企业标准化船舶航速修正方法

第４８卷㊀第２期２０１９年４月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀船海工程ＳＨＩＰ＆ＯＣＥＡＮＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀
Ｖｏｌ.４８㊀Ｎｏ.２
Ａｐｒ.２０１９
㊀㊀㊀
ＤＯＩ:１０.３９６３/ｊ.ｉｓｓｎ.１６７１￣７９５３.２０１９.０２.０５０
企业标准化船舶航速修正方法
刘刚ꎬ厉敏燕
(上海外高桥造船有限公司ꎬ上海２００１３７)
摘㊀要:依据ＢＳＲＡ㊁ＩＴＴＣ２００５方法ꎬ结合本公司的实船试航经验ꎬ从测速试验环境条件㊁测速实施过程㊁测速记录数据㊁测速修正等角度ꎬ建立可实现性强且适合外高桥试航测速修正方法ꎬ经过系列船的实船验证ꎬ与船模试验结果有较好的吻合性ꎬ形成了本公司航速修正的企业标准ꎮ
关键词:航速修正ꎻＢＳＲＡꎻＩＴＴＣꎻ企业标准
中图分类号:Ｕ６６２㊀㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀㊀文章编号:１６７１￣７９５３(２０１９)０２￣０１９３￣０３
收稿日期:２０１９－０１－０８修回日期:２０１９－０３－１８
第一作者:刘刚(１９８１ )ꎬ男ꎬ学士ꎬ高级工程师研究方向:船舶总体设计
㊀㊀航速试验是实船试航的重要试验之一ꎬ试验结果直接表征航速是否满足合同要求ꎬ如不达标ꎬ
可能导致罚款或弃船ꎬ并影响船厂建造声誉ꎮ合同或建造规格书一般规定理想环境条件(即无风无浪且深水)下的航速ꎬ而实际上实船试航往往难以在理想环境条件下进行ꎮ对于外高桥船厂(以下简称ＳＷＳ)的试航船来说ꎬ部分船舶试航在天气条件理想的情况下进行ꎬ航速测试结果直接满足合同要求ꎮ然而更多的船舶受风浪等环境因素影响ꎬ原始测量结果达不到合同航速指标ꎬ必须按照规格书约定的航速修正方法ꎬ考虑环境因素进行航速修正后ꎬ得出理想环境下的航速结果ꎮ
纵观国外的各修正方法ꎬ其考虑的修正因素各不相同ꎬ以ＩＳＯ/ＦＤＩＳ１５０１６为例:２００２考虑的较为全面ꎬ其方法涉及对风㊁潮流㊁波浪㊁操舵㊁水温㊁航行状态和浅水的修正ꎮ但概念模糊ꎬ难以操作ꎬ并未得到广泛推广ꎮ而ＢＳＲＡ测速分析标准方法(ＢＳＲＡ即英国造船研究协会ꎬ以下简称ＢＳＲＡ方法)[１]易于实现ꎬ目前被普遍采用ꎬ但ＢＳＲＡ也存在缺陷ꎬ例如其未考虑波浪和涌浪对航速带来的不利影响ꎮ
ＳＷＳ
１７５ＫＢＣ/１７７ＫＢＣ/１７６ＫＢＣ/２０６ＫＢＣ㊁
１０５Ｋ/１０８ＫＡＦＲＡＭＡ㊁３１６Ｋ/２９７ＫＶＬＣＣ规格书中均提到按照ＢＳＲＡ方法进行航速修正ꎮ
ＢＳＲＡ方法给出了风㊁潮流㊁浅水修正的计算
方法ꎬ但对于浪没有具体的修正方法ꎬ按照实际经
验ꎬ如遇到测速海况比较恶劣ꎬ浪比较大的时候ꎬ仅依照ＢＳＲＡ方法修正难以达到合同规定条件下的航速要求ꎮ因此ꎬ考虑结合实船修正的经验ꎬ并采用第２４届ＩＴＴＣ推荐的测速分析方法(以下简称ＩＴＴＣ２００５方法)[２]中浪的修正方法ꎬ形成ＳＷＳ航速修正企业标准ꎬ将风㊁潮流㊁海表面波浪㊁浅水等因素对航速的影响纳入标准中ꎮ
１㊀测试条件及试验
１.１㊀测试条件
并非任何海况下的测速结果都能进行航速修正ꎬ航速修正时必须满足下测速条件ꎮ
１)风力不大于蒲氏风级６级ꎮ２)波浪的最大波高ξ１/１０不大于３.０ｍꎮ１.２㊀测速试验
所有测速试验都应进行往返航次测试ꎬ如果风力较大ꎬ则应选择顺风和逆风航向ꎮ
在测速试验中航向角应保持在ʃ３ʎ内ꎻ舵角保持在ʃ５ʎ内ꎮ
进行测速试验前ꎬ记录下述数据ꎮ①试验船名㊁海域㊁日期ꎻ②艏㊁舯㊁艉部的吃水ꎻ③测速区域的水深ꎬ海水密度ꎬ海水温度ꎬ大气温度ꎬ大气压力ꎻ④测风仪距水面高度ꎮ
每航次记录以下数据ꎮ①航向角ꎻ②相对风速和风向ꎻ③浪和涌大小ꎻ④螺旋桨转速㊁船舶对地速度和轴功率ꎮ
２㊀航速修正
需要准备的资料如下ꎮ总布置图㊁静水力表ꎻ
船模试验报告ꎻ螺旋桨设计资料ꎮ
３
９１
２.１㊀风的分析
根据测速试验记录值:相对风速ＶＲＷ㊁相对风
向以及船舶对地速度ＶＧ㊁船舶航向角ꎬ以及真风风速ＶＴＷꎬ真风风向构成矢量三角形ꎬ以此来观察测速区域的风速风向状态ꎮＶＷＴ＝Ｖｇ＋ＶＲＷ
(１)
２.２㊀风的修正计算
１)风对船的阻力ＲＡＡ由空气动压作用于水面
以上的船体上而形成ꎬ通过船艏风阻力因子ＣＡＡ计算ꎮ
ＲＡＡ＝ＣＡＡˑ(１/２ˑρˑＡＴˑＶＲＷ２)
(２)
式中:ρ为空气密度ꎬｋｇ/ｍ３ꎻＡＴ水线以上横投影面积ꎬｍ２ꎮ
２)ＣＡＡ可以通过下述公式计算(公式由常规商船整船模型风洞试验得出)ＣＡＡ＝Ａ０＋Ａ１ˑ２Ａ１/ＬＯＡ２＋Ａ２ˑ２ＡＴ/Ｂ２＋Ａ３ˑ
ＬＯＡ/Ｂ＋Ａ４ˑＳ/ＬＯＡ＋Ａ５ˑＣ/ＬＯＡ＋Ａ６ˑＭ
(３)
式中ＬＯＡ为总长ꎬｍꎻＢ船宽ꎬｍꎻＳ侧投影周长(不计水线长及细长船体舾装件ꎬ如桅杆ꎬ通风筒等)ꎬｍꎻＭ在侧投影上显著的桅杆或立柱的数量ꎻＣ从艏部到侧投影形心的水平距离ꎬｍꎻＡ０ꎬＡ１ꎬ Ａ６的值[３]查表取得ꎬ该表由风洞试验结果给出ꎬ
相对风同船艏的夹角不同ꎬ则对应的值不同ꎮ
３)在确定ＣＡＡ的试验中ꎬ其边界层近似于风倾斜作用于海面ꎮ这里针对实际的边界层流速不同增加一个边界层流速的修正因子ꎬΦ１ꎬ另外增加一个表示航速试验中不同的测风仪高度对ＣＡＡ的修正的修正因子ꎬΦ２ꎮ
因此ꎬ艏部风阻力系数为
ＣＡＡ１＝ＣＡＡˑΦ１ˑΦ２(４)
式中:
Φ１＝１＋２(ｎ＋１)ｎＶＧＶＲＷæèçöø÷２＋２ｎ＋１ＶＧＶＲＷｃｏｓγＲæèçöø
÷
Φ２＝２ｎ１＋ｎ２æè
çöø÷－４０ＺＴ[]
ꎬＺＴ>４０ｍ
４０ＺＴæèçöø
÷２
ｎ
ꎬＺＴ<４０ｍìîíïïïï式中ｎ取值如下ꎮ
集装箱船ｎ＝１１ꎬ拖捞船ꎬｎ＝１０ꎬ其他船ｎ＝
９.５ꎮ
４)计算风阻力ＲＡＡ及风消耗的功率ＰＳＷꎮＲＡＡ＝ＣＡＡ１ˑ(１/２ˑρˑＡＴˑＶＲＷ２)＝
ＡＴ/ＣˑＣＡＡ１ˑＶＲＷ２
式中Ｃ＝５.８３８(１＋０.００３６６ｔ)ˑ１０１２.５/Ｐａꎻ其中:ｔ为大气温度ꎬＣʎꎻＰａ为大气压力ꎬｍｂａｒꎮＰＳＷ＝ＰＥＷ/ηＤ
(６)
２.３㊀浪的修正计算
采用ＩＴＴＣ２００６推荐的浪阻力计算公式ꎮＲＷＶ＝０.６４ˑξＷ２ˑＢ２ˑＣＢˑρＡˑ１/ＬＯＡ(７)
式中:ξＷ为浪高ꎬｍꎻρＡ为海水密度ꎬｔ/ｍ３ꎮ此处浪高ξＷ为浪高(ｗａｖｅ)和涌高(ｓｗｅｌｌ)的合成浪高ꎮ
㊀㊀㊀㊀ξｗ＝
ξ２ｗａｖｅ＋ξ２
ｓｗｅｌｌ
(８)
式中:ξｗａｖｅ为浪高ꎬｍꎻ:ξｓｗｅｌｌ为涌高ꎬｍꎮ
２.４㊀潮流分析
１)在风和浪的修正之后ꎬ假定没有潮流存在
的情况下ꎬ无风无浪的的轴功率和航速数据应落在一根光滑的功率速度曲线上(对地速度与修正后的轴功率)ꎬ有潮流存在的情况下ꎬ上述值形成不同航向的曲线近似平行ꎮ
２)取测量点到平均线的水平距离为潮流速度ꎬ以时间为横坐标轴绘制潮流速度曲线ꎮ
３)依据各潮流速度点ꎬ绘制潮流速度随时间
变化的趋势线ꎬ把每个航次(即每个时间)对应趋势线上的潮流速度回归到１)ꎬ重复１)到３)ꎬ直到得到各航次的潮流速度点同趋势线比较吻合ꎬ取曲线上的潮流速度对各航速进行潮流速度修正ꎮ２.５㊀浅水修正
如果测速水域水深不满足下式ꎬ则需要进行浅水修正计算ꎮ
ｈ>５.５２ｄＶ/
Ｌｈｐ
(９)
式中:ｈ为试验区水深ꎬｍꎻｄ为设计型吃水ꎬｍꎻＶ为试验预计达到的最大航速ꎬｋｎꎻＬｂｐ为垂线间长ꎬｍꎮ
采用Ｌａｃｋｅｎｂｙ公式进行浅水修正ꎮΔＶＳ/ＶＳ＝０.１２４２(ＡＭ/ｈ２￣０.０５)＋
１－[ｔａｎｈ(ｇｈ/ｖＳ２)]１/２
(１０)
式中:ΔＶｖｓ在浅水中损失的航速ꎬｋｎꎻＶＳ船舶相对水流的速度ꎬｋｎꎻｖＳ船舶对水速度ꎬｍ/ｓꎻｈ为试验区水深ꎬｍꎮ
２.６㊀修正汇总及航速预报
依据最后的修正功率和速度ꎬ绘制试航状态对应的航速曲线ꎬ再绘制模型试验各状态下的速度曲线ꎬ用比例法绘制其他各状态的实船航速曲线ꎬ并预报考核点航速ꎮ４
９１
３㊀结论
本文所介绍的航速修正标准方法主要基于ＢＳＲＡ方法ꎬ并采用ＩＴＴＣ２００５浪修正公式弥补ＢＳＲＡ方法缺陷ꎮ根据目前实船经验ꎬ该修正标准适用于１０万ｔ级以上一般排水型低速船舶ꎬ对于特殊船型ꎬ需要通过实船进一步检验其合理性ꎮ另外ꎬ实船航速修正过程需要大量的输入数据ꎬ这就需要在试航前精心准备ꎬ在试航测速试验过程中需要仔细测量并采集试验数据ꎬ尽可能降低航速修正过程中的修正误差ꎬ提高航速修正结果的准确度ꎮ建议公司建立数据库ꎬ尽可能收集所有船舶的航速数据ꎬ并对该数据库进行整理分析ꎬ为进一步检验和完善该标准提供依据ꎮ
参考文献
[１]ＴＨＵＭＳＯＮＧＲ.ＢＳＲＡＳｔａｎｄａｒｄＭｅｔｈｏｄｏｆＳｐｅｅｄＴｒｉａｌＡｎａｌｙｓｉｓ[Ｒ].ＢＳＲＡＲｅｐｏｒｔＮＳ４６６ꎬ１９７８. [２]ＦｕｌｌＳｃａｌｅＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓＳｐｅｅｄａｎｄＰｏｗｅｒＴｒｉａｌｓＡｎａｌｙ￣ｓｉｓｏｆＳｐｅｅｄ/ＰｏｗｅｒＴｒｉａｌＤａｔａｏｆＩＴＴＣ￣ＲｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄＰｒｏｃｅｄｕｒｅｓａｎｄＧｕｉｄｅｌｉｎｅｓ[Ｒ].２４ｔｈＩＴＴＣꎬ２００５. [３]ＷｉｎｄＲｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆＭｅｒｃｈａｎｔＳｈｉｐｓ[Ｍ].Ｒ.Ｍ.Ｉｓｈｅｒ￣ｗｏｏｄꎬ１９７２.
ＳｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＳｈｉｐＳｐｅｅｄＣｏｒｒｅｃｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄ
ＬＩＵＧａｎｇꎬＬＩＭｉｎ￣ｙａｎ
(ＳｈａｎｇｈａｉＷａｉｇａｏｑｉａｏＳｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＳｈａｎｇｈａｉ２００１３７ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅａｃｔｕａｌｓｈｉｐｔｒｉａｌｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｏｆＳｈａｎｇｈａｉＷａｉｇａｏｑｉａｏＳｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬａｓｗｅｌｌａｓＢＳＲＡａｎｄＩＴＴＣ￣２００５ｍｅｔｈｏｄｓꎬａｓｅｔｏｆｖｅｌｏｃｉｔｙｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗｉｔｈｓｔｒｏｎｇｍａｎｅｕｖｅｒａｂｌｅａｎｄｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｔｈｅｔｒｉａｌｖｏｙａｇｅｏｆＷａｉｇａｏ￣ｑｉａｏｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｆｒｏｍｔｈｅａｓｐｅｃｔｓｏｆｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓꎬｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓꎬｖｅｌｏｃｉｔｙｒｅｃｏｒｄｉｎｇｄａｔａａｎｄｖｅｌｏｃｉｔｙｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎꎬ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆａｃｔｕａｌｓｈｉｐｔｒｉａｌｈａｄｂｅｅｎｉｎｇｏｏｄａｇｒｅｅｍｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｓｈｉｐｍｏｄｅｌｔｅｓｔꎬｗｈｉｃｈｆｏｒｍｓｔｈｅｃｏｍｐａｎｙ ｓｓｔａｎｄａｒｄｆｏｒｓｐｅｅｄｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ.
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｓｐｅｅｄｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎꎻＢＳＲＡꎻＩＴＴＣꎻｃｏｍｐａｎｙｓｔａｎｄａｒｄ
(上接第１９２页)
的检出率ꎬ提高产品质量ꎬ确保船舶的安全ꎮ６㊀结论
通过对ＥＨ４７高强度钢化学成分和性能分析ꎬ明确了焊接坡口形式和焊接方法ꎮ解决了生产实际中关于高强度钢的焊接问题ꎮ保证了ＥＨ４７高强度钢的焊接质量ꎮ参考文献
[１]唐松.龚传谊.ＥＨ４７超高强度钢焊接工艺研究[Ｊ].
江苏船舶ꎬ２０１４ꎬ３１(５):４２￣４４.
[２]周宏.超大型集装箱船用超高强度钢ＥＨ４７焊接残余应力模拟与实验研究[Ｊ].船舶力学ꎬ２０１７(８):３８￣４２. [３]蔡金裕.集装箱船厚板焊接质量与变形控制[Ｊ].金属加工(热加工)ꎬ２０１５(６):３４￣３６.
ＷｅｌｄｉｎｇＤｅｓｉｇｎｏｆＥＨ４７Ｈｉｇｈ￣ｓｔｒｅｎｇｔｈＳｔｅｅｌｆｏｒｔｈｅ２００００
ＴＥＵＣｏｎｔａｉｎｅｒＳｈｉｐ
ＹＵＡＮＷｅｎ￣ｒｏｎｇꎬＷＵＱｉａｎｇ
(ＳｈａｎｇｈａｉＷａｉｇａｏｑｉａｏＳｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＳｈａｎｇｈａｉ２００１３７ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＡｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍｏｆＥＨ４７ｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈｓｔｅｅｌｉｎｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇｏｆｔｈｅ２００００ＴＥＵｃｏｎｔａｉｎｅｒｓｈｉｐꎬｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｍｅｔｈｏｄꎬｇｒｏｏｖｅｆｏｒｍａｎｄｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｅｖａｌｕａｔｉｏｎｉｔｅｍｓｗｅｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂａｓｅｄｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｍａｔｅｒｉａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｒｅｌｅｖａｎｔｄｒａｗｉｎｇｓ.Ｔｈｅａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｎｏｎ￣ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｔｅｓｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗａｓｓｔｕｄｉｅｄｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｑｕａｌｉｔｙａｎｄｔｈｅｓａｆｅｔｙｏｆｓｈｉｐｓ.
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｃｏｎｔａｉｎｅｒｓｈｉｐꎻＥＨ４７ｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈｓｔｅｅｌꎻｗｅｌｄｉｎｇｄｅｓｉｇｎ
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