基于ISO 15016的实船航速修正方法

蒋永旭，柳一点，董泽祥，柳卫东

（江南造船集团责任有限公司，上海 201913）

基于ISO 15016的实船航速修正方法

蒋永旭，柳一点，董泽祥，柳卫东

（江南造船集团责任有限公司，上海 201913）

介绍了试航航速修正标准ISO 15016(2002)的基本原理，根据载荷系数的变化建立平衡方程式，最终修正得到深水、平静海面、无风、无浪、无流条件下的船舶航速和功率。通过 VBA编程，编制了一套考虑风、潮流、波浪、操舵、水温、航行状态和浅水等影响因素在内的船舶试航航速修正软件，并以ISO提供的算例对软件进行了检验，证明了该软件的可靠性。最后运用该软件对某散货船实船试航航速进行修正，并与模型试验预报结果进行比较，获得了相同的功率曲线变化趋势。

ISO 15016；试航航速修正；航速功率曲线

0 引言

随着国际造船形势的日益严峻，国际燃油价格不断上涨，船东对船舶的航速和功率提出更高的要求，而实船试航时船舶航速和功率更是检验船舶是否满足合同要求的重要手段，也是船舶研发优化过程中重要的环节之一。利用实船试航的数据，可以提高模型试验相关分析的精度，检验船舶优化后的最终成果。实船试航的实际海况很难在合同或标准要求的理想环境下进行，因此需要对船舶试航航速进行修正，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。

本文通过系统研究 ISO 15016(2002)试航航速修正方法，采用NMRI推荐的波浪增阻计算方法，以EXCEL为平台，通过VBA编写程序，编制了一套完整的试航航速修正评估软件，然后以 ISO 15016(2002)提供的算例进行计算分析，验证了该航速修正软件的可靠性，最后以某散货船实船试航测量数据进行了航速修正，并与模型试验航速预报结果进行对比分析，进一步验证了该软件的可靠性，同时也验证了模型试验预报结果的精度。

1 航速修正方法分类

一般地，基于实船试航数据进行的航速修正方法，按其基本原理大致可分为两类：一类建立在螺旋桨敞水性征曲线的基础上，建立平衡方程式，通过外环境载荷系数的变化对航速进行修正，如ISO 15016、Jinnaka、Kracht等；另一类以有效功率曲线为基础进行修正，如SNAME、BSRA等。目前，我国对实船测试航速修正方法的研究尚浅，至今尚未形成一套统一的修正方法，而国际上也没有形成一套全面、可靠的航速修正方法，相对而言，第一类修正方法考虑的因素全面，分析更为合理准确。因此，本文采用ISO 15016(2002)推荐方法进行试航航速修正。

2 ISO15016航速修正方法

2.1 试航航速修正流程适用范围

航速修正流程图如图1所示。

根据试航航速修正流程图，ISO 15016试航航速修正方法可分为以下六个步骤：1）实船试验数据采集；2）波浪阻力修正；3）对空气阻力影响进行修正；4）浅水、温度、盐度、操舵等修正；5）水流影响进行修正；6）获得船舶在理想状态下的功率/转速和航速曲线。

其中，在实船试航过程时，对风、海况及水深范围有明确的规定，满足以下条件的试航船舶可以直接用该方法进行修正：

1）Lpp＞100m的船舶，风级不高于蒲氏风级6级；Lpp＜100m的船舶，风级不高于蒲氏风级5级。

2）Lpp＞100m的船舶，浪高H≤0.015Lpp或3m；Lpp＜100m的船舶，H≤1.5m。

3）试验水深可从海图中查出或用声纳测探出来，水深条件应该满足如下条件：

其中：VS为航速，m/s；ΔVS指由于浅水作用产生的航速损失，m/s。

图1 航速修正流程图

2.2 波浪修正方法

本文的波浪阻力增加方法采用了NMRI在IMO会议上提出的波浪阻力增加计算方法，将波浪的阻力增加ΔRwave分为两部分：一部分是由于船舶运动导致的波浪增阻RAWM，另一部分是由于船舶绕射引起的波浪增阻RAWR。RAWM是基于1957年日本学者丸尾孟提出的势流方法，将速度势分为三部分，即入射势、绕射势和辐射势，并用分布源近似地表示船型，利用船舶每个剖面的几何特征以及计算得到船舶的运动，求出得到波浪中的阻力增加。

2.3 风阻修正方法

由于风作用引起的阻力增加可由式（2）计算得到：

其中，CAA(φWR)=K(φWR)∙CAA0，CAA0为迎风条件吓得风阻系数，K为风阻的方向系数。本文的风阻方向系数可从JTTC数据库中直接读取，进而计算出风阻。根据不同的船舶类型和试航状态，可分为：1）油船满载状态；2）油船压载状态；3）散货船标准状态；4）散货船满载状态；5）散货船轻压载状态；6）集装箱。

3 航速修正程序开发与验证

根据前面建立的航速修正流程图，程序总共分为数据输入、载荷计算、数据输出三部分。该试航航速修正软件以EXCEL为平台，通过VBA编写程序，包括五个表单（图2）。

图2 航速修正软件数据输入界面

其中，该软件包括的五个表单，分别为：1）表单“Input”为计算输入数据，包括实船试航时的数据；2）表单“Rao”为NMRI提供的阻力增加频率响应计算结果；3）表单“波浪增阻”为采用ITTC双参数谱，对RAO进行波谱分析，不规则波计算分析；4）表单“风阻数据库”为风阻计算，其中风阻的方向系数K由JTTC风阻数据库得到；5）表单“计算总表”为数据输出部分，包括经过程序修正后的航速、功率。本文以ISO 15016(2002)的算例，进行了计算分析及验证，计算结果如表1所示。

表1 计算结果对比及分析

比较分析表1中的各个对应数据，可以看出，航速修正软件的计算结果与ISO方法航速修正的结果偏差均在0.2%左右，证明该试航航速修正软件是可靠的，可应用于实船测试数据的航速修正。

4 某散货船实船测试结果与航速修正

实船测试于2013年7月在黄海进行，海况为3～4级，试验水温为24℃，试验水深为80m，实船试航在压载条件下进行，船舶的主要参数及实船试航采集数据如表2所示。

表2 试航船舶主要参数

表3 实船试航测量数据和修正结果

实船试航过程中，主机在4种负荷条件下测量螺旋桨的转速、船舶航速和功率，每个负荷工况测一个来回，其中90%主机负荷测两个来回，实船试航测量数据如表3所示。

运用该航速修正软件对某散货船的实船测试结果进行航速修正，为了验证模型试验预报结果的精度，将软件航速修正结果与船模试验预报的实船结果进行比对，为了能把实船测试修正结果和模型试验预报结果进行比较，需要把实船测试过程中的环境条件修正到模型试验预报相应的环境下进行比较，表4给出了两种不同条件下的环境影响因素。

为了更方便的比较船模试验结果，利用航速修正软件对上面的各个影响因素进行修正，其中压载和满载吃水功率预报值如表5所示。

表4 模型预报和实船试航环境条件

表5 船模试验压载和满载吃水功率预报值

首先，将表3的实船试航修正航速及功率值进行最小二乘法进行拟合，再分别通过表5中模型试验航速功率预报值进行拉格朗日插值，最终得到该船在75%MCR时的满载吃水的航速为14.54kn，如图3所示。

图3 航速功率比较图

从图3的航速功率曲线可以看出，在相同功率条件下，实船试航测量得到的值比通过软件修正之后航速小，而模型试验预报的航速值均比实船试航的结果值要小，并随着航速的增加，偏差也越大。说明在试航过程中，随着航速增大，环境外载荷也越来越复杂，修正过程中不可能把全部的影响因素考虑进去，因此，存在这种偏差是合理的。另外，也说明模型试验中的航速预报值趋于保守。

5 结论

本文主要针对 ISO 15016(2002)试航航速修正方法编制了实船试航航速修正软件，将该软件应用于某散货船的实船测试航速修正中，获得一致的变化趋势，进一步验证了该修正软件的可靠性。通过对实船测量数据的修正，一方面可以对船模试验预报结果的精度进行分析，另一方面也可以更准确的评估该船舶的实船性能，从而更好满足船东的要求。

[1] 夏利清. 实船测试航速修正方法研究[D]. 上海: 中国船舶及海洋工程设计研究院, 2006.

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

Study of Correction Method of Ship Speed in Trial Based on ISO 15016

Jiang Yong-xu, Liu Yi-dian, Dong Zhe-xiang, Liu Wei-dong
(Jiangnan Shipyard (group) Co., Ltd., Shanghai 201913, China)

In this paper, the guidelines for the assessment of speed and power performance are studied by analyzing the speed trial data, the correction method is considering the effect of the wind, current, wave,steering, drifting, water temperature and salt content, which is based on the BS ISO 15016(2002) in ship and marine technology, the correction method is developed by the VBA programming on the EXCEL,establishing the equilibrium equation by load variation coefficient by the environmental load change, getting the speed and power value on the deep water, clam water, no wind, no wave, no current condition. Through the analysis of the example in ISO 15016 for speed correction firstly, it is proved that this program is reliable.Then take trial speed data of a bulk carrier for correction, at last it has a good agreement, comparing with the model test prediction result and has the same variation trend in the power-speed curve.

ISO 15016; speed correction; power-speed curve

U662.1

A

1005-7560 (2014) 04-0001-04

蒋永旭（1984-），男，工程师，研究方向：船舶水动力性能。