关于MSC.365(93)决议舵效验证要求的实施建议

关于MSC.365(93)决议舵效验证要求的实施建议
一、任务来源
IMO第93届海上安全委员会于2014年5月通过了MSC. 365(93)决议，2016年1月1日生效；同时批准了MSC.1/ Circ.1482通函，鼓励业界提前实施该决议关于舵效试验的要求。

根据总部下达上海所的IMO决议转化要求，即“立项研究操舵服务产品”和“转化时考虑通函MSC.1/ Circ.1482提前实施的内容”，上海规范与技术中心指定动力性能小组进行专项研究。

现将情况报告如下。

二、技术背景
SOLAS II-1章第29条3.2和4.2款分别要求主、辅操舵装置能在规定时间内将舵从一舷一定角度转至另一舷规定的角度。

操舵试验作为船舶航行试验中的重要项目之一，其主要目的是验证操舵装置及其控制系统性能，并确定舵效是否满足SOLAS II-1/29条上述要求。

但对于某些船舶(如散货船、大型集装箱船和LNG运输船等)，试航条件无法满足最大航海吃水的要求，甚至舵叶可能处于部分浸没状态。

IMO于2014年5月22日以MSC.365(93)决议通过了《1974年国际海上人命安全公约》（SOLAS）的修正案，其中对SOLAS第II-1/29.3.2条的修订，给出了证实操舵装置符合性能要求的变通方法（以主操舵为例）:
“如船舶在试航中无法处于最深航海吃水并以与主机最大连续转速和最大设计螺距相应的速度前进，从而证明符合本要求时，无论其建造日期，船舶可通过下列方法之一证明符合本要求(注：后文简称方法1、方法2和方法3)：
1. 试航中船舶处于平浮且舵完全浸没，同时以与主机最大连续转速和最大设计螺距相应的速度前进；或
2. 如试航中不能实现舵完全浸没，应使用建议的试航装载工况下浸没的舵叶面积计算合适的前进速度。

计算出的前进速度应导致主操舵装置上的受力和扭矩至少与船舶处于最深航海吃水并以与主机最大连续转速和最大设计螺距相应的速度前进时所测得的值同等大小；或
3. 试航装载工况下的舵力和扭矩已经可靠预测并推断至满载工况。

船速应与主机最大连续转速和螺旋桨最大设计螺距相对应。

”
(附英文原文：
.1 during sea trials the ship is at even keel and the rudder fully submerged whilst running ahead at the speed corresponding to the number of maximum continuous revolutions of the main engine and maximum design pitch; or
.2 where full rudder immersion during sea trials cannot be achieved, an appropriate ahead speed shall be calculated using the submerged rudder blade area in the proposed sea trial loading condition. The calculated ahead speed shall result in a force and torque applied to the main steering gear which is at least as great as if it was being tested with the ship at its deepest seagoing draught and running ahead at the speed corresponding to the number of maximum continuous revolutions of the main engine and maximum design pitch; or
.3 the rudder force and torque at the sea trial loading condition have been reliably predicted and extrapolated to the full load condition. The speed of the ship shall correspond to the number of maximum continuous revolutions of the main engine and maximum design pitch of the propeller;)
三、研究路线
1. 调研业界开展舵效试验的方法和经验， 探讨自行开展相关研究的可行性；
2. 跟踪研究IACS PT PM11801关于制定SOLAS II-1/29.
3.2舵效验证的统一解释。

四、调研情况
1. 上海所动力性能小组组长苏一华博士联合江苏分社杨世知高工于2015年6月拜访了中船重工第702研究所耐波性/操纵性水池主任匡晓峰，初步了解702研究所开展的相关工作，并介绍了相关研究内容，双方进行了技术交流。

还与708研究所专家进行了交流。

两所均表达了浓厚的兴趣。

另外，调研中还了解到，一些船舶因试航时无法使舵全浸没，干脆直接将上面一部分舵叶切割掉，已达到全浸没的目的。

2. DNV的实际审图操作
DNV目前船体和轮机专业分别进行本专业的计算，然后进行综合评判。

船体专业按照实际浸没的舵叶面积和全浸没的规范公式来计算舵叶未全浸没时的舵力和扭矩。

初步判断DNV采用了线性的方法。

3. BV的实际审图操作：BV目前审图采用总部开发的Excel表格进行审图，输入相关参数，即可预报全浸没和非全浸没时的转舵时间。

其中舵力计算采用和DNV一样的方法，采用全浸没时的规范公式。

五、自行研究的可行性
一种方法是采用简单的方法(例如采用舵全浸没时规范计算公式)预报舵未全浸没时的舵力和扭矩，利用两种状态下舵力的比值、舵机的工作压力(额定工作扭矩对应的工作压力)来确定试航时的最大允许工作压力。

该方法粗略，但具有可操作性。

另一种方法是采用水池模型试验、数值计算等方法，对舵未全浸没时的影响因素进行研究，建立准确预测舵效，并将试航装载工况下测得的舵力和扭矩可靠预测并能推断至满载工况的方法。

该方有望回归出简单的计算公式，但由于需
要针对不同的船型及一定尺度范围船舶的大量模型试验和数值计算，需要大量的人员和资金投入。

由于我社缺乏专门的有经验的操纵性专业人才，需要外协。

六、跟踪研究IACS PT PM11801关于制定SOLAS II-1/29.3.2舵效验证的统一解释
IACS PT PM11801已制定了统一解释UI SC246(Rev.1,1 July 2015)。

可以预计GPG 将该UI 提交IMO SDC 3审批（见12033_IGi）。

该UI 针对MSC.365(93)舵效验证中的方法1和方法3给出了明确解释和具体可行的实施方法。

针对方法1，要求舵完全浸没和可接受的纵倾(附英文原文：the rudder is fully submerged (at zero speed waterline) and the vessel is in an acceptable trim condition.)
针对方法3，给出了将实测舵杆扭矩(表征为舵机液压)外推至舵叶全浸没的系数α：
其中：A F 和A T 分别全浸没和未全浸没情况下浸没部分舵叶的投影面积；V F 为建造合同设计航速；V T 为舵效试验实测航速。

(附英文原文：
The rudder torque at the trial loading condition have been reliably predicted
(based on the system pressure measurement) and extrapolated to the
maximum seagoing draught condition using the following method to
predict the equivalent torque and actuator pressure at the deepest
seagoing draught:
Where: αis the Extrapolation factor
Q F is the rudder stock moment for the deepest service draught and
maximum service speed condition.
Q T is the rudder stock moment for the Trial Condition.
A F is the total immersed projected area of the movable part of the
rudder in the deepest seagoing condition.
2)((25.1T
F T F V V A A =ααT F Q Q =2)((25.1T
F T F V V A A =α
A T is the total immersed projected area of the movable part of the
rudder in the trial condition.
V F is the contractual design speed of the vessel corresponding to the
maximum continuous revolutions of the main engine at the deepest
seagoing draught.
V T is the measured speed of the vessel (considering current) in the trial
condition.
Where the rudder actuator system pressure is shown to have a linear relationship to the rudderstock torque the above equation can be taken as:
Where:
P F is the estimated steering actuator hydraulic pressure in the deepest
seagoing draught condition
P T is the maximum measured actuator hydraulic pressure in the trial
condition.
Where constant volume fixed displacement pumps are utilised then the
regulations can be deemed satisfied if the estimated steering actuator
hydraulic pressure at the deepest draught is less than the specified
maximum working pressure of the rudder actuator. Where a variable
delivery pump is utilised pump data should be supplied and interpreted
to estimate the delivered flow rate corresponds to the deepest
seagoing draught in order to calculate the steering time and allow it to
be compared to the required time.
Where A T is greater than 0.95 A F there is no need for extrapolation
methods to be applied. )
七、方法2 实施难度分析
对于方法2，如果要保证和全浸没状态相同的舵杆扭矩，在舵叶未全浸没的状态下试航试验时，需要采取更大的、超过最大服务航速的航速进行操舵试验。

若采用IACS UI SC246中方法3的计算公式，为保证Q F =Q A ，
针对不同的A T /A F , V'T /V'F 列表如下： A T /A F
V'T /V'F 0.90
1.18 0.80 1.25
αT F P P =
0.70 1.34
0.60 1.44
0.50 1.58
从上表可以看出，当10%的舵叶投影面积未浸没时，试航航速V'T需较V'F(舵叶全浸没时的航速)增大18%，因此需要保证该吃水状态下船舶主机具有足够的功率。

航速增加后，船舶定常回转稳定横倾角增大，且与航速的平方成正比。

对于舵叶未浸没的航行工况，如果叠加浪和侧向突风的影响，有可能使船舶处于危险状况[1]。

除此之外，如果船舶高速航行，舵叶和螺旋桨在未浸没的情况下会出现涡激振动并造成结构损坏。

方法2的可行性受到了业界的广泛质疑，在调研702和708的过程中也收到了相同的意见。

IACS PT PM11801也质疑该方法的可行性。

八、实施方法建议
1. 鉴于IACS已制定出IACS UI SC246(Rev.1,1 July 2015),且其中针对方法1和方法3的要求具体明晰，具有可操作性，目前可以满足所有的舵效验证试验需求，因此我社需要在UI SC246(Rev.1, 1 July 2015)的基础上开展实施研究。

首先需要消化理解该统一解释，及时转化到法定检验实施指南中。

积极向相关方进行宣贯，充分解释方法1和方法3的优点，引导船东及相关方按照该统一解释，以方法1或方法3进行舵效验证试验。

其次,需要转化到验船师须知,明确实船试验应按方法1或方法3进行并按该UI进行相关计算。

2. 鉴于运用方法2可能带来的问题和影响，并受到业界的广泛质疑的情况，除非运用方法1和3不可行，不主张采用方法2进行舵效验证试验，在宣贯时予以充分阐述。

同时，建议继续跟踪IMO对方法2应用的反馈，视情况确定下一步的行动。

3. 若在MSC.365(93)决议实施过程中，仍有船东采用方法2进行舵效验证试验，则应在验船师须知中予以明确：
（1） 船东应自主提交完备的等效航速计算资料，由我社对船东提交的计算资料进行审批；
（2） 现场检验单位应对试验中的相关风险进行充分评估，在检验服务过程中对自我保护的措施予以充分考虑，如试验协议、试验备忘录等。

4. 关于MSC.1/ Circ.1482通函，由于MSC.365(93)决议即将于2016年1月1日生效，目前没有必要针对该通函采取特别的行动。

参考文献
[1] 杨世知,张晓荃,郭凯.等效全速操舵试验风险分析[J].中国船舶,2014(1):121-127.。