基于ITTC的实船试航航速修正方法

李晓姣，蒋永旭，柳一点，柳卫东

（江南造船（集团）有限责任公司，上海 201913）

0 引言

随着国际造船形势的日益严峻，新船型的不断研发及燃油价格不断上涨，船东对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，这直接关系到船舶的油耗及营运盈利等问题。其中，船舶试航状态下航速及功率是检验船舶性能的重要指标，但是考虑到实船试航工况与船舶设计任务书中描述的理想环境不同，因此如何正确反映实船设计航速是否达标以及检验模型试验的精度，各种实船试航航速修正标准应运而生，如 BSRA、ISO 15016(2002)及ITTC 7.5-04-01-01.2等。目前ITTC试航航速修正方法日益得到各国船东、船级社、设计单位及船厂的认可。

本文主要根据ITTC 7.5-04-01-01.2方法，并结合ISO 15016(2002)航速修正方法，把实船试航的航速结果修正到深水、无风、无浪、无流环境下的航速结果，以检验船舶是否符合船厂和船东之间的合同要求。其中以EXCEL为平台，通过VBA编写程序，建立一套完整的航速修正评估软件，从而快捷修正实船试航航速，并直观反映各种工况下实船试航、实船试航航速修正及船模试验的S-P曲线图。

1 ITTC试航航速修正方法

1.1 ITTC试航航速修正适用范围

ITTC 7.5-04-01-01.2对于实船试航时的风、海况及水深范围有明确规定，满足下列条件的试航船舶可直接应用该方法进行修正[1]:

1）试航水深要求h＞3BT或h =。

2）适用于Lpp>100m的船舶，风级不高于薄福风级6级，浪高H≤0.015Lpp或Hmax为4m。

3）适用于Lpp<100m的船舶，风级不高于薄福风级5级；浪高H≤1.5m。

1.2 ITTC试航航速修正流程图

根据ITTC 7.5-04-01-01.2标准，该软件的计算流程如图1所示。

根据上面的试航航速修正流程图，ITTC试航航速修正方法可分为以下6个步骤:1）实船试验数据采集；2）波浪阻力修正；3）风阻影响修正；4）温度、盐度、排水量及纵倾修正；5）浅水及流的影响修正；6）得到船舶在理想状态下的功率/转速和航速曲线。

1.3 风向角及浪向角

图2中，Heading为试航航向；ΨWR表示相对风向；BWT表示实际风向；α表示波浪的方向；其中ΨWR=0º定义为首迎风方向。

1.4 波浪增阻修正方法

ITTC中波浪增阻计算方法分为两种，根据风区的不同选择不同的波浪增阻方法。通常情况下风区不受限，主要考虑风浪的影响，可以不计及涌的影响，此时选择ITTC双参数谱的波浪增阻计算方法；若为有限风区则需计及涌的影响，需要计算 ITTC波浪增阻与有限风区波浪增阻之和。

1.5 风阻修正方法

ITTC试航航速修正方法中涉及两种计算风阻的方法，即风阻系数数据库及Fujiwara回归公式。其中，风阻系数数据库涉及6种船型、13种状态下的风阻系数，如测速船舶类型与数据库类型相同，其风阻系数可以从数据库中直接读取从而计算其风阻。Fujiwara公式则适用于所有类型船舶，可根据试航船舶的各船体参数来计算其风阻系数。其具体类型在表1中有详细说明[2]。

表1 可根据风阻数据库计算风阻系数船舶类型

ITTC中对于温度、盐度、排水量、纵倾、浅水及流的影响因素的修正，除温度及盐度参考 ISO 15016(2002)方法[3]之外，其他根据 ITTC中规定的计算方式进行修正。其中排水量及纵倾的修正主要运用海军系数法，流的修正则通过一来一回航速的平均实现，这与ISO 15016(2002)中流的修正方法有明显不同。

2 ITTC航速修正软件开发

2.1 软件计算框架

本软件依据 ITTC 7.5-04-01-01.2标准，以EXCEL为平台，通过VBA编写程序，包括6个表单（图3），分别为:

1）Input:在绿色背景的表格中填入相应的数值，该表单包含所有的计算按钮。

2）ITTC波浪增阻:该表单为ITTC波浪增阻计算程序。

3）有限风区波浪增阻:该表单为有限风区波浪增阻计算程序。

4）风阻Fujiwara计算:该表单为风阻Fujiwara计算程序。

5）风阻数据库计算:该表单为风阻数据库计算程序。

6）计算总表:该表单包括原始输入数据，中间计算结果及最终计算结果汇总和图表。

2.2 计算报告

ITTC实船试航航速修正软件可以输出包括计算数据、中间结果及最终结果的PDF报告，包括修正后的航速、功率、转速及实船在不同吃水下的航速功率曲线图，如图4所示。

图4 ITTC试航航速修正软件输出报告

2.3 案例计算

以某散货船实船试航数据为例，进行ITTC试航航速修正，其实船数据采集如表2和表3所示。

表2 主要参数表

表3 试航船舶主要参数

该散货船实船试航过程中，主要在4种主机负荷条件下运行，其中除90%主机工况测两个来回，其余工况均测一个来回，应用ITTC实船试航航速修正软件对其进行航速修正，其修正结果如表4所示。该船的船模试验预报数据如表5所示。

表4 ITTC实船试航航速修正结果

表5 船模试验预报数据

为了更方便的比较航速修正结果，该软件可以自动生成不同吃水状态下的航速功率曲线，其中包括实船试航航速、ITTC实船试航航速修正结果及船模试验结果，如图5及图6所示。

图5 轻压载工况下航速功率比较图

从图5及图6可以得到以下结论:1）在相同功率条件下，由于实船试航时受到风、浪等因素的影响，导致实船测量所得值比理想状况下修正值小；2）随着航速的增大，实船试航实测数据、ITTC实船试航航速修正结果及船模试验结果的偏差越来越大，这种偏差说明高航速状况下，其外部载荷间相互影响更加复杂；3）对于该试航船舶，其船模试验预报性能均低于实船试航及修正后的船舶性能，说明该船船模试验预报结果趋于保守。

3 结束语

本文主要针对ITTC 7.5-04-01-01.2，并结合部分ISO 15016(2002)的计算方法，编制了实船试航航速修正软件，并应用于实船航速修正中，其修正结果的变化趋势是一致的，但是由于其ITTC方法仍在进一步完善中，所以该软件仍需要进一步的完善与加强，以适应国际规范的要求以及更准确的评估实船性能，为船厂及船东提供更加可靠的船舶实际航速性能数据。

[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].