一种航道整治设计代表船型有效功率确定方法与流程

本发明涉及航道整治设计，具体涉及航道整治设计代表船型有效功率确定方法。

背景技术：

1、山区急滩航道整治设计通常需要依据设计代表船型的动力性能，选择适应待整治航道具体条件的现有船舶阻力计算方法，通过建立推力-平衡关系，确定急流航段船舶上滩的控制流速-比降组合，作为航道整治设计的目标消滩水力指标，用于校核评估设计方案实施后，是否能满足船舶上滩要求。

2、目前，在船舶阻力计算领域已存在多种既有方法，但在确定设计代表船型的动力性能方面，尚无统一的标准方法。在以往航道整治工程设计时，传统的动力确定方法多直接采用既有营运船舶的主机额定功率或历史工程经验值。由于船龄、装载状态、推进效率、机桨匹配和改造情况不同，同吨级实船主机功率离散度较大；将其中偏低或偏高的单船数据直接作为设计标准，容易导致通航能力判断失真，并进一步影响疏浚、炸礁、筑坝等整治工程量以及生态和防洪影响。另一方面，既有船型主尺度与根据航道工程设计标准确定的设计代表船型主尺度也往往不一致，导致消滩水力指标计算船型与设计代表船型不匹配。

3、虽然，船舶法定规范已经从船舶安全与操纵性角度给出不同水系、航区或航段船舶在最大持续功率工况下应达到的最低航速，并提供代表船型尺度、排水量以及航速—有效功率回归计算方法。然而，上述规定主要用于船舶建造和检验，现有航道整治设计流程中尚缺少一种参数接口明确、计算口径统一、能够把所述法定最低航速与回归方法转换为航道设计代表船型标准化有效功率的方法。

技术实现思路

1、针对现有获得具体船舶的航速与功率关系的方法，依赖具体实船、型线或试验资料，难以为不同航道整治项目提供口径统一且可追溯的设计代表船型有效功率的技术问题，本发明提供了一种航道整治设计代表船型有效功率确定方法，能够为航道设计代表船型确定可重复、可追溯的标准化有效功率。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、本发明提供了一种航道整治设计代表船型有效功率确定方法，包括以下步骤：

4、获取目标航道的航道信息，并确定对应的设计代表船型尺度参数；

5、依据现行船舶法定规范确定代表船型在最大持续功率下的最低静水航速；

6、基于所述最低静水航速和所述代表船型尺度参数，通过规范回归确定方法，确定供航道整治设计采用的代表船型标准化有效功率。

7、具体而言，所述的航道信息包括航道等级、水系标识、采用的代表船型类别、采用的代表船型载重吨级、航区航段标识。

8、具体而言，所述代表船型尺度参数包括垂线间长、水线长、型宽、设计吃水、方形系数 、螺旋桨数量和排水量。

9、具体而言，所述排水量根据代表船型静水力资料确定或根据排水量估算模型确定；

10、所述排水量估算模型为，式中，淡水密度取，或取项目水体实测密度。

11、具体而言，所述代表船型尺度参数的确定依据为航道工程技术标准、标准船型主尺度系列或者经审查确认的项目设计文件中的至少一种。

12、具体而言，依据现行船舶法定规范确定代表船型在最大持续功率下的最低静水航速的方法包括以下步骤：

13、依据现行船舶法定规范，基于水系标识、航区航段标识和船型类别，确定船舶在最大持续功率工况下的最低静水航速限值（单位：km/h）；

14、建立法规映射表，若同一目标航段同时受多项最低航速条款约束，则选取其中要求最高、适用范围最直接的限值；若现行船舶法定规范给出速度区间，则选取区间下限作为标准化计算速度；

15、将最低静水航速限值的单位换算为m/s，得到，为法定最低静水航速。

16、具体而言，基于所述最低静水航速和所述代表船型尺度参数，通过规范回归确定方法，确定供航道整治设计采用的代表船型标准化有效功率的方法包括步骤：

17、将法定最低静水航速作为规范回归计算采用的航速v，计算傅汝德数和船长排水量参数；

18、以傅汝德数为横坐标、船长排水量参数为曲线参数，在基础系数图谱中查取基础系数；

19、根据螺旋桨数量计算确定临界方形系数；

20、根据方形系数和临界方形系数，计算参数t；

21、基于方形系数和临界方形系数的关系，计算参数；

22、根据参数和系数，计算系数；

23、根据宽吃水比计算系数；

24、基于系数和系数，计算修正系数；

25、根据垂线间长和水线长计算系数；

26、基于系数，按照水系分支计算法定最低静水航速下的标准化有效功率。

27、在本申请一可选的实施方式中，在确定所述代表船型标准化有效功率后，对所述代表船型标准化有效功率进行主机功率合理性校核。

28、具体而言，对所述代表船型标准化有效功率进行主机功率合理性校核的方法包括以下步骤：

29、按类似船型的试验、设计资料或规范建议范围选取总推进系数；

30、根据标准化有效功率和总推进系数计算主机额定功率；

31、搜集当地或相同水系类似航区航段近年新造同吨级船舶主机额定功率数据，与计算数据进行对比，进行合理性校核。

32、在本申请一可选的实施方式中，在确定所述代表船型标准化有效功率后，基于所述设计代表船型标准化有效功率计算设计代表船型有效推力。

33、具体而言，基于所述代表船型标准化有效功率计算代表船型有效推力的方法包括以下步骤：

34、对第i个拟校核急流工况，读取水流速度和船舶对地航速，确定船舶对水航速；

35、船舶对水航速的计算公式为

36、所述第i个工况的可用有效推力的计算模型为，其中，为代表船型标准化有效功率，为第i个工况点的船舶对水航速，当以kw、以m/s计时，的数值单位为kn。

37、与现有技术相比，本发明具有如下的优点和有益效果：

38、1、本发明提供的航道整治设计代表船型有效功率确定方法，以航道等级对应的代表船型和法定最低航速作为统一约束，减少了船龄、机型和运营状态造成的样本离散，使不同项目的设计代表船型功率具有可比性。

39、2、本发明提供的航道整治设计代表船型有效功率确定方法，将船舶建造法规中的最低航速约束和有效功率回归方法转换为航道整治设计代表船型的统一动力输入，不依赖目标航段必须存在足量同吨级实船样本。

40、3、本发明提供的航道整治设计代表船型有效功率确定方法，采用回归计算的修正分支和中间量，能够定位差异来自船型参数、航区速度条款还是图谱查值，提高复核效率。

41、4、本发明提供的航道整治设计代表船型有效功率确定方法，标准化有效功率可与不同现有阻力计算方法衔接，不因具体项目更换阻力模型而改变核心功率确定口径，有利于减少功率取值偏低导致的过度整治风险。

1.一种航道整治设计代表船型有效功率确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的航道整治设计代表船型有效功率确定方法，其特征在于，所述的航道信息包括航道等级、水系标识、采用的代表船型类别、采用的代表船型载重吨级、航区航段标识。

3.根据权利要求2所述的航道整治设计代表船型有效功率确定方法，其特征在于，所述代表船型尺度参数包括垂线间长、水线长、型宽、设计吃水、方形系数 、螺旋桨数量和排水量。

4.根据权利要求3所述的航道整治设计代表船型有效功率确定方法，其特征在于，所述排水量根据代表船型静水力资料确定或根据排水量估算模型确定；

5.根据权利要求2所述的航道整治设计代表船型有效功率确定方法，其特征在于，所述代表船型尺度参数的确定依据为航道工程技术标准、标准船型主尺度系列或者经审查确认的项目设计文件中的至少一种。

6.根据权利要求2所述的航道整治设计代表船型有效功率确定方法，其特征在于，依据现行船舶法定规范确定代表船型在最大持续功率下的最低静水航速的方法包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的航道整治设计代表船型有效功率确定方法，其特征在于，基于所述最低静水航速和所述代表船型尺度参数，通过规范回归确定方法，确定供航道整治设计采用的代表船型标准化有效功率的方法包括步骤：

8.根据权利要求1～7中任意一项所述的航道整治设计代表船型有效功率确定方法，其特征在于，在确定所述代表船型标准化有效功率后，对所述代表船型标准化有效功率进行主机功率合理性校核。

9.根据权利要求8所述的航道整治设计代表船型有效功率确定方法，其特征在于，对所述代表船型标准化有效功率进行主机功率合理性校核的方法包括以下步骤：

10.根据权利要求1～7中任意一项所述的航道整治设计代表船型有效功率确定方法，其特征在于，在确定所述代表船型标准化有效功率后，基于所述设计代表船型标准化有效功率计算设计代表船型有效推力。

11.根据权利要求10所述的航道整治设计代表船型有效功率确定方法，其特征在于，基于所述代表船型标准化有效功率计算代表船型有效推力的方法包括以下步骤：