实船测试规程综述

实船测试规程综述
1 前言
实船试航中常规的船舶性能测试项目有：航速试验、操纵性试验、轴功率试验、船体振动试验和舱室噪声试验等。

对于军船还有耐波性试验和船体结构强度试验。

其测试结果代表了船体设计建造的水平，也是船厂能否顺利交船的重要依据。

遵循相应的测试规程，准确得到各种测试数据，是船东、船检、船厂和设计部门对测试人员的共同要求。

规定船舶性能测试规程的标准比较多，有国家标准、国家军用标准、行业标准和ISO标准等。

下面根据笔者的多次实船测试工作体会，结合各类测试项目，对相应的测试规程稍作介绍。

2 航速试验
在试航中，航速的测量极为重要。

航速测量结果是船东、船厂和船舶设计研究部门都非常关心的。

随着吨位的增大，传统的叠标测速法由于测速场的水深和有效试验海面面积的限制已不能满足测试要求。

用GPS定位测船舶航速的方法已被国际船舶界广泛使用和认可。

目前正式发布的测速规程主要有CB/Z 189-96《水面舰艇实艇快速性试验方法》和CB/T 3767-1996《海船测速试验方法》，都规定了叠标法和GPS测速法，但关于GPS测速法规定并不全面。

由708所起草的船舶行业标准《船舶航速和操纵性的DGPS测试方法》正处于报批阶段，该标准规定了用DGPS接收机测试船舶航速和操纵性的方法，现将其中有关航速试验部分作一介绍。

2.1 DGPS接收机
对接收机的选用、检查、维护、坐标和时间、应用软件等作了规定。

要求在差分信号作用200nmile内，定位误差应不大于5m（置信度95％，水平精度因子值不大于4）。

天线安装位置应尽量远离无线电干扰，天线5°仰角以上空间对卫星的视野应清晰，天线接地线应与船的接地系统连接，应能接收到4颗以上有足够强度的卫星信号。

应选择差分信号最强的差分台，保证差分信号良好。

2.2试验条件
关于试验条件的规定该标准与其他标准一样。

试验海区应有足够的助航距离和回旋
余地，水深满足要求。

风力不应大于蒲氏3级，海浪不应超过2级，潮流平稳。

液货船一般在装载状态，其他船舶可处于压载状态。

2.3试验内容和方法
按照船舶设计的正车工况，分别测定每一主机工况下的船舶航速。

使船舶保持直线航行，操舵角应不大于5°，尽量少操舵。

待航速稳定后，开始测速。

用DGPS接收机记录船舶运动轨迹及速度，通过接收机输出接口将数据传输到计算机。

记录时间一般为5min～10min，相应的测速距离应达到1 n mile以上。

计算船的单程平均对地航速。

在同一测速线上往返连续测量两次或三次，取平均值作为对应主机工况下的航速。

试验时记录船舶吃水、水深、气温、海水温度、海水密度、风向、风速、航向和流向等参数及试验时间等。

实际测速时，对于大吨位船舶，航速稳定需要很长一段时间。

如何判断航速已达稳定很重要。

原稿中提出“对于航速在10分钟内增加或减少不超过0.1节，可认为航速稳定”，该内容在审查会上被删除。

2.4数据处理和修正
当试验时的实际排水量与规定排水量相差不超过±5％时，可按海军系数法修正航速结果。

当试验时水深不能满足要求时，可按公式进行浅水修正。

实际试航中，因海况不能满足要求时，也常进行航速的风浪修正。

3 操纵性试验
目前关于船舶操纵性测试的规程主要有CB/Z 191-96《水面舰艇实艇操纵性试验方法》。

该标准对回转试验、Z形操纵试验、回舵试验、惯性实验、变航向试验、正螺线试验、逆螺线试验、倒航试验、威廉逊救生试验等作了详细的规定。

实际试航中，常做的操纵性试验有回转试验、Z形操纵试验、惯性试验、紧急停船倒车试验、航向稳定性试验和威廉逊救生试验等。

这些操纵性试验的操作规程都很经典，不再赘述。

然而CB/Z 191-96未明确指出用何种仪器进行测试。

正处于报批阶段的《船舶航速和操纵性的DGPS 测试方法》，规定了用DGPS接收机测试船舶操纵性的方法。

用DGPS接收机记录船舶运动轨迹、时间及速度，据此可计算出相关的操纵性参数，如回转试验的纵距、横距、战术直径和回转直径，惯性试验的停船迹程、停船纵距、停船横距和停船时间。

对于船长100m以上的带舵自航船舶和所有化学品船和气体运输船，其操纵性能评价适用IMO A.751 《船舶操纵性标准》。

4 轴功率试验
目前关于船舶轴功率测试的规程只有GJB 2854-97 《舰船轴功率测试方法》，该标准规定了舰船推进轴轴功率的测试方法及其条件，适用于新建和修理后的舰船试航时推进轴的测试，在役舰船推进轴轴功率测试亦可参照执行。

下面对其作简要介绍。

4.1测试条件及测试设备
对水深、海域宽度、海况、舰船横倾角、舰船排水量、被测轴测量长度及空间、测试仪器、测试人员和推进轴剪切模数等作了规定。

要求被测轴测量段要打光，光滑长度一般不小于0.5m，测量段轴的径向四周一般不小于0.2m。

仪器安装及测试准备一般应根据测功仪说明书的要求进行。

对扭矩传感器、供电滑环、转速传感器等作了安装规定。

要求卡板安装后，被测轴段变形长度的偏差为±0.2mm；转速传感器与讯号栅之间距离一般为4mm。

仪器安装好后，要进行零位调整、仪器系数修正、温度修正及预热等测试准备工作。

4.2测试方法及数据处理
测试时主机转速和功率应达到稳定，舰船航行于同一条测速线上；测试按设计工况进行；每种工况测试三次取平均值。

要求“每一种工况测试，须在主机转速稳定2min 后，同步读取或打印数据，数据组一般为20个，每一数据组应包括扭矩、转速、功率，数据采集应不小于12组”。

“在每种工况测试数据中，保留10个数据值，取该10个数据的平均值作为该工况一次的测试值。

”实际试航中，如果是大吨位的船舶，主机转速稳定后的2min内，轴功率一般还未稳定。

象15万吨以上的船舶，主机转速稳定后的30min~50min内，轴功率渐趋稳定，航速也渐趋稳定。

如果是在测航速的同时进行轴功率测试，一定要耐心等待轴功率和航速达到稳定。

另外，实船试航大纲中一般规定每种工况测试两次取平均值。

5．船体振动试验
关于船体振动测试的规程比较多，以下就试航中船体振动测试常碰到的测试规程问题作一比较说明。

5.1适用对象和评价标准
GB/T 14696-93《船舶振动测量规程》和GB/T 14697-93《船体振动测量》适用于海上航行船舶，内河船亦可参照使用；GB 7453-96《船体振动测量》适用于海上和内河船；
ISO 6954-2000适用于客船和商船。

GB/T 14696-93参照采用ISO 4867-84《船上振动数据测量和报告规程》，GB/T 14697-93参照采用ISO 4868-84《船舶结构与装置的局部振动数据测量和报告的规程》。

其中，ISO 6954-2000 强调人员的适居性，把测点划分成旅客舱、船员起居室和工作区，分别进行振动测量结果的评价。

GB 7453-96明确规定按GB/T7452.1-1996和GB/T7452.2-1996进行评价；GB/T 14696-93和GB/T 14697-93 规定“根据相应的评价标准”进行评价，未明确规定评价标准。

其实，GB/T 3471-1995《海船系泊及航行试验通则》对船体振动试验也有相关规定，但其引用了标准GB 7453-87 船体振动测量，而GB 7453-87现已被GB 7453-96 代替。

评价标准除上面提到的外，GJB1045.1~1045.3-90对舰艇、快艇和潜艇分别规定了船体振动评价标准。

所有振动标准都把振动大小分为三级：低于下限线为振动轻微（或良好），超过上限线为振动难以接受（或建议改进），中间区域为振动可以接受。

5.2测量仪器
GB/T 14696-93、GB/T 14697-93和GB 7453-96都规定应选用多通道并能长期保持记录的电子测量系统，通常由传感器、放大器、滤波器和记录器组成。

GB/T 14697-93和GB 7453-96还规定在能满足测量要求的前提下，可以使用单点测量的电子仪器或手持机械式测振仪。

在实际试航中，由于多通道电子测量系统涉及的仪器多，运输不便，测试麻烦，一般仅用于船体总振动的测量；测试局部振动通常用手持测振仪。

5.3试验程序中主机转速
GB/T 14696-93和GB/T 14697-93都规定主机转速从额定转速的一半开始，逐档递增至额定转速。

GB 7453-96规定可在主机额定转速和营运转速下进行振动测试。

ISO 6954-2000 只简要规定选取有代表性的主机转速。

在实际试航中，测量船体局部振动一般只选取某一转速，营运转速或额定转速。

多做一种主机转速下的振动测量，意味着工作量的倍增，测试时间的倍增。

而试航计划中往往安排的船体振动试验时间非常有限。

5.4记录时间
GB/T 14696-93、GB/T 14697-93和GB 7453-96都规定“信号记录的连续时间不小于60s”。

ISO 6954-2000 规定“信号记录的连续时间不小于60s。

如果显著振动的频率分量在2HZ以下的，则连续记录时间不小于2min”。

5.5测点和方向
GB/T 14696-93、GB/T 14697-93和GB 7453-96对测点和方向作了具体规定。

GB/T 14696-93规定的测点有尾部、上层建筑、船体梁、主机和推力轴承箱。

上层建筑指驾驶甲板上纵中剖面与前缘围壁的交点和上（主）甲板上纵中剖面与前缘围壁的交点。

GB/T 14697-93规定的测点有尾部、上层建筑、局部构件和机械装置。

GB 7453-96规定得详细点，测点有船体尾部、上层建筑、生活舱室（起居室、会议室、餐厅）、工作舱室场所（驾驶室、集控室、桥翼、报务室、海图室、厨房）等，并特别规定船长小于60m的商船一般只测垂向。

ISO 6954-2000 规定简单，要求测点足够多，以便描述出振动适居性，同时要求每层甲板至少两个点测三向，其它测点仅要求测垂向。

在实际试航中，局部振动测点除上面提及的船体尾部、上层建筑、生活舱室和工作舱室场所外，一般还要测罗经平台、机修间和舵机舱。

5.6测量报告
都要求包括船舶参数、测量条件和测量仪器，各测点由推进装置或机械设备激起的主要频率成分的振动幅值，依据相应的标准对测量结果进行评价。

此外测船体总振动时GB/T 14696-93要求提供船体梁各阶的固有频率、振型、阻尼和共振曲线。

6 舱室噪声试验
6.1现有测试标准介绍
船舶试航中的舱室噪声试验相对简单些。

目前测试规程主要应执行GB/T 4595-2000《船上噪声测量》。

GB/T 4595-2000为内河船和海船的船上噪声级的可重复性及可比性的测量，规定了测量的技术和条件。

GB/T 3471-1995中对新建海洋船舶的噪声试验作了简单规定，由试验条件、试验内容及程序和试验记录三项。

IMO 468 (XII)-81《船上噪声级规则》适用于1600总吨以上的新船，并明确规定不适用于动力支撑艇、渔船、军船及军队运输船、非机动船等等。

除了规定噪声测量外，IMO 468 (XII)-81还对最大容许声压级、噪声暴露极限值、起居处所之间的隔声、护耳及警告标志等作了详细规定。

6.2试验环境条件
标准都规定风力不超过4级，海况不超过3级，外来声源（如人、施工作业、风、浪、雨等）的噪声不应影响测量部位的声压级。

6.3船舶航行状态
标准都规定船舶在满载或压载状态下进行测量。

正常航行所必须的各种辅机及其他连续使用的机器应正常运转，空调和通风设备处于正常工作状态。

门窗应关闭，但对航行时长期敞开者除外。

对主机工况的规定，各标准有差异。

GB/T 4595-2000规定“主机应在正常的营运速度和不小于最大连续功率的85％工况下运行。

内河船舶的主机应在不小于最大连续功率的95％工况下进行。

”GB/T 3471-1995规定“主机应在85％额定转速下进行”。

IMO 468 (XII)-81规定“主推进装置应在正常设计使用的轴转速下运转”。

实际试航中，测量噪声时规定的主机工况一般是最大连续功率的90％或85％。

6.4测点和记录时间
噪声测量位置一般有起居舱室、机械场所（包括工作场所）、值班场所、敞开娱乐场所等。

标准都规定舱室较大时，测点可增加，但两相邻测点间距不小于2m且不大于7m。

在强噪声部位测量时，测点距噪声源外壳为1m。

GB/T 4595-2000和IMO 468 (XII)-81还明确规定测量时传声器在甲板以上的高度应在1.2m~1.6m之间，传声器位置距舱室周边界面距离不小于0.5m。

对于记录时间，GB/T 3471-1995和IMO 468 (XII)-81规定每个测点至少持续5s。

GB/T 4595-2000强调指出，考虑到整个测量的不确定度，测量的时间应足够长，至少为10s。

7耐波性试验
民船极少做耐波性试验。

目前关于耐波性测试的规程只有CB/Z 193-96《水面舰艇实艇耐波性试验方法》，该标准适用于水面舰艇的耐波性试验，下面对其稍作介绍。

7.1一般要求
标准对实施计划、保证船、测试用仪表、测试仪表的安装、试验海区、试验舰艇的状态、试验浪级、试验航速、试验航向和测量时间作了规定。

要求试验海区水域大于30nmile*30nmile，海区有足够水深。

舰艇的装载状态要尽可能地接近设计状态，排水量应接近正常排水量，其误差应在2%以内。

试验前初始横倾角应在±0.5°之间，初始纵倾角与设计状态之差应不大于0.1°。

试验航速为经济航速和在经济航速与给定浪级下可能达到的最高航速之间的二至四个航速。

试验的相对航向通常是从顶浪到顺浪以间隔45°或30°取5~7个航向及零速横浪的试验，对最高航速则进行顶浪和首斜浪试验。

关于测量时间，规定“测波仪对波浪的一次测量时间一般不少于25min” ，“每一试验航次需保证足够长的连续测量时间”。

一般说来，水面舰艇约需20min，高速快艇约需
10min。

对砰击测量时间为1h。

7.2详细要求
对测记项目、试验步骤和结果表达作了规定。

测记项目有浪高、相对风向和风速、航速、舰艇运动、舰体波浪载荷和艇体波浪载荷。

另外还有选测项目。

测航速时规定“在计程仪上读取航速并记录”。

现在实际测试中一般都用GPS测航速。

8船体结构强度试验
民船的结构强度试验做得少。

708所企业标准Q/708J23-1999《船体结构强度试验规程》，规定了船体结构强度试验实船试验的条件和方法以及测量数据报告中包含的内容。

下面对其稍作介绍。

8.1试验仪器
应选用具有多通道并能长期保存记录的电子测试系统。

通常由电阻应变片、静态或动态电阻应变仪和记录分析仪组成。

应具有良好满足被测物件要求的幅值线性，并能适应船上工作环境。

应变片要粘帖牢靠，方向要正确。

8.2船体结构的静力试验
标准规定了试验条件、试验方法、测试部位和试验结果。

应选在无风无浪的缓流静水区域。

船应处于空载状态。

以调整压载舱的压载来使船体产生中拱和中垂。

测量总纵弯曲应力的测点主要沿船长方向，在其主要构件上粘帖足够多的应变片。

局部强度测试点应选择在高应力或应力集中处。

8.3船舶在波浪中的强度试验
船在不同航速下，选择不同航向角进行航行，每个航向角航行20min，连续记录船体受力所产生的应力，同时要测试环境条件和船的运动状态。

［参考文献］
［1］CB/Z 189-96 水面舰艇实艇快速性试验方法
［2］CB/T 3767-1996 海船测速试验方法
［3］CB/T 3970-xxxx 船舶航速和操纵性的DGPS测试方法（报批稿）
［4］CB/Z 191-96 水面舰艇实艇操纵性试验方法
［5］GJB 2854-97 舰船轴功率测试方法
［6］GB/T 3471-1995海船系泊及航行试验通则
［7］GB/T 14696-93 船舶振动测量规程
［8］GB/T 14697-93 船舶局部振动测量规程
［9］GB 7453-96 船体振动测量
［10］ISO 6954-2000 Mechanical vibration-Guidelines for the measurement, reporting and evaluation of vibration with regard to habitability on passenger and merchant ships
［11］ISO 4867-84 船上振动数据测量和报告规程
［12］ISO 4868-84 船舶结构与装置的局部振动数据测量和报告的规程
［13］GB/T 7452.1-1996 商船振动综合评价标准
［14］GB/T 7452.2-1996 船长小于100m商船振动综合评价标准
［15］GJB 1045.1~1045.3-90 舰艇船体振动评价标准
［16］GB/T 4595-2000 船上噪声测量
［17］IMO 468 (XII)-81 船上噪声级规则
［18］IMO A.751船舶操纵性标准
［19］CB/Z 193-96《水面舰艇实艇耐波性试验方法》
［20］Q/708J23-1999《船体结构强度试验规程》。