基于staimo软件系统的试航航速修正

黄建军，李云军，刘仕莲，李辉，孙文利，李丽平

（中船黄埔文冲船舶有限公司，广东 广州 511462）

试航环境跟合同约定的航速环境不同，试航结果需经过修正[1]，得到合同航速和EEDI 航速[2]。荷兰水池开发的STAIMO 具有航速修正功能[3]，本文阐述在公司最近试航的商船中,应用STAIMO 进行航速修正过程。

1 规范要求的试航环境、条件、要求

规范对试航的环境因素、船舶状态、操作要求作了明确的规定,作为航速修正的先决条件和依据。

1.1 风力

试航时风力大小的限制跟船的两柱间长Lpp 有关：

Lpp100m: 风力应不大于蒲氏六级

Lpp<100m: 风力应不大于蒲氏五级

1.2 波浪

（1）波高Hw ≤1.5η 或3m 时，可以用目测法确定波高,否则要用浪高仪测量。

（2）若用浪高仪测量，则要求波高Hw ≤2.25η。

（3）理想的波高Hw ≤0.5η，此时，兴波阻力可以直接用船模试验数据,否则，要进行系列波谱测量。

1.3 潮流

EEDI 测速时，一个来回周期内的流速变化应不大于0.3 节，否则，需增加同一功率下的一个来回跑。

1.4 海域和水深

试航水深应大于以下两个公式计算结果中的大者：

若试航水深大于以下两者中大者，航速不需做浅水修正：

式中：B 为型深，[m]；T 为船中平均吃水，[m]；Vs 为船舶航速，[m/s]；g 为重力加速度。

2 航速修正需准备的数据

2.1 船舶主尺度和主要技术参数

两柱间长Lpp、型宽B、型深D、设计吃水T、载重量、螺旋桨数量、主机型号、主机MCR 和NCR、螺旋桨轴效率和桨轴内外径及轴材料G-Modulus。

2.2 合同要求

航速和达到该航速时吃水、排水量、主机功率、螺旋桨转速、装载要求、sea margin、船舶状态、环境要求。

2.3 EEDI 测速要求

EEDI 速度下艏艉吃水、排水量，EEDI 功率（75%MCR）。

2.4 船模试验数据

船模在试航、合同、EEDI 要求下测速时装载状态，艏艉吃水、排水量，主机功率、转速、对应速度和ETAD 值。

2.5 实船测量数据

（1）船舶状态：艏舯艉吃水，排水量，水下横剖面面积，主船体湿表面积，附体湿表面积，横向受风面积。

（2）环境条件：天气情况，海域，气温，气压，水温，海水密度，水深，风速计高度，水流流向，流速。风速计安装高度是水线以上10m，否则，风速要进行高度修正与转化。

（3）实测数据（每个单程）：测速开始时间、结束时间、测速距离，主机功率、扭矩、转速、油耗，航向，舵角，风速，风向，浪高、方向、周期，潮涌高、方向、周期。

3 航速修正

在得到试航数据后，需对数据进行检查和评估，明确修正范围和内容。比对船模试验项目，检查试航数据是否完整。

3.1 实船状态

实船尽可能接近船模试航工况，首部吃水与船模吃水偏差在0.1m 内；统计实船排水量，水下横剖面积，主船体和附体湿表面积，横向受风面积，实船排水量与船模排水量的偏差应在2%以内。

3.2 实船环境

海浪大于2 级，风力大于蒲氏3 级时[4]，才需航速修正，实际操作是不管风浪流大小都修正到理想环境。如：

实船Lpp=176.8m，风速2.8m/s，属2 级风；波高1.5m，属3 级浪； 水深60.3m，规范水深3*SQRT(38.6*6.7)=48.25m，无需浅水修正，但风、浪、洋流要修正到理想环境。

3.3 航速修正流程

修正过程：基础数据准备—实船测量数据收集—功率的修正—航速的修正—得到结果，如图1，涉及功率、排水量、洋流、浅水及风浪流速方向角修正，水流方向、风向角、浪高和方向要转化为跟船航向一致，正向逆风为0 度，风吹右舷为正，左舷为负，流向和波浪方向同理。

图1 试航航速分析流程

图2 航向角和方向角

3.4 利用STAIMO 进行修正

STAIMO 集成了规范要求及计算公式，关键要将上述数据按如下顺序输入系统以生成分析报告，顺序错误无法下一步：

3.4.1 系统初始化数据

垂线间长LPP，型宽B，螺旋桨数量，主机MCR,NCR，轴传输效率，轴内外径，轴材料G 模数。

3.4.2 试航工况初始化数据

EEDI测速，试航装载要求，艏吃水，艉吃水，排水量。

3.4.3 合同数据

合同航速，合同航速时主机功率、转速、装载要求、环境条件、艏吃水、艉吃水、排水量、主机功率sea margin。

3.4.4 EEDI 测速初始化数据

装载要求，艏吃水，艉吃水，排水量，EEDI 功率，Attained EEDI 航速（用规范要求Required EEDI 反推）。

3.4.5 船模报告数据

（1）船模试航数据 ：装载，艏吃水，艉吃水，排水量，主机过载因子，各单程主机功率、转速、ETAD 值、航速。

（2）船模合同航速数据：装载，艏吃水，艉吃水，排水量，主机过载因子，各单程主机功率、转速、ETAD 值、航速。

（3）船模EEDI 测速数据：装载，艏吃水，艉吃水，排水量，主机过载因子，各单程主机功率、转速、ETAD 值、航速。

关键点：一般船模试验无耐波性和风洞试验，在船模数据输入时，不点选这两项，否则无相关数据，系统不运行。

3.4.6 试航实船数据

测速主机功率点必须在65%—100%MCR 间，一般以65%、75%、80%、100%MCR 为测速功率，首尾功率各一个来回跑，中间功率各二个来回跑。测速前记录艏艉吃水、测风仪高度、气温、水温、水密度、气压、水深，算出排水量，水下横剖面面积，主船体和附体湿表面积，横向受风面积。各单程记录：主机功率、转速、航速、开始时间、结束时间、航向、风速风向角、波高周期方向角、潮涌高周期方向角。

表1 实船试航数据

关键点：浪高仪点选，若波高超要求而没有浪高仪，系统认为数据错误而不运行。测速功率点不少于3 个，50%功率无效。功率点的设置跟来回跑的数量设置要一致。

3.4.7 修正结果

数据定义好后通过计算完成修正并生成模拟功率曲线得到合同和EEDI 速度并算出螺旋桨轻载因子，轻载因子在2%-9%比较合适，过小不利用于安全，过大不利于经济性。

4 结语

图3 功率－航速曲线

基于规范要求的船速修正，计算公式多而且非常复杂，稍有不慎就容易出错，借助于STAIMO 软件，可以得到很好的修正结果。测速功率点的设置，要满足性能测试和航速修正要求，功率点设置越多，功率－航速曲线越精确，得到的最终结果更准确，但功率点过多，加大试航工作量。STAIMO 通过模拟功率曲线准确找到合同功率点的速度，大大提高了航速报告完成效率。