CN117494409A - 一种船舶航速修正方法 - Google Patents

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汤海洋
管道成
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Abstract

本发明涉及一种船舶航速修正方法，包括修正前准备和航速修正，修正前准备包括准备船模试验报告、螺旋桨试验报告以及准备按照船舶海上测速试验方法进行测速后得到的航速试验记录数据，航速修正包括风的分析、风的修正计算、浪的修正计算、潮流分析、浅水修正分析、修正汇总及航速预报。本发明的船舶航速修正方法规避了船舶测速工况与设计要求工况不符时的试验影响，规范试验数据严谨性。

Description

一种船舶航速修正方法
技术领域
本发明涉及船舶建造领域，具体涉及一种船舶航速修正方法。
背景技术
随着船舶市场的行业复苏，对船舶的建造的技术要求也在不断提升，在船舶建造结束船舶试航过程中，由于天气、海况、水深等工况，测速时常出现航速与设计要求工况不符的情况，需要老舵手根据操作经验对船舶性能进行评估且无实际标准化，现急需一种船舶航速修正方法来对船舶试航测试过程中产生的工况问题进行规避。
发明内容
为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种船舶航速修正方法，可规避船舶测速工况与设计要求工况不符时的试验影响，规范试验数据严谨性。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案如下:
一种船舶航速修正方法，包括修正前准备和航速修正，航速修正包括风的分析、风的修正计算、浪的修正计算、潮流分析、浅水修正分析、修正汇总及航速预报。
作为优选的技术方案，修正前准备为获取船舶设计模拟过程中的试验数据，包括船模试验报告、螺旋桨试验报告、按照船舶海上测速试验方法进行测速后得到的航速试验记录数据。
作为优选的技术方案，风的分析是根据测速试验记录相对风速、相对风向以及船舶对地速度、船舶航向角、真风风速，以观察测速区域的风速风向状态VTW＝VG+VRW，式中，VTW是真风风速，VG是船舶对地速度，VRW是相对风速。
作为优选的技术方案，风的修正计算包括以下步骤：(1)通过船艏部风阻力因子CAA计算风对船的阻力RAA，RAA＝CAA×(1/2×ρA×AT×VRW 2)，式中，ρA是空气密度，AT是水线以上横投影面积；(2)船艏部风阻力因子CAA通过下述公式计算，CAA＝A0+A1×2A1/LOA 2+A2×2AT/B2+A3×LOA/B+A4×S/LOA+A5×C/LOA+A6×M，式中的A0,A1,…A6是风洞系数，LOA是船舶总长，B是船宽，S是船舶的侧投影周长，C是从船艏部到侧投影形心的水平距离，M是在侧投影上显著的桅杆或立柱的数量；(3)在确定船艏部风阻力因子CAA的试验中，其边界层近似于风倾斜作用于海面，针对实际的边界层流速不同增加一个边界层流速的修正因子Φ1，另外增加一个表示航速试验中不同的测风仪高度对CAA的修正的修正因子Φ2，艏部风阻力系数由公式CAA1＝CAA×Φ1×Φ2构成，式中，
式中n取值为集装箱船取11，拖捞船取10，其它船取9.5，γR是相对风同船销方向夹角，ZT是船上测风仪距水面的高度；(4)风的阻力RAA＝CAA1×(1/2×ρA×AT×VRW 2)＝AT/C0×CAA1×VRW 2，式中，C0是空气密度因子，C0的计算式为C0＝2/ρA＝5.838×(1+0.00366×t)×1012.5/Pa，t是大气温度，Pa是大气压力，风消耗的有效功率PEW＝(RAA×VG)×0.5145/1000，风消耗的轴功率PSW＝PEW/ηD，ηD是螺旋桨有效系数。
作为优选的技术方案，浪的修正计算只考虑风引起的海表面的浪阻力，不考虑涌浪引起的阻力，浪阻力RWV的计算公式为RWV＝0.64×ξW2×B2×CB×ρA×1/LOA，式中，ξW为合成浪高， ξwave为浪高，ξswell为涌高，ρA为海水密度，浪消耗的有效功率PEV计算公式为PEV＝RWV×VG×0.5145/1000，式中，浪消耗的轴功率PSV＝PEV/ηD，得到扣除风浪影响的轴功率P0＝PS-PSW-PSV，PS是轴功率测量值。
作为优选的技术方案，潮流分析包括以下步骤：(1)风和浪的修正之后，假定没有潮流存在的情况下，扣除风浪影响的轴功率P0和航速测量数据VG落在一根光滑的功率速度曲线上，对地速度为横坐标，修正后的轴功率为纵坐标，有潮流存在的情况下，上述值形成不同航向的两条曲线，近似平行，同时绘制平均线；(2)取测量点到平均线的水平距离为潮流速度，以时间为横坐标轴潮流速度为纵坐标绘制潮流速度曲线；(3)依据各潮流速度点，绘制潮流速度随时间变化的趋势线，把每个航次(即每个时间)对应趋势线上的潮流速度回归到5.2.4.1，重复5.2.4.1->5.2.4.3，直到得到各航次的潮流速度点同趋势线比较吻合，取趋势线上的潮流速度对各航次的对地航速VG进行潮流速度修正。作为优选的技术方案，浅水修正分析的步骤为判断测速水域水深是否满足公式的要求，式中，h是试验区水深，d是设计型吃水，V是试验预计达到的最大航速，Lbp是垂线间长；如果不满足，则采用Lackenby的公式进行浅水修正，即
式中，Tanh是双曲正切函数；ΔVs是在浅水中损失的航速，VS是船舶对水速度。
作为优选的技术方案，修正汇总及航速预报包括：依据最后的修正功率和速度绘制试航状态对应的航速曲线，再绘制模型试验各状态下的速度曲线，用比例法绘制其它各状态的实船航速曲线，并预报考核点航速。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的一种船舶航速修正方法，可规避船舶测速工况与设计要求工况不符时的试验影响，规范试验数据严谨性。
附图说明
图1是本发明的船舶航速修正方法中风的分析示意图；
图2是本发明的船舶航速修正方法中的潮流分析示意；
图3是本发明的船舶航速修正方法中的风洞系数表；
图4是本发明的船舶航速修正方法中的风级表。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案进行进一步的描述：
如图1所示，一种船舶航速修正方法，包括修正前准备和航速修正，航速修正包括风的分析、风的修正计算、浪的修正计算、潮流分析、浅水修正分析、修正汇总及航速预报。
修正前准备为获取船舶设计模拟过程中的试验数据，包括船模试验报告、螺旋桨试验报告、按照船舶海上测速试验方法进行测速后得到的航速试验记录数据。
如图1所示，风的分析是根据测速试验记录相对风速、相对风向以及船舶对地速度、船舶航向角、真风风速，以观察测速区域的风速风向状态VTW＝VG+VRW(节)，式中，VTW是真风风速，VG是船舶对地速度，VRW是相对风速。
风的修正计算包括以下步骤：(1)通过船艏部风阻力因子CAA计算风对船的阻力RAA，RAA＝CAA×(1/2×ρA×AT×VRW 2)(牛)，式中，ρA是空气密度(千克/立方米)，AT是水线以上横投影面积；(2)船艏部风阻力因子CAA通过下述公式计算(该公式是由上百条常规商船整船模型做风洞试验得出的结果)，CAA＝A0+A1×2A1/LOA 2+A2×2AT/B2+A3×LOA/B+A4×S/LOA+A5×C/LOA+A6×M，式中的A0,A1,…A6是风洞系数，从图3中查取，LOA是船舶总长，B是船宽，S是船舶的侧投影周长，C是从船艏部到侧投影形心的水平距离，M是在侧投影上显著的桅杆或立柱的数量；(3)在确定船艏部风阻力因子CAA的试验中，其边界层近似于风倾斜作用于海面，针对实际的边界层流速不同增加一个边界层流速的修正因子Φ1，另外增加一个表示航速试验中不同的测风仪高度对CAA的修正的修正因子Φ2，艏部风阻力系数由公式CAA1＝CAA×Φ1×Φ2构成，式中，
式中n取值为集装箱船取11，拖捞船取10，其它船取9.5，γR是相对风同船销方向夹角，ZT是船上测风仪距水面的高度；(4)风的阻力RAA＝CAA1×(1/2×ρA×AT×VRW 2)＝AT/C0×CAA1×VRW 2(牛)，式中，C0是空气密度因子，C0的计算式为C0＝2/ρA＝5.838×(1+0.00366×t)×1012.5/Pa，t是大气温度单位是摄氏度(0C)，Pa是大气压力，单位是毫巴(mbar)，风消耗的有效功率PEW＝(RAA×VG)×0.5145/1000，单位是千瓦，风消耗的轴功率PSW＝PEW/ηD，单位是千瓦，ηD是螺旋桨有效系数。
浪的修正计算只考虑风引起的海表面的浪阻力，不考虑涌浪引起的阻力，浪阻力RWV的计算公式为RWV＝0.64×ξW2×B2×CB×ρA×1/LOA，式中，ξW为合成浪高(m)， ξwave为浪高(米)，ξswell为涌高(米)，ρA为海水密度(吨/立方米)，浪消耗的有效功率PEV计算公式为PEV＝RWV×VG×0.5145/1000，式中，浪消耗的轴功率PSV＝PEV/ηD，得到扣除风浪影响的轴功率P0＝PS-PSW-PSV，PS是轴功率测量值。
如图2所示，潮流分析包括以下步骤：(1)风和浪的修正之后，假定没有潮流存在的情况下，扣除风浪影响的轴功率P0和航速测量数据VG落在一根光滑的功率速度曲线上，对地速度为横坐标，修正后的轴功率为纵坐标，有潮流存在的情况下，上述值形成不同航向的两条曲线，近似平行，同时绘制平均线；(2)取测量点到平均线的水平距离为潮流速度，以时间为横坐标轴潮流速度为纵坐标绘制潮流速度曲线；(3)依据各潮流速度点，绘制潮流速度随时间变化的趋势线，把每个航次(即每个时间)对应趋势线上的潮流速度回归到5.2.4.1，重复5.2.4.1->5.2.4.3，直到得到各航次的潮流速度点同趋势线比较吻合，取趋势线上的潮流速度对各航次的对地航速VG进行潮流速度修正。
浅水修正分析的步骤为判断测速水域水深是否满足公式 (米)的要求，式中，h是试验区水深，d是设计型吃水，V是试验预计达到的最大航速，Lbp是垂线间长；如果不满足，则采用Lackenby的公式进行浅水修正，即
式中，Tanh是双曲正切函数；ΔVs是在浅水中损失的航速(节)，VS是船舶对水速度(米/秒)。
修正汇总及航速预报包括：依据最后的修正功率和速度绘制试航状态对应的航速曲线，再绘制模型试验各状态下的速度曲线，用比例法绘制其它各状态的实船航速曲线，并预报考核点航速。
本实施例只是对本发明的进一步解释，并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性的修改，但是只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种船舶航速修正方法，其特征在于，包括修正前准备和航速修正，航速修正包括风的分析、风的修正计算、浪的修正计算、潮流分析、浅水修正分析、修正汇总及航速预报。
2.根据权利要求1所述的一种船舶航速修正方法，其特征在于，修正前准备为获取船舶设计模拟过程中的试验数据，包括船模试验报告、螺旋桨试验报告、按照船舶海上测速试验方法进行测速后得到的航速试验记录数据。
3.根据权利要求1所述的一种船舶航速修正方法，其特征在于，所述风的分析是根据测速试验记录相对风速、相对风向以及船舶对地速度、船舶航向角、真风风速，以观察测速区域的风速风向状态VTW＝VG+VRW，式中，VTW是真风风速，VG是船舶对地速度，VRW是相对风速。
4.根据权利要求3所述的一种船舶航速修正方法，其特征在于，所述风的修正计算包括以下步骤：(1)通过船艏部风阻力因子CAA计算风对船的阻力RAA，RAA＝CAA×(1/2×ρA×AT×VRW 2)，式中，ρA是空气密度，AT是水线以上横投影面积；(2)船艏部风阻力因子CAA通过下述公式计算，CAA＝A0+A1×2A1/LOA 2+A2×2AT/B2+A3×LOA/B+A4×S/LOA+A5×C/LOA+A6×M，式中的A0,A1,…A6是风洞系数，LOA是船舶总长，B是船宽，S是船舶的侧投影周长，C是从船艏部到侧投影形心的水平距离，M是在侧投影上显著的桅杆或立柱的数量；(3)在确定船艏部风阻力因子CAA的试验中，其边界层近似于风倾斜作用于海面，针对实际的边界层流速不同增加一个边界层流速的修正因子Φ1，另外增加一个表示航速试验中不同的测风仪高度对CAA的修正的修正因子Φ2，艏部风阻力系数由公式CAA1＝CAA×Φ1×Φ2构成，式中，
式中n取值为集装箱船取11，拖捞船取10，其它船取9.5，γR是相对风同船销方向夹角，ZT是船上测风仪距水面的高度；(4)风的阻力RAA＝CAA1×(1/2×ρA×AT×VRW 2)＝AT/C0×CAA1×VRW 2，式中，C0是空气密度因子，C0的计算式为C0＝2/ρA＝5.838×(1+0.00366×t)×1012.5/Pa，t是大气温度，Pa是大气压力，风消耗的有效功率PEW＝(RAA×VG)×0.5145/1000，风消耗的轴功率PSW＝PEW/ηD，ηD是螺旋桨有效系数。
5.根据权利要求4所述的一种船舶航速修正方法，其特征在于，所述浪的修正计算只考虑风引起的海表面的浪阻力，不考虑涌浪引起的阻力，浪阻力RWV的计算公式为RWV＝0.64×ξW2×B2×CB×ρA×1/LOA，式中，ξW为合成浪高， ξwave为浪高，ξswell为涌高，ρA为海水密度，浪消耗的有效功率PEV计算公式为PEV＝RWV×VG×0.5145/1000，式中，浪消耗的轴功率PSV＝PEV/ηD，得到扣除风浪影响的轴功率P0＝PS-PSW-PSV，PS是轴功率测量值。
6.根据权利要求5所述的一种船舶航速修正方法，其特征在于，所述潮流分析包括以下步骤：(1)风和浪的修正之后，假定没有潮流存在的情况下，扣除风浪影响的轴功率P0和航速测量数据VG落在一根光滑的功率速度曲线上，对地速度为横坐标，修正后的轴功率为纵坐标，有潮流存在的情况下，上述值形成不同航向的两条曲线，近似平行，同时绘制平均线；(2)取测量点到平均线的水平距离为潮流速度，以时间为横坐标轴潮流速度为纵坐标绘制潮流速度曲线；(3)依据各潮流速度点，绘制潮流速度随时间变化的趋势线，把每个航次(即每个时间)对应趋势线上的潮流速度回归到5.2.4.1，重复5.2.4.1->5.2.4.3，直到得到各航次的潮流速度点同趋势线比较吻合，取趋势线上的潮流速度对各航次的对地航速VG进行潮流速度修正。
7.根据权利要求1所述的一种船舶航速修正方法，其特征在于，所述浅水修正分析的步骤为判断测速水域水深是否满足公式的要求，式中，h是试验区水深，d是设计型吃水，V是试验预计达到的最大航速，Lbp是垂线间长；如果不满足，则采用Lackenby的公式进行浅水修正，
式中，Tanh是双曲正切函数；ΔVs是在浅水中损失的航速，VS是船舶对水速度。
8.根据权利要求1所述的一种船舶航速修正方法，其特征在于，所述修正汇总及航速预报包括：依据最后的修正功率和速度绘制试航状态对应的航速曲线，再绘制模型试验各状态下的速度曲线，用比例法绘制其它各状态的实船航速曲线，并预报考核点航速。
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