車霖源, 陳偉民

(上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所 航運(yùn)技術(shù)與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200135)

船型細(xì)分在船舶快速性能評(píng)估中的應(yīng)用

車霖源, 陳偉民

(上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所 航運(yùn)技術(shù)與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200135)

為準(zhǔn)確評(píng)估船舶快速性能，對(duì)船模試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中船舶類型進(jìn)行更精細(xì)的分類?？紤]主尺度及局部線型特點(diǎn),將船型特點(diǎn)相近的船舶歸為一類。同時(shí),結(jié)合按照方形系數(shù)、長(zhǎng)寬比和寬度吃水比檢索的方法，得到與目標(biāo)船快速性能相近的一系列船舶。驗(yàn)算結(jié)果表明,船型細(xì)分的方法可使船舶的快速性能評(píng)估結(jié)果更加準(zhǔn)確、合理。

船型細(xì)分；性能評(píng)估；快速性

0 引 言

隨著造船市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)愈發(fā)激烈，船舶快速性能作為衡量船舶設(shè)計(jì)優(yōu)劣性的重要指標(biāo)得到越來(lái)越多的關(guān)注,造船單位及設(shè)計(jì)單位都希望在船舶建造之初就準(zhǔn)確地評(píng)估船舶快速性能，確定當(dāng)前船型的快速性能是否存在優(yōu)化空間。常用的評(píng)估方法是在對(duì)船型進(jìn)行水池模型試驗(yàn)之后，將其與相近的船型相對(duì)比，確定當(dāng)前船型性能所處的位置，為下一步工作提供方向。

上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所有多年的船模試驗(yàn)及實(shí)船測(cè)試的數(shù)據(jù)積累，已開(kāi)發(fā)出船舶綜合性能預(yù)報(bào)系統(tǒng)(Ship Performance Prediction System)1.0，相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)覆蓋船型范圍廣，長(zhǎng)期用于航速預(yù)報(bào)及船型評(píng)估工作中。該系統(tǒng)的核心是母型船航速預(yù)報(bào)技術(shù)和優(yōu)良船型水動(dòng)力試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)結(jié)合船舶耐波性和操縱性理論對(duì)船舶綜合性能進(jìn)行分析、評(píng)估預(yù)報(bào)[1-2]。

隨著船型的增多,一方面為數(shù)據(jù)庫(kù)提供了更多有效的資源,另一方面導(dǎo)致之前的無(wú)因次檢索船型的方法存在缺陷,主要表現(xiàn)在檢索出的相近船與目標(biāo)船在絕對(duì)尺度上存在較大差異，導(dǎo)致性能評(píng)估出現(xiàn)偏差。需對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行更細(xì)致、更合理的分類，以實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶性能的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。

1 船型細(xì)分[3]

在船舶快速性能評(píng)估中，相近船的選取直接決定試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，當(dāng)前采用無(wú)因次參數(shù)檢索母型船，重要性隨著方形系數(shù)、長(zhǎng)寬比及寬度吃水比逐次變化。結(jié)合給定參數(shù)的可選取范圍，檢索出的結(jié)果可能在主尺度上存在較大差別。

如超大型油船(Very Large Crude Carrier,VLCC)和50 000 DWT油船的方形系數(shù)、長(zhǎng)寬比和寬度吃水比都非常相近，然而船長(zhǎng)、船寬和吃水卻有極大的差別(見(jiàn)圖1)。相比而言，VLCC在布置上的壓力相對(duì)較小，艉部線型有更大的優(yōu)化空間，船舶整體性能相對(duì)偏好。若將檢索出的VLCC與50 000 DWT油船相對(duì)比，則會(huì)對(duì)VLCC給出偏高的評(píng)價(jià)，而給出的50 000 DWT油船性能會(huì)有偏差。對(duì)此,只有區(qū)分船型后才能給予船舶性能準(zhǔn)確的評(píng)估。

根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中船型特點(diǎn)，針對(duì)肥大型船進(jìn)行船型細(xì)分研究。目前對(duì)油船及散貨船的劃分見(jiàn)表1和表2。

表1 油船按噸位劃分

表2 散貨船按噸位劃分

考慮到油船和散貨船在船型上的相似性，參考船舶的主尺度和噸位，按照表3的方式對(duì)上述船型進(jìn)行統(tǒng)一分類。

表3 船型細(xì)分

對(duì)船型進(jìn)行細(xì)分不僅能保證無(wú)因次化船型參數(shù)的相似，而且船舶主尺度與船舶類型基本相同,可準(zhǔn)確評(píng)估當(dāng)前船舶的快速性能，判斷其快速性能在市場(chǎng)所處的位置及競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)，可為利用母型船法分析船舶的快速性能提供一定的參考，有利于提高航速預(yù)報(bào)的精度和分析船舶尺度對(duì)船舶快速性能的影響，為設(shè)計(jì)出優(yōu)異的船型提供有利條件。待評(píng)估船與無(wú)因次相似船船型參數(shù)見(jiàn)表4。

表4 待評(píng)估船與無(wú)因次相似船船型參數(shù)

2 船舶性能評(píng)價(jià)

在以往船舶快速性能的評(píng)價(jià)中，依據(jù)方形系數(shù)、長(zhǎng)寬比及寬度吃水比在數(shù)據(jù)庫(kù)中查找相似的船，列出符合要求的所有船舶，以船舶性能(如阻力、效率或海軍部系數(shù)[4])為指標(biāo)，對(duì)比評(píng)價(jià)船舶的性能。

在計(jì)算過(guò)程中，選取相同的計(jì)算方法處理，消除不同方法帶來(lái)的結(jié)果差異(如采用二因次計(jì)算阻力、ITTC方法修正伴流等)。

為說(shuō)明船型選擇對(duì)性能評(píng)價(jià)的影響，選擇某VLCC作為目標(biāo)船，研究不同檢索方法帶來(lái)的船舶性能評(píng)估差異。

按照無(wú)因次參數(shù)搜索方法，方形系數(shù)范圍控制在待評(píng)估船的±2%以內(nèi)。搜索結(jié)果有6艘船舶符合要求，這6艘船舶包含待評(píng)估船和無(wú)因次相似船，其中ship 0為待評(píng)估船。在相似船中，有3艘VLCC和2艘50 000 DWT油船。

從阻力和推進(jìn)性能2方面評(píng)估船舶性能，阻力以剩余阻力系數(shù)(見(jiàn)圖2)為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，推進(jìn)性能以效率(見(jiàn)圖3)為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

由圖2和圖3可知，ship 0的阻力約處于中間水平，推進(jìn)效率處于中間偏低的水平。采用船型細(xì)分的方式重新檢索對(duì)比船舶，重新以剩余阻力系數(shù)及推進(jìn)效率為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估船舶性能(見(jiàn)圖4和圖5)。

通過(guò)重新對(duì)ship 0的性能進(jìn)行評(píng)估可知，在同類型船舶中，該船的阻力性能偏差；推進(jìn)效率處于中間水平。相比船型未細(xì)分時(shí)評(píng)估的結(jié)果，突顯出阻力性能偏差，更合理地反映出目標(biāo)船的性能水平，需從阻力性能方面對(duì)該船型作進(jìn)一步優(yōu)化。

3 結(jié) 語(yǔ)

為可靠地評(píng)估船舶快速性能，針對(duì)快速性預(yù)報(bào)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)船型進(jìn)行細(xì)分。在檢索相近船時(shí)不僅保證無(wú)因次量相近，同時(shí)船型主尺度及特點(diǎn)也盡量相同。在這樣的條件下，對(duì)船舶性能的評(píng)估更加合理和可靠，為船舶的設(shè)計(jì)者提供了明確的方向。

當(dāng)前的船型細(xì)分工作主要針對(duì)油船和散貨船等肥大船型，這類船舶的數(shù)量龐大，噸位覆蓋范圍廣，易出現(xiàn)船舶無(wú)因次量相近而主尺度相差較大的情況。隨著水池?cái)?shù)據(jù)庫(kù)的不斷擴(kuò)充，其他船型(如集裝箱船和工程船)都可能面臨相同的問(wèn)題，在未來(lái)的工作中，將根據(jù)船舶的不同類型特點(diǎn)對(duì)船型數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行細(xì)分，提高船舶快速性能評(píng)估的可靠性。

[1] 陳昌運(yùn),董國(guó)祥,陳霞萍,等. 船舶綜合性能預(yù)報(bào)系統(tǒng)[J]. 上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所學(xué)報(bào), 2007, 30(2): 81-87.

[2] 揭正華. 基于船模試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的快速性預(yù)報(bào)研究[J]. 上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所學(xué)報(bào), 2004, 27(2): 73-79.

[3] 船舶水動(dòng)力性能(快速性)優(yōu)化及預(yù)報(bào)研究技術(shù)總結(jié)報(bào)告[R]. 上海：上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所, 2013.

[4] 李云波. 船舶阻力[M]. 哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2005.

ShipTypeSubdivisionforShipResistanceandPropulsionPerformanceEvaluation

CHELinyuan，CHENWeimin

(State Key Laboratory of Navigation and Safety Technology, Shanghai Ship & Shipping Research Institute, Shanghai 200135, China)

The categories of the ship type in the model test database are subdivided in order to achieve better accuracy of ship resistance and propulsion performance evaluation. Ships are grouped by their principal dimensions and local line shape. For evaluating the performances of a ship, the suitable ships which are similar to the target ship in speed-power performance are picked up from a chosen category of ship type according to the block coefficient, length-breadth ratio and breadth-draft ratio. Some examples indicate that the precision is improved by this method.

ship type subdivision; performance evaluation; resistance and propulsion

U661.31

A

2017-03-06

車霖源(1985—),男,遼寧鳳城人,助理研究員,碩士,從事船型優(yōu)化及相關(guān)水動(dòng)力性能研究。

1674-5949(2017)03-0012-03