這兩艘船系上海船舶研究設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的“海豚64K”超靈便型節(jié)能環(huán)保散貨船。2013年3月，“海豚64K”型首制船“琥珀冠軍”號(hào)交付，入選當(dāng)年世界名船錄(Significant Ships 2013)。2014～2015年，該型船憑借出色的節(jié)能環(huán)保性能，迎來(lái)一波訂造高潮，被不少船東作為船隊(duì)更新?lián)Q代的選擇。據(jù)悉，“海豚64K”目前已累計(jì)為近50家國(guó)內(nèi)外船東采用，20多家船廠承建，已生效訂單近300艘，合同總額超過(guò)78億美元，其中出口船舶超過(guò)85％，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
“可以說(shuō)，‘海豚64K’是繼‘海豚57K’后上海船院創(chuàng)立的又一市場(chǎng)標(biāo)桿。”上海船院相關(guān)負(fù)責(zé)人表示。獲得了市場(chǎng)認(rèn)可的“海豚64K”，在今年榮獲中國(guó)船舶工業(yè)集團(tuán)公司科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。經(jīng)典不再重復(fù)，而在不斷超越。“海豚64K”——這型集大載重量、低能耗、環(huán)保于一體的新一代節(jié)能環(huán)保型散貨船，離不開(kāi)上海船院研發(fā)團(tuán)隊(duì)為順應(yīng)市場(chǎng)潮流，厚積薄發(fā)、不斷突破的堅(jiān)持。
大載重噸背后的角力
“在‘海豚64K’之前，同類(lèi)型的散貨船還沒(méi)有這么大的尺度。”上海船院相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹。2010年，上海船院著手開(kāi)發(fā)該型船。圍繞“綠色環(huán)保”的設(shè)計(jì)理念，兼顧船東運(yùn)營(yíng)效益最大化以及國(guó)際、國(guó)內(nèi)最新規(guī)范要求，研發(fā)團(tuán)隊(duì)在線型、主機(jī)和螺旋槳、空船重量、總體布置、節(jié)能裝置等方面進(jìn)行了大量的研究?jī)?yōu)化。
“海豚64K”總長(zhǎng)199.9米，型寬32.26米，型深18.5米，采用單機(jī)單槳、低速柴油機(jī)推進(jìn)，適用于無(wú)限航區(qū)。64000噸的載重量，意味著新船型“在保證必要航速的條件下要使得載重量達(dá)到同類(lèi)型船型中最大”。航速和載重量是船舶設(shè)計(jì)中永恒的矛盾。負(fù)責(zé)人介紹，“海豚64K”對(duì)線型設(shè)計(jì)的要求非常高，使得本船必須采用超大方形系數(shù)，直觀地看該船的線型肥大，這又會(huì)影響船舶的快速性和操縱性。
在研發(fā)階段，上海船院技術(shù)人員運(yùn)用專(zhuān)業(yè)船舶CFD計(jì)算軟件，分別從改善球首線型、修改尾部縱流、調(diào)整浮心位置等多方面入手優(yōu)化線型，研究提高船舶航速的有效辦法。 “由于該船型批量很大而且采用超大方形系數(shù)線型，因此我們對(duì)船舶的操縱性、耐波性、螺旋槳空泡及激振力測(cè)試等進(jìn)行了全面的試驗(yàn)和分析比較，結(jié)果非常理想。”該船型先后在世界知名的三大水池進(jìn)行了共6輪的船模試驗(yàn)，較好地解決了超大方型系數(shù)散貨船的尾部來(lái)流不暢影響螺旋槳效率和風(fēng)浪中失速的問(wèn)題。
EEDI達(dá)2025年標(biāo)準(zhǔn)
時(shí)勢(shì)造英雄。可以說(shuō)，“海豚64K”是為了適應(yīng)當(dāng)時(shí)的高油價(jià)而誕生的。
為了降低新船型的油耗指標(biāo)，上海船院的研發(fā)團(tuán)隊(duì)主要從兩方面著手改進(jìn)。首先，在確定船舶總阻力的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化機(jī)槳配合，通過(guò)降低主機(jī)轉(zhuǎn)速，提高螺旋槳的推進(jìn)效率，從根本上降低主機(jī)輸出功率。另外，在功率點(diǎn)和主機(jī)選型的匹配上，綜合考慮主機(jī)的布置、油耗、船舶能效設(shè)計(jì)指數(shù)（EEDI）等因素后，研發(fā)團(tuán)隊(duì)最終選擇了一款低轉(zhuǎn)速主機(jī)，以降低主機(jī)自身的油耗，同時(shí)也可以進(jìn)一步提高螺旋槳的推進(jìn)效率。“‘海豚64K’上采用了一型直徑較大的螺旋槳，這在當(dāng)時(shí)也是一個(gè)比較超前的設(shè)計(jì)理念，目的就是配合低轉(zhuǎn)速主機(jī)，提升船舶的整體效率。”研發(fā)方面負(fù)責(zé)人介紹。最終，“海豚64K”設(shè)計(jì)槳的船身效率為0.78，滿(mǎn)足航速要求。和母型船相比，“海豚64K”主機(jī)油耗每天降低8.3噸。憑借其主機(jī)功率和油耗的大幅降低，載重量、艙容大幅提高，“海豚64K”實(shí)船EEDI達(dá)到2025年標(biāo)準(zhǔn)。
創(chuàng)新減震方法
振動(dòng)噪音的控制也是該船型設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。該船線型肥大，上建層數(shù)較多，采取過(guò)度的防振措施會(huì)直接影響到對(duì)空船重量的控制。“在減振降噪方面，我們創(chuàng)新性的進(jìn)行了全船建模振動(dòng)分析。”
先從主要振源著手，研發(fā)人員采用側(cè)斜式螺旋槳設(shè)計(jì)，改善伴流，控制葉梢間隙，減小螺旋槳激振力，增加平衡裝置等方法，降低主機(jī)和螺旋槳的激振力影響。通過(guò)有限元法，研發(fā)人員進(jìn)行了尾部和上層建筑的振動(dòng)、噪音分析預(yù)報(bào)，大規(guī)模采用子結(jié)構(gòu)技術(shù)，對(duì)全船每個(gè)局部，包括雷達(dá)桅、上層建筑整體、橋樓兩翼、主機(jī)、舵等獨(dú)立結(jié)構(gòu)以及每層甲板和每道艙壁都進(jìn)行了局部結(jié)構(gòu)固有頻率分析，液艙艙壁還結(jié)合運(yùn)用了流固耦合技術(shù)判斷該局部振動(dòng)特性。通過(guò)對(duì)比每處結(jié)構(gòu)固有頻率和主要激振力頻率的落差來(lái)進(jìn)行合適的結(jié)構(gòu)修改，將局部結(jié)構(gòu)振動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)降到最低。最后，通過(guò)整船響應(yīng)計(jì)算驗(yàn)證這些局部結(jié)構(gòu)的實(shí)際振動(dòng)特性，針對(duì)不同的激振源，在必要位置采取合理防振措施。計(jì)算結(jié)果和實(shí)船振動(dòng)測(cè)量表明，“海豚64K”的振動(dòng)得到了較好的控制，在控制噪音方面取得了較為滿(mǎn)意的效果。
“海豚64K”以“綠色節(jié)能”的清新形象剛一面世，便受到市場(chǎng)青睞。一款標(biāo)桿性產(chǎn)品的誕生、成熟直到被市場(chǎng)接受是一個(gè)漫長(zhǎng)不易的過(guò)程，離不開(kāi)大批人員的辛勤付出。“由于船市不好，各個(gè)船東都提出了大量的定制化修改意見(jiàn)，在后期詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，上海船院的工作量也是巨大的。”上海船院負(fù)責(zé)人說(shuō)著，那段“盛況空前”的加班趕工場(chǎng)景似乎就在眼前。
