.3m，規范水深3*SQRT(38.6*6.7)=48.25m，無需淺水修正，但風、浪、洋流要修正到理想環境。

3.3 航速修正流程

修正過程：基礎數據準備—實船測量數據收集—功率的修正—航速的修正—得到結果，如圖1，涉及功率、排水量、洋流、淺水及風浪流速方向角修正，水流方向、風向角、浪高和方向要轉化為跟船航向一致，正向逆風為0 度，風吹右舷為正，左舷為負，流向和波浪方向同理。

圖1 試航航速分析流程

圖2 航向角和方向角

3.4 利用STAIMO 進行修正

STAIMO 集成了規范要求及計算公式，關鍵要將上述數據按如下順序輸入系統以生成分析報告，順序錯誤無法下一步：

3.4.1 系統初始化數據

垂線間長LPP，型寬B，螺旋槳數量，主機MCR,NCR，軸傳輸效率，軸內外徑，軸材料G 模數。

3.4.2 試航工況初始化數據

EEDI測速，試航裝載要求，艏吃水，艉吃水，排水量。

3.4.3 合同數據

合同航速，合同航速時主機功率、轉速、裝載要求、環境條件、艏吃水、艉吃水、排水量、主機功率sea margin。

3.4.4 EEDI 測速初始化數據

裝載要求，艏吃水，艉吃水，排水量，EEDI 功率，Attained EEDI 航速（用規范要求Required EEDI 反推）。

3.4.5 船模報告數據

（1）船模試航數據 ：裝載，艏吃水，艉吃水，排水量，主機過載因子，各單程主機功率、轉速、ETAD 值、航速。

（2）船模合同航速數據：裝載，艏吃水，艉吃水，排水量，主機過載因子，各單程主機功率、轉速、ETAD 值、航速。

（3）船模EEDI 測速數據：裝載，艏吃水，艉吃水，排水量，主機過載因子，各單程主機功率、轉速、ETAD 值、航速。

關鍵點：一般船模試驗無耐波性和風洞試驗，在船模數據輸入時，不點選這兩項，否則無相關數據，系統不運行。

3.4.6 試航實船數據

測速主機功率點必須在65%—100%MCR 間，一般以65%、75%、80%、100%MCR 為測速功率，首尾功率各一個來回跑，中間功率各二個來回跑。測速前記錄艏艉吃水、測風儀高度、氣溫、水溫、水密度、氣壓、水深，算出排水量，水下橫剖面面積，主船體和附體濕表面積，橫向受風面積。各單程記錄：主機功率、轉速、航速、開始時間、結束時間、航向、風速風向角、波高周期方向角、潮涌高周期方向角。

表1 實船試航數據

關鍵點：浪高儀點選，若波高超要求而沒有浪高儀，系統認為數據錯誤而不運行。測速功率點不少于3 個，50%功率無效。功率點的設置跟來回跑的數量設置要一致。

3.4.7 修正結果

數據定義好后通過計算完成修正并生成模擬功率曲線得到合同和EEDI 速度并算出螺旋槳輕載因子，輕載因子在2%-9%比較合適，過小不利用于安全，過大不利于經濟性。

4 結語

圖3 功率－航速曲線

基于規范要求的船速修正，計算公式多而且非常復雜，稍有不慎就容易出錯，借助于STAIMO 軟件，可以得到很好的修正結果。測速功率點的設置，要滿足性能測試和航速修正要求，功率點設置越多，功率－航速曲線越精確，得到的最終結果更準確，但功率點過多，加大試航工作量。STAIMO 通過模擬功率曲線準確找到合同功率點的速度，大大提高了航速報告完成效率。