運輸船舶在波浪中失速的近似估算

1、運輸船舶在波浪中失速的近似估算何惠明，董國祥，蔣永旭（上海船舶運輸科學研究所運輸事業(yè)部 200135）摘要：如何準確、快速、簡便地估算船舶在波浪中的失速，已成為船舶波耐性能研究人員、船舶設(shè)計研究人員、造船技術(shù)研究人員和航運界人員共同關(guān)心的一個重要課題。本文給出了近似估算運輸船舶在波浪中失速的兩個方法。對處于初步設(shè)計階段且尚未做過靜水快速性能模型試驗的運輸船舶，可直接應(yīng)用第二個方法。該方法提出的近似估算公式應(yīng)用方便，也不用編程便可直接手算，且與模型試驗結(jié)果相當吻合。關(guān)鍵詞：波浪失速；近似估算；公式Approximate Estimation for Ship Speed Loss in Wave

2、s HE Hui-ming DONG Guo-xian( Shanghai Ship & Shipping Research Institute)Abstract: The fast correct and convenient estimation for ship speed loss in waves has been concerned commonly by researchers in ship research, design, building and navigation fields. Two methods of approximate estimation fo

3、r ship speed loss in waves are given. One is the estimation for ship speed loss in waves by estimating ship resistance increment in waves, the other is an approximate formula of estimation for speed loss of the ship without carrying out powering performance tests in calm water. This formula can be c

4、onveniently applied, the calculation with this formula can be carried out manually without compiling program and its results agree with model test data well. 一 引言隨著船舶理論和造船技術(shù)的發(fā)展，業(yè)主對運輸船舶航運經(jīng)濟性的要求越來越高。人們在重視船舶靜水中的快速性能的同時，也開始日益普遍重視船舶在波浪中的快速性能。因此，如何準確、快速、簡便地估算船舶在波浪中的失速，已成為船舶耐波性能研究人員、船舶設(shè)計研究人員、造船技術(shù)研究人員和航運界人員

5、共同關(guān)心的一個重要課題。運輸船舶在波浪中失速的近似估算，可以有兩個辦法。對已做過靜水快速性能模型試驗（亦即已知功率航速關(guān)系）的船舶，可以通過估算船舶在波浪中的阻力增加（亦即有效功率增加）來估算船舶在波浪中的失速；對未做過靜水快速性能模型試驗的船舶，可以直接用本文提出的運輸船舶在波浪中失速的近似估算公式計算來求得。通常，前者辦法的估算精度要高些。但是，后者辦法提出的近似估算公式應(yīng)用方便，也不用編程便可直接手算，且與模型試驗結(jié)果相當吻合。該公式對尚處于設(shè)計階段且未做過靜水快速性能模型試驗的船舶較為實用。二 通過估算船舶在波浪中的阻力增加來估算波浪中失速的方法1船舶在波浪中的阻力增加的近似估算1作者

6、在文獻1中提出了一個能準確、快速、簡便地估算船舶在波浪中的阻力增加的近似計算公式。該公式是作者根據(jù)九艘運輸船舶規(guī)則波模型試驗結(jié)果，以Jinkine-Ferdinande根據(jù)四艘快速貨船（方形系數(shù)0.550.65）的規(guī)則波模型試驗結(jié)果經(jīng)過回歸分析提出的近似計算公式2的形式為基礎(chǔ)，增加了浪級修正函數(shù)f（H1/3）和方形系數(shù)Cb修正函數(shù)f（Cb），并把原用圖譜表達的隨無因次系數(shù)（ps/pr）變化的函數(shù)I（），調(diào)整為便于編程計算的公式化函數(shù)f（），經(jīng)過回歸分析得到的。該公式又經(jīng)以后的模型試驗結(jié)果驗證，表明有令人滿意的精度。該公式表達如下：式中：水的質(zhì)量密度,kgs2m-4；g重力加速度,ms-2；B船

7、寬,m；L兩柱間長,m；表示浪級的因子，由下式計算： 其中: 浪級修正函數(shù) 波浪有義波高,m；波浪特征周期,S。表示船舶要素的因子，取決于船型、方形系數(shù)、重量分布和傅氏數(shù)。對于給定的船可按下式計算：其中：Kyy船舶縱向慣性半徑Fn傅氏數(shù) 方形系數(shù)Cb修正函數(shù)，由下式計算得到：當 當 當 是隨無因次系數(shù)（ps/pr）變化的函數(shù)。表示波譜峰處的頻率ps與規(guī)則波中阻力增加最大時（即kw（）max）的頻率pr之比。因此由下式計算得到：當 當 當 2 船舶在波浪中失速的估算方法由上節(jié)計算得到船舶在波浪中的阻力增加，乘以相應(yīng)的航速，即得到船舶在波浪中的有效功率增加。加上對應(yīng)航速的靜水有效功率值，即得到各波

8、況下總的有效功率值Pew。關(guān)于船舶在波浪中的失速，目前通常的處理方法是把波浪中的有效功率Pew和靜水中的有效功率Pes畫在同一“有效功率Pe航速V曲線”圖上，在該曲線圖上，根據(jù)靜水設(shè)計航速時的有效功率值畫一水平線，與各個波況的有效功率Pe相交，各交點對應(yīng)的航速值與靜水航速值的差值V，即為波浪中的失速。但這種處理方法是基于如下這樣的各文獻資料一致認同的假定34：船舶在波浪中的自航要素相當于靜水中的自航要素，這樣原本應(yīng)在“收到功率Pd航速V曲線”上求航速差值V，簡化為直接在“有效功率Pe航速V曲線”上求航速差值V。下圖即為某船各個波況的“有效功率Pe航速V曲線”，從此圖上可求出波浪中的失速。圖1

9、有效功率Pe航速V曲線三 運輸船舶在波浪中失速的近似估算公式對未做過靜水快速性能模型試驗的船舶，可以直接用本節(jié)提出的運輸船舶在波浪中失速的近似估算公式計算來求得。該公式是作者根據(jù)多艘運輸船舶的模型試驗結(jié)果經(jīng)回歸分析提出的。1運輸船舶在波浪中失速的近似估算公式表達式式中：V波浪中失速,kn；V設(shè)計航速,kn；L兩柱間長,m；B型寬,m；T吃水,m； 表示浪級的因子，由下式計算： 式中：修正系數(shù)，由下式計算：當L150 當150<L<200 當L200 波浪有義波高,m；波浪特征周期,s。2 計算結(jié)果與模型試驗結(jié)果的比較 115000t級散貨船計算結(jié)果與模型試驗結(jié)果的比較該船主尺度：兩

10、柱間長L=249.8m，型寬B=43.0m，吃水T=14.5m，設(shè)計航速V=14.26kn。H1/3（m）T1(s)模型試驗V/V（%）公式計算V/V（%）2.06.40.630.883.07.02.102.444.07.65.055.355.08.29.9610.31 85000t原油輪計算結(jié)果與模型試驗結(jié)果的比較該船主尺度：兩柱間長L=233.0m，型寬B=44.0m，吃水T=12.7m，設(shè)計航速V=15.0kn。 H1/3（m）T1(s)模型試驗V/V（%）公式計算V/V（%）2.06.41.201.243.07.03.673.454.07.68.077.57 50500t化學品船計算結(jié)

11、果與模型試驗結(jié)果的比較該船主尺度：兩柱間長L=176.0m，型寬B=32.2m，吃水T=11.0m，設(shè)計航速V=14.5kn。 H1/3（m）T1(s)模型試驗V/V（%）公式計算V/V（%）1.05.00.620.655.80.760.752.05.83.032.996.63.453.413.06.67.867.677.49.108.604.07.417.1015.288.618.9017.76 江海直達淺吃水肥大船計算結(jié)果與模型試驗結(jié)果的比較該船主尺度：兩柱間長L=128.0m，型寬B=24.0m，吃水T=5.4m，設(shè)計航速V=11.5kn。H1/3（m）T1(s)模型試驗V/V（%）公式

12、計算V/V（%）1.05.81.831.732.06.47.837.203.07.016.7016.61 10000t級專線貨船計算結(jié)果與模型試驗結(jié)果的比較該船主尺度：兩柱間長L=124.0m，型寬B=23.0m，吃水T=5.5m，設(shè)計航速V=11.0kn。H1/3（m）T1(s)模型試驗V/V（%）公式計算V/V（%）1.05.81.551.771.56.13.734.072.06.47.187.362.56.711.4511.663.07.016.4516.98從以上表中數(shù)據(jù)可以看到，根據(jù)本文公式計算的船舶在波浪中的失速V/V（%）與根據(jù)模型試驗得到的失速V/V（%）比較，兩者是相當吻合的。參考文獻1 何惠明、董國祥，第九屆全國水動力學學術(shù)會議暨第二十二屆全國水動力學研討會文集，北京海洋出版社，2009.82 Jinkine V.,Ferd