實船測速試驗分析

陳勝蘭，屈 搏，龐 達，龍 潺

（滬東中華造船（集團）有限公司，上海 200129）

0 引 言

航速是船舶規(guī)格書述及的一項重要指標，規(guī)格書中對保證船速的規(guī)定是基于無風、無浪、深水且光滑船體的理想狀態(tài)，而試航期間實船測速時的外界環(huán)境不可能為理想狀態(tài)，因此必須進行航速修正。從船舶測速試驗開始到得到最終的修正航速，需要經(jīng)過數(shù)據(jù)測量、數(shù)據(jù)記錄和數(shù)據(jù)分析等過程。本文基于BSRA（英國船舶研究協(xié)會）的標準測速分析方法，對多次實船測速試驗中遇到的和船東關注的一些問題進行探討。

1 實船測速數(shù)據(jù)測量

1.1 船舶吃水

1.2 測速試驗水深

1.3 潮流

船舶在海上順流或逆流而行，航速會受到潮流的影響，因而試航過程中常常采用往返一次平均測速的方法來消除潮流的影響。船舶測速時，若船舶逆流航行時的潮流速度很大，大于返回時順流航行的潮流速度時，可以不考慮潮流的修正。如果船東要求潮流修正，可以把潮流曲線提供給船東并解釋：若考慮潮流修正將會給航速更多的補償，而此時不考慮潮流修正是對考核航速的一種保守估算。提供的潮流信息可參照表1和圖1。

表1 潮流速度 kn

圖1 潮流曲線

2 實船測速數(shù)據(jù)分析

2.1 真風風速

2.2 浪

船舶在波浪中航行，阻力的增加與波高的平方成正比，測速時需要確認浪的高度來進行浪的修正。確認浪高一般有兩種方法，一種是通過肉眼根據(jù)風浪的形態(tài)進行評估，另一種是通過真風速度對浪高進行評估。如蒲氏風4級的風速為5.5～7.9m/s，對應的浪高為1～1.5m。測速試驗時的真風速度一般也為蒲氏風4級，浪高在1m左右，和通過肉眼觀測下來的浪高比較一致。

圖2 速度矢量

阻力的增加同時取決于船舶的縱搖和升沉運動的強烈程度以及波浪的相位關系。當波浪周期與船的縱搖周期接近時，即使波高不大，也會發(fā)生相當大的縱搖運動，導致船舶阻力增大，測速時應調(diào)整船的航向來避免這種情況。另有研究表明，當所遇波浪的波長等于或大于船長時，船舶的縱搖和升沉運動將大為加劇，阻力也將顯著增大，測速時也應避免此種情況的發(fā)生。

2.3 不同吃水狀態(tài)下的航速

在測速數(shù)據(jù)記錄和航速修正后，可以得到船舶在試航吃水狀態(tài)下的功率-航速曲線，并由此獲得考核功率點所對應的航速，確定是否滿足說明書中航速指標的要求。有些船東還想知道另一個狀態(tài)的航速指標是否也滿足要求，這時就需要根據(jù)試航狀態(tài)和船模試驗的功率-航速曲線來進行一定的換算。如果試航狀態(tài)是壓載吃水，可以通過船模試驗時壓載吃水、設計吃水的功率-航速曲線和試航時得到的壓載狀態(tài)的功率-航速曲線，換算到實船的設計吃水時的功率-航速曲線。該方法在MEPC（海洋環(huán)境保護委員會）的關于EEDI（新造船能效設計指數(shù)）計算的相關文件中可查得。下面舉例說明兩種等比例換算實船設計吃水時的功率-航速曲線的方法。首先將船模報告的設計吃水和壓載吃水以及實船試航壓載吃水時的功率-航速曲線匯總見圖3，然后可以運用等比例換算法得到實船的設計吃水時的功率-航速曲線。

圖3 船模試航曲線

2.3.1 定航速等比例換算功率

在航速一定的情況下，對實船設計吃水時的功率按照比例進行換算：Pd（實設）Pd（模設）=Pd（實壓）Pd（模壓），故Pd（實設）=Pd（模設）×Pd（實壓）Pd（模壓），式中Pd（實設）——實船設計吃水時的功率；Pd（模設）——船模設計吃水時的功率； Pd（實壓）——實船壓載吃水時的功率； Pd（模壓）——船模壓載吃水時的功率。某散貨船在不同航速下相應換算得到的設計吃水時的功率見表2，繪制得到的實船設計吃水功率-航速曲線見圖4，由此得到的考核航速是14.68kn。

表2 定航速等比例換算

圖4 定航速設計吃水航速

2.3.2 定功率等功率換算航速

在功率一定的情況下，對實船設計吃水時的航速按照比例進行換算：V(實設)/V(模設)=V( 實壓)/V(模壓)，故 V ( 實 設) = V ( 模 設) × V ( 實 壓) /V (模 壓) ，式中，V (實 設)——實船設計吃水時的航速；V(模 設)——船模設計吃水時的航速；V (實 壓) ——實船壓載吃水時的航速；V (模 壓)——船模壓載吃水時的航速。上述散貨船在不同功率下相應換算得到的設計吃水時的航速見表3，同樣繪制實船設計吃水時的功率-航速曲線見圖5，該曲線和2.3.1中得到的曲線甚為接近，得到的考核航速同樣為14.68kn。

表3 定功率等比例換算

圖5 定功率設計吃水航速

通過2.3.1和2.3.2中的兩種方法以及提供的計算實例，可以看出兩種方法估算得到的結(jié)果相當接近。但鑒于有些航速曲線走勢的不同以及考核功率點的不同，換算結(jié)果可能會有微小的差異，即便 0.01 kn的航速差異也會影響考核點指標，所以建議在換算時同時采用以上兩種方法，最終再選優(yōu)。

3 結(jié) 語

本文基于BSRA等航速修正方法，運用相關理論知識，結(jié)合實船測速試驗的相關步驟，對試驗中可能遇到的問題進行了探討。實船測速試驗不僅是數(shù)據(jù)記錄確認的過程，也是數(shù)據(jù)分析、修正、換算的過程。每個環(huán)節(jié)里都有諸多需要注意的問題，必須認清每個步驟的意義和涉及的基本理論，才能合理地應對船東在試驗中提出的相關問題，正確地得到考核點的航速指標。

[1] Lackenby, H. Note on the Effect of Shallow Water on Ship Resistance[R]．BSRA Report No．337，British Shipbuilding Research Association．1963.

[2] Thomson G. R. BSRA Standard Method of Speed Trial Analysis[R]．BSRA Report NS 466，1978.

[3] CB/T 3767-1996. 海船測速試驗方法[S]. 1996.

[4] 盛振邦，劉應中. 船舶原理[M]. 上海：上海交通大學出版社，2004.