基于ITTC的實船試航航速修正方法

李曉姣，蔣永旭，柳一點，柳衛(wèi)東

（江南造船（集團）有限責任公司，上海 201913）

0 引言

隨著國際造船形勢的日益嚴峻，新船型的不斷研發(fā)及燃油價格不斷上漲，船東對于船舶性能的要求日益提高，其中航速及功率更是重中之重，這直接關(guān)系到船舶的油耗及營運盈利等問題。其中，船舶試航狀態(tài)下航速及功率是檢驗船舶性能的重要指標，但是考慮到實船試航工況與船舶設(shè)計任務(wù)書中描述的理想環(huán)境不同，因此如何正確反映實船設(shè)計航速是否達標以及檢驗模型試驗的精度，各種實船試航航速修正標準應運而生，如 BSRA、ISO 15016(2002)及ITTC 7.5-04-01-01.2等。目前ITTC試航航速修正方法日益得到各國船東、船級社、設(shè)計單位及船廠的認可。

本文主要根據(jù)ITTC 7.5-04-01-01.2方法，并結(jié)合ISO 15016(2002)航速修正方法，把實船試航的航速結(jié)果修正到深水、無風、無浪、無流環(huán)境下的航速結(jié)果，以檢驗船舶是否符合船廠和船東之間的合同要求。其中以EXCEL為平臺，通過VBA編寫程序，建立一套完整的航速修正評估軟件，從而快捷修正實船試航航速，并直觀反映各種工況下實船試航、實船試航航速修正及船模試驗的S-P曲線圖。

1 ITTC試航航速修正方法

1.1 ITTC試航航速修正適用范圍

ITTC 7.5-04-01-01.2對于實船試航時的風、海況及水深范圍有明確規(guī)定，滿足下列條件的試航船舶可直接應用該方法進行修正[1]:

1）試航水深要求h＞3BT或h =。

2）適用于Lpp>100m的船舶，風級不高于薄福風級6級，浪高H≤0.015Lpp或Hmax為4m。

3）適用于Lpp<100m的船舶，風級不高于薄福風級5級；浪高H≤1.5m。

1.2 ITTC試航航速修正流程圖

根據(jù)ITTC 7.5-04-01-01.2標準，該軟件的計算流程如圖1所示。

根據(jù)上面的試航航速修正流程圖，ITTC試航航速修正方法可分為以下6個步驟:1）實船試驗數(shù)據(jù)采集；2）波浪阻力修正；3）風阻影響修正；4）溫度、鹽度、排水量及縱傾修正；5）淺水及流的影響修正；6）得到船舶在理想狀態(tài)下的功率/轉(zhuǎn)速和航速曲線。

1.3 風向角及浪向角

圖2中，Heading為試航航向；ΨWR表示相對風向；BWT表示實際風向；α表示波浪的方向；其中ΨWR=0o定義為首迎風方向。

1.4 波浪增阻修正方法

ITTC中波浪增阻計算方法分為兩種，根據(jù)風區(qū)的不同選擇不同的波浪增阻方法。通常情況下風區(qū)不受限，主要考慮風浪的影響，可以不計及涌的影響，此時選擇ITTC雙參數(shù)譜的波浪增阻計算方法；若為有限風區(qū)則需計及涌的影響，需要計算 ITTC波浪增阻與有限風區(qū)波浪增阻之和。

1.5 風阻修正方法

ITTC試航航速修正方法中涉及兩種計算風阻的方法，即風阻系數(shù)數(shù)據(jù)庫及Fujiwara回歸公式。其中，風阻系數(shù)數(shù)據(jù)庫涉及6種船型、13種狀態(tài)下的風阻系數(shù)，如測速船舶類型與數(shù)據(jù)庫類型相同，其風阻系數(shù)可以從數(shù)據(jù)庫中直接讀取從而計算其風阻。Fujiwara公式則適用于所有類型船舶，可根據(jù)試航船舶的各船體參數(shù)來計算其風阻系數(shù)。其具體類型在表1中有詳細說明[2]。

表1 可根據(jù)風阻數(shù)據(jù)庫計算風阻系數(shù)船舶類型

ITTC中對于溫度、鹽度、排水量、縱傾、淺水及流的影響因素的修正，除溫度及鹽度參考 ISO 15016(2002)方法[3]之外，其他根據(jù) ITTC中規(guī)定的計算方式進行修正。其中排水量及縱傾的修正主要運用海軍系數(shù)法，流的修正則通過一來一回航速的平均實現(xiàn)，這與ISO 15016(2002)中流的修正方法有明顯不同。

2 ITTC航速修正軟件開發(fā)

2.1 軟件計算框架

本軟件依據(jù) ITTC 7.5-04-01-01.2標準，以EXCEL為平臺，通過VBA編寫程序，包括6個表單（圖3），分別為:

1）Input:在綠色背景的表格中填入相應的數(shù)值，該表單包含所有的計算按鈕。

2）ITTC波浪增阻:該表單為ITTC波浪增阻計算程序。

3）有限風區(qū)波浪增阻:該表單為有限風區(qū)波浪增阻計算程序。

4）風阻Fujiwara計算:該表單為風阻Fujiwara計算程序。

5）風阻數(shù)據(jù)庫計算:該表單為風阻數(shù)據(jù)庫計算程序。

6）計算總表:該表單包括原始輸入數(shù)據(jù)，中間計算結(jié)果及最終計算結(jié)果匯總和圖表。

2.2 計算報告

ITTC實船試航航速修正軟件可以輸出包括計算數(shù)據(jù)、中間結(jié)果及最終結(jié)果的PDF報告，包括修正后的航速、功率、轉(zhuǎn)速及實船在不同吃水下的航速功率曲線圖，如圖4所示。

圖4 ITTC試航航速修正軟件輸出報告

2.3 案例計算

以某散貨船實船試航數(shù)據(jù)為例，進行ITTC試航航速修正，其實船數(shù)據(jù)采集如表2和表3所示。

表2 主要參數(shù)表

表3 試航船舶主要參數(shù)

該散貨船實船試航過程中，主要在4種主機負荷條件下運行，其中除90%主機工況測兩個來回，其余工況均測一個來回，應用ITTC實船試航航速修正軟件對其進行航速修正，其修正結(jié)果如表4所示。該船的船模試驗預報數(shù)據(jù)如表5所示。

表4 ITTC實船試航航速修正結(jié)果

表5 船模試驗預報數(shù)據(jù)

為了更方便的比較航速修正結(jié)果，該軟件可以自動生成不同吃水狀態(tài)下的航速功率曲線，其中包括實船試航航速、ITTC實船試航航速修正結(jié)果及船模試驗結(jié)果，如圖5及圖6所示。

圖5 輕壓載工況下航速功率比較圖

從圖5及圖6可以得到以下結(jié)論:1）在相同功率條件下，由于實船試航時受到風、浪等因素的影響，導致實船測量所得值比理想狀況下修正值小；2）隨著航速的增大，實船試航實測數(shù)據(jù)、ITTC實船試航航速修正結(jié)果及船模試驗結(jié)果的偏差越來越大，這種偏差說明高航速狀況下，其外部載荷間相互影響更加復雜；3）對于該試航船舶，其船模試驗預報性能均低于實船試航及修正后的船舶性能，說明該船船模試驗預報結(jié)果趨于保守。

3 結(jié)束語

本文主要針對ITTC 7.5-04-01-01.2，并結(jié)合部分ISO 15016(2002)的計算方法，編制了實船試航航速修正軟件，并應用于實船航速修正中，其修正結(jié)果的變化趨勢是一致的，但是由于其ITTC方法仍在進一步完善中，所以該軟件仍需要進一步的完善與加強，以適應國際規(guī)范的要求以及更準確的評估實船性能，為船廠及船東提供更加可靠的船舶實際航速性能數(shù)據(jù)。

[1]ITTC, 7.5-04-01-01.2.1(2012) Rev.1.0, Speed and Power Trials, Part I, Preparation and Conduct[S].

[2]ITTC, 7.5-04-01-01.2(2012) Rev.00, Speed and Power Trials, Part 2, Analysis of Speed-Power Trial Data[S].

[3]ISO 15016(2002), Ships and marine technology-Guidelines for the assessment of speed and power performance by analysis of speed trial data[S].