CN112182747A - 用于船舶波浪增阻性能分析的仿真试验***及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请属于虚拟仿真技术领域，具体涉及一种用于船舶波浪增阻性能分析的仿真试验***及方法。该***包括：模型创建单元，用于创建数值波浪水池模型，以及基于目标船舶的主尺度参数建立船舶模型；网格划分单元，用于确定计算区域，并生成离散网格；波浪制造单元，用于根据预设波浪载荷参数为船舶波浪增阻试验生成规则波；增阻试验单元，用于通过CFD计算所述目标船舶在所述规则波下以预设航速航行时的运动响应和波浪增阻，并进行所述目标船舶在不同波长、不同航速下的波浪增阻预测。本申请***降低了试验成本，缩短了试验周期，提高了研发工作的效率；相较于理论计算，该***能够考虑流体粘性影响，实验结果可靠性高，更具有参考价值。
Description
技术领域
本申请属于虚拟仿真技术领域，具体涉及一种用于船舶波浪增阻性能分析的仿真试验***及方法。
背景技术
船舶大多数情况下都是在波浪环境中航行的，尤其是远洋运输船舶，在航行的过程中会遭遇各种海况，海上波浪环境成为影响船舶运营效能的最主要外界因素。因此，船舶在波浪中的航行性能才能更真实地反映船舶的运营效能，针对实际运营过程中遭遇的波浪环境进行船舶性能研究，从而成为提高船舶能源利用效率、减少船舶能耗的重要技术途径，对提高船舶远洋航行安全也具有重要意义。
波浪中船舶阻力增加的主要研究手段包括模型试验和理论计算。对于短波中船舶的阻力增加，模型试验的试验成本高，试验周期长，并且还存在物理水池的造波机能力限制短波环境的模拟和短波具有稳定性较差等缺点，在水池中衰减与耗散比较严重，使得水池中较难模拟出高品质的短波，综合其他各因素的影响，导致短波中船舶阻力增加模型试验的不确定度较大。理论计算则是基于势流理论基础上的研究方法，无法考虑流体黏性的影响，存在诸多假设，计算结果可靠性差，参考价值低；且船舶在波浪中航行时通常伴随着明显的波浪破碎及翻卷等非线性现象，势流理论无法对此类非线性现象进行研究。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于现有技术的上述缺点、不足，本申请提出一种用于船舶波浪增阻性能分析的仿真试验***及方法。
(二)技术方案
为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：
第一方面，本申请实施例提供一种用于船舶波浪增阻性能分析的仿真试验***，该***包括：
模型创建单元，用于创建数值波浪水池模型，以及基于目标船舶的主尺度参数建立船舶模型；
网格划分单元，用于基于所述数值波浪水池模型和所述船舶模型确定计算区域，并对所述计算区域进行网格划分，生成离散网格；
波浪制造单元，用于在所述数值波浪水池模型中，根据预设波浪载荷参数为船舶波浪增阻试验生成规则波；
增阻试验单元，用于在预设的试验环境下，基于所述离散网格，通过CFD计算所述目标船舶在所述规则波下以预设航速航行时的运动响应和波浪增阻，并进行所述目标船舶在不同波长、不同航速下的波浪增阻预测。
可选地，该***还包括：
报表统计单元，用于将船舶波浪增阻试验数据进行统计分析并生成相应的动画和/或图表，所述船舶波浪增阻试验数据包括试验过程中输入主尺度参数、波浪载荷参数、预设的试验环境参数和试验结束时得到的波浪增阻计算结果数据和波浪增阻预测结果数据。
可选地，所述报表统计单元包括：
静态报表模块，用于基于所述船舶波浪增阻试验数据，生成静态报表；
统计分析模块，用于基于所述船舶波浪增阻试验数据，进行目标船舶波浪增阻性能的评价及船舶性能的评估；
OLAP报表模块，用于基于所述波浪增阻预测结果数据，生成波浪增阻预测结果报表；
可视化模块，用于基于所述船舶波浪增阻试验数据，生成目标船舶在所述规则波中航行的运动仿真动画。
可选地，所述静态报表包括波浪总阻力-波长/船长报表、波浪增阻-波长/船长报表、波浪总阻力-航速报表、波浪增阻-航速报表中的一种或多种。
可选地，该***还包括用户接口单元和事件处理单元；
所述用户接口单元，用于为用户提供人机交互的界面，接收用户的操作指令，将所述操作指令发送至所述事件处理单元；
所述事件处理单元，用于基于规则引擎中预先制定好的规则，把所述操作指令通过SOA服务传递给模型创建单元、网格划分单元、波浪制造单元、增阻试验单元、报表统计单元中的一个或多个。
第二方面，本申请实施例提供一种用于船舶波浪增阻性能分析的仿真试验方法，该方法包括：
S1、创建数值波浪水池模型，以及基于目标船舶的主尺度参数建立船舶模型；
S2、基于所述数值波浪水池模型和所述船舶模型确定计算区域，并对所述计算区域进行网格划分，生成离散网格；
S3、在所述数值波浪水池模型中，根据预设波浪载荷参数为船舶波浪增阻试验生成规则波；
S4、在预设的试验环境下，基于所述离散网格，通过CFD计算所述目标船舶在所述规则波下以预设航速航行时的运动响应和波浪增阻，并进行所述目标船舶在不同波长、不同航速下的波浪增阻预测。
可选地，S2中对所述计算区域进行网格划分，生成离散网格，包括：
基于所述主尺度参数和水线信息数据，生成符合边界元方法的水面和匹配面离散网格；
进行所述目标船舶的静水力计算，得到静水力计算结果；
将所述静水力计算结果与预设参数比较，调整所述数值波浪水池模型、所述船舶模型及所述水面和匹配面离散网格，直至所述静水力计算结果与所述预设参数相同；并将最终得到的水面和匹配面离散网格作为生成的离散网格；其中所述预设参数包括但不限于：重心位置、浮心位置、船舶排水体积、等价排水体积、倾覆力矩、复原力矩。
可选地，所述波浪载荷参数包括波长、波浪方向、波浪种子数、起始频率、截至频率、有义波高、跨零周期中的一种或多种。
可选地，S4中，通过CFD计算所述目标船舶在所述规则波下以预设航速航行时的运动响应和波浪增阻之前还包括：
计算刚体横摇运动时的临界阻尼：
其中，Ixx为横摇方向惯性质量，ΔIxx为附加质量惯性质量，KRoll为横摇方向刚度；
计算横摇粘性阻尼修正量：
Dc＝8％Dcritical
将计算得到的摇粘性阻尼修正量作为CFD计算目标船舶波浪增阻时的黏性阻尼修正量。
可选地，用于生成预设的试验环境的试验环境参数包括：海洋环境参数、海流载荷参数；
所述海洋环境参数包括风谱类型，风速，风向，风速参考高度中的一种或多种。
所述海流载荷参数包括流速、流向、流速参考深度中的一种或多种。
(三)有益效果
本申请的有益效果是：本申请提出了一种用于船舶波浪增阻性能分析的仿真试验***及方法，通过CFD计算目标船舶在规则波下以预设航速航行时的运动响应和波浪增阻，并进行目标船舶在不同波长、不同航速下的波浪增阻预测。相较于传统模型试验***，该***大大降低了试验成本，缩短了试验周期，提高了研发工作的效率；相较于理论计算，该***能够考虑流体粘性影响，不存在诸多假设，实验结果可靠性高，更具有参考价值；并且能够对船舶在波浪航行中产生的波浪破碎及翻卷等非线性现象进行研究。
附图说明
本申请借助于以下附图进行描述：
图1为本申请的第一个实施例中的用于船舶波浪增阻性能分析的仿真试验***架构示意图；
图2为本申请的第二个实施例中的用于船舶波浪增阻性能分析的仿真试验***架构示意图；
图3为本申请的第二个实施例中的报表统计层数据处理流程示意图；
图4a为本申请的第二个实施例中的报表统计层生成的波浪总阻力-波长/船长报表示例图；
图4b为本申请的第二个实施例中的报表统计层生成的波浪增阻-波长/船长报表示例图；
图4c为本申请的第二个实施例中的报表统计层生成的波浪总阻力-航速报表示例图；
图4d为本申请的第二个实施例中的报表统计层生成的波浪增阻-航速报表示例图；
图4e为本申请的第二个实施例中的报表统计层生成携带数据的波浪增阻静态报表的示例图；
图5为本申请的第三个实施例中的用于船舶波浪增阻性能分析的仿真试验方法流程示意图；
图6为本申请的第四个实施例中的用于船舶波浪增阻性能分析的仿真试验方法流程示意图。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。可以理解的是，以下所描述的具体的实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合；为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
本申请提出了一种用于船舶波浪增阻性能分析的仿真试验***，通过CFD计算目标船舶在规则波下以预设航速航行时的运动响应和波浪增阻，并进行目标船舶在不同波长、不同航速下的波浪增阻预测。相较于传统模型试验***，该***大大降低了实验成本，缩短了试验周期，提高了研发工作的效率；相较于理论计算，该***能够考虑流体粘性影响，不存在诸多假设，实验结果更具有参考价值；并且能够对船舶在波浪航行中产生的波浪破碎及翻卷等非线性现象进行研究。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
实施例一
图1示出了本申请的第一个实施例中的用于船舶波浪增阻性能分析的仿真试验***架构示意图。如图所示，用于船舶波浪增阻性能分析的仿真试验***100，该***包括：
模型创建单元101，用于创建数值波浪水池模型，以及基于目标船舶的主尺度参数建立船舶模型；
网格划分单元102，用于基于数值波浪水池模型和船舶模型确定计算区域，并对计算区域进行网格划分，生成离散网格；
波浪制造单元103，用于在数值波浪水池模型中，根据预设波浪载荷参数为船舶波浪增阻试验生成规则波；
增阻试验单元104，用于在预设的试验环境下，基于离散网格，通过CFD计算目标船舶在规则波下以预设航速航行时的运动响应和波浪增阻，并进行目标船舶在不同波长、不同航速下的波浪增阻预测。
其中，模型创建单元101可以与网格划分单元102和波浪制造单元103分别通信连接，增阻试验单元104可以和模型创建单元101、网格划分单元102、波浪制造单元103通信连接。
在具体实现过程中，该***还可以包括：报表统计单元、用户接口单元和事件处理单元。
报表统计单元，用于将船舶波浪增阻试验数据进行统计分析并生成相应的动画和/或图表，船舶波浪增阻试验数据包括试验过程中输入主尺度参数、波浪载荷参数、预设的试验环境参数和试验结束时得到的波浪增阻计算结果数据和波浪增阻预测结果数据。
用户接口单元，用于为用户提供人机交互的界面，接收用户的操作指令，将操作指令发送至事件处理单元。
事件处理单元，用于基于规则引擎中预先制定好的规则，把操作指令通过SOA服务传递给模型创建单元、网格划分单元、波浪制造单元、增阻试验单元、报表统计单元中的一个或多个。
其中，报表统计单元可以包括：
静态报表模块，用于基于船舶波浪增阻试验数据，生成静态报表，静态报表包括波浪总阻力-波长/船长报表、波浪增阻-波长/船长报表、波浪总阻力-航速报表、波浪增阻-航速报表中的一种或多种；
统计分析模块，用于基于船舶波浪增阻试验数据，进行目标船舶波浪增阻性能的评价及船舶性能的评估；
OLAP报表模块，用于基于波浪增阻预测结果数据，生成波浪增阻预测结果报表；
可视化模块，用于基于船舶波浪增阻试验数据，生成目标船舶在规则波中航行的运动仿真动画。
本申请中的模型创建单元101、网格划分单元102、波浪制造单元103、增阻试验单元104通常可以设置在终端设备或服务器中。
用来实现本申请实施例的终端设备或服务器的计算机***可以包括中央处理单元(CPU)，其可以根据存储在只读存储器(ROM)中的程序或者从存储部分加载到随机访问存储器(RAM)中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM中，还存储有***操作所需的各种程序和数据。CPU、ROM以及RAM通过总线彼此相连。输入/输出(I/O)接口也连接至总线。
以下部件连接至I/O接口：包括键盘、鼠标等的输入部分；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分；包括硬盘等的存储部分；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分。通信部分经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器也根据需要连接至I/O接口。可拆卸介质，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分。
实施例二
图2为本申请的第二个实施例中的用于船舶波浪增阻性能分析的仿真试验***架构示意图，如图2所示，本实施例中该***由用户管理、事件处理、试验应用、报表统计、数据捕获、数据存储和监测辅助七部分组成。
用户管理层主要实现对登录***的用户账户以及操作信息进行收集、整理、分析、传递等功能。具体功能由档案管理和操作管理两个模块来实现。
档案管理模块可以将新用户注册信息及使用习惯收集整理并传递到用户信息库存储，也可以在老用户登录时读取分析用户信息库中保存的用户资料，恢复用户熟悉的操作环境。
操作管理模块具有识别记录用户操作指令，逻辑分析指令信息，分类传递给事件处理层，并将***决策信息反馈给用户等功能。
事件处理层由复杂事件处理、规则引擎、SOA服务三个模块组成，管理着其他各功能层的运行，是整个***的中枢。复杂事件处理模块具有对复杂情况的逻辑分析能力，它能够按规则引擎中事先制定好的规则，把复杂问题解构成众多逻辑清晰、结构简单的信息指令，并通过SOA服务，将指令传递给试验应用层各功能模块。
试验应用层由波浪增阻试验的各环节功能模块组成，包括：模型创建、波浪制造、网格划分和增阻试验四个模块。
模型创建模块由建模软件和接口组成。模块配置有主流船舶三维建模软件(如ANSYS-Design Modeler，Solidworks，Catia，NAPA，Maxsurf等)接口，可按用户主管意愿选择建模工具；模型数据库接口，可调用公用模型，快速修改得到实验模型。
波浪制造模块由AQWA Wave和软件接口组成。AQWA Wave软件可以为船舶波浪增阻试验提供任意波长的规则波，数值模拟效果好；接口则保证了AQWA Wave与水池***的同步兼容，使新用户也能够顺利运用AQWA Wave。
增阻试验模块由Workbench Hydrodynamic Diffraction、Workbench Response和软件接口组成。其中HD可以实现不同波长、不同航速下船舶顶浪航行时因纵摇、垂荡运动导致阻力相较于静水增加的变化趋势，实现性能的预报。HR可以模拟船舶在规则波中航行时因纵摇、垂荡运动导致阻力相较于静水增加的具体数值，实现数值的预测。
报表统计层具有试验数据统计分析和结果报表展示等功能。该部分由可视化、统计分析、预测分析和静态与OLAP报表三个模块组成。
可视化模块，主要实现试验参数可视化以及试验结果可视化，具体来讲，是将试验目标船舶、试验环境和试验结果以动画的形式输出。
统计分析模块，在波浪增阻试验的基础上，增加对数据结果的主观性对比分析，能够较为准确的得到目标船舶波浪增阻性能的评价及具有某些共性的船舶性能优劣评估。
静态与OLAP报表模块，即实验数据的报表展示。静态报表，即使用报表处理软件，对波浪增阻性能分析及统计分析的试验结果进行整理，使结果更直观。OLAP报表主要用于预测分析结果的整理，保证了预测结果的准确、及时。
图3为本申请的第二个实施例中的报表统计层数据处理流程示意图，请参阅图3，本实施例中，报表统计层数据处理流程包括以下步骤：
步骤1、接收来自试验应用层发送的波浪增阻试验数据，并执行步骤2；
步骤2、整理生成静态报表，传递至供给分析模块，并执行步骤3；
步骤3、接收来自静态报表模块的数据包，分析波浪增阻性能结论，进行数据合理性评价，并执行步骤4；
步骤4、判断数据包是否具有合理性，若是，执行步骤5，否则，执行6；
步骤5、数据包上传数据库，并接受OLAP报表模块读取，然后执行步骤6；
步骤6、分析模块将数据包传递给可视化模块，生成波浪增阻运动仿真动画。
其中，生成的静态报表主要包含以下4种特征报表：波浪总阻力-波长/船长报表(如图4a所示)、波浪增阻-波长/船长报表(如图4b所示)、波浪总阻力-航速报表(如图4c所示)、波浪增阻-航速报表(如图4d所示)。此外，还可生成携带数据的波浪增阻静态报表(如图4e所示)。
图4c和图4d中不同的曲线表示不同的波长/船长比下波浪总阻力-航速曲线、波浪增阻-航速曲线。
数据捕获层具有数据捕获功能，它能够捕获各层级之间传递的结构化、半结构化以及非结构化数据，通过一定的中间过程将数据转换为能够在***之间分享的主数据，并依据元数据和索引实现数据的匹配与合并，将处理后的数据传递给数据存储层，实现数据的规划存储。
数据存储层，接收来自数据获取层传递的分类数据，按其种类分别存储到不同的数据库中。
数据库包括：用户信息库、波浪增阻模型库、波浪增阻参数库、波浪增阻结果库、历史记录库。
监测辅助层，主要任务是对***内部流通的数据进行实时监控、管理并为各模块工作提供辅助决策意见。
本申请提出的一种用于船舶波浪增阻性能分析的仿真试验***，相较于传统模型试验***，该***大大降低了试验成本，缩短了试验周期，提高了研发工作的效率；相较于理论计算，该***能够考虑流体粘性影响，不存在诸多假设，实验结果可靠性高，更具有参考价值；并且能够对船舶在波浪航行中产生的波浪破碎及翻卷等非线性现象进行研究。
实施例三
本申请第二方面提出了一种用于船舶波浪增阻性能分析的仿真试验方法，该方法可通过上述的用于船舶波浪增阻性能分析的仿真试验***实现。图5为本申请的第三个实施例中的用于船舶波浪增阻性能分析的仿真试验方法流程示意图。如图所示，该方法包括：
S1、创建数值波浪水池模型，以及基于目标船舶的主尺度参数建立船舶模型；
S2、基于数值波浪水池模型和船舶模型确定计算区域，并对计算区域进行网格划分，生成离散网格；
S3、在数值波浪水池模型中，根据预设波浪载荷参数为船舶波浪增阻试验生成规则波；
S4、在预设的试验环境下，基于离散网格，通过CFD计算目标船舶在规则波下以预设航速航行时的运动响应和波浪增阻，并进行目标船舶在不同波长、不同航速下的波浪增阻预测。
在具体实现过程中，S2中对计算区域进行网格划分，生成离散网格，可以包括：
S21、基于主尺度参数和水线信息数据，生成符合边界元方法的水面和匹配面离散网格；
S22、进行目标船舶的静水力计算，得到静水力计算结果；
S23、将静水力计算结果与预设参数比较，调整数值波浪水池模型、船舶模型及水面和匹配面离散网格，直至静水力计算结果与预设参数相同；并将最终得到的水面和匹配面离散网格作为生成的离散网格。
本实施例中，波浪载荷参数可以包括波长、波浪方向、波浪种子数、起始频率、截至频率、有义波高、跨零周期中的一种或多种。预设参数包括但不限于：重心位置、浮心位置、船舶排水体积、等价排水体积、倾覆力矩、复原力矩。
在具体实现过程中，S4中，通过CFD计算目标船舶在规则波下以预设航速航行时的运动响应和波浪增阻之前还包括：
S401、计算刚体横摇运动时的临界阻尼：
其中，Ixx为横摇方向惯性质量，ΔIxx为附加质量惯性质量，KRoll为横摇方向刚度；
S402、计算横摇粘性阻尼修正量：
Dc＝8％Dcritical
S403、将计算得到的摇粘性阻尼修正量作为CFD计算目标船舶波浪增阻时的黏性阻尼修正量。
本实施例中，S4中，进行所述目标船舶在不同波长、不同航速下的波浪增阻预测，包括：
S41、通过CFD计算目标船舶在不同航速航行时波浪增阻与波浪频率的关系；
S42、计算在预设的试验环境下随时间变化的波浪增阻；
S43、判断CFD模拟数据与船模试验数据关联性；
S44、如果数据关联，则依据CFD数据模拟结果对船舶未来的波浪增阻进行预报。
本实施例中，目标船舶在规则波载荷下受到的阻力包括入射波浪力、静水回复力、辐射波浪力和绕射波浪力。
本实施例中，用于生成预设的试验环境的试验环境参数包括：海洋环境参数、海流载荷参数。海洋环境参数包括风谱类型，风速，风向，风速参考高度中的一种或多种。海流载荷参数包括流速、流向、流速参考深度中的一种或多种。
实施例四
图6为本申请的第四个实施例中的用于船舶波浪增阻性能分析的仿真试验方法流程示意图。如图所示，该方法包括：
S10、创建试验模型：读取试验模型型值文件(包括型值点及特征轮廓点的三维坐标)，生成轮廓曲线，基于轮廓曲线，蒙皮生成模型。进行模型预处理：对模型进行光顺，修补建模产生的表面缺失，设置模型吃水，对模型进行水线面切割，将分割后的模型体组装为一个整体。
S20、网格划分：提取特征点信息及水线信息(包括首尾柱点空间坐标，水线面轮廓点坐标)。结合流场匹配边界智慧参数和水线信息，自动生成符合边界元方法的水面和匹配面离散网格。进行船舶静水力计算：基于船体离散网格，计算船舶排水体积、浮心、漂心、惯性矩、湿表面积等静水力参数，将数值计算结果与给定参数比较，调整模型及网格，直到静水力参数与给定参数相同。
S30、横摇粘性阻尼修正计算，然后将黏性阻尼修正量手动添加至试验参数中。
计算方法如下：
刚体横摇运动时的临界阻尼为：
其中，Ixx为横摇方向惯性质量，ΔIxx为附加质量惯性质量，KRoll为横摇方向刚度。
以8％的临界阻尼作为黏性阻尼修正量Dc，其数值为：
Dc＝8％Dcritical
S40、船舶运动参数输入，进行船舶水动力计算，求解模型遭受阻力与波浪传递频率所组成的笛卡尔直角坐标系数据曲线。
运动参数，包括：起始速度、起始位置、起始位姿角、波浪方向、波浪频率。
模型遭受阻力，包括：入射波浪力(Froude-Krylov Force)、静水回复力(DriftForce)、辐射波浪力(Radiation Force)和绕射波浪力(Diffraction Force)。
S50、分析船舶航行中的波浪增阻性能。首先对波浪阻力数据进行无量纲化处理，然后根据相位变化，对辐射力、绕射力采用加权平均处理，所得数据以不同航速(或Fr)绘制多条曲线与同一坐标系中，描述不同航速下模型波浪增阻与波浪频率的关系。
S60、输入海洋环境参数和控制参数，计算波浪增阻随时间的变化情况。
海洋环境参数，包括：风载荷参数(风谱类型，风速，风向，风速参考高度)、波浪载荷参数(波浪方向、波浪种子数、起始频率、截至频率、有义波高、跨零周期)、海流载荷参数(流速，流向，流速参考深度)。
控制参数，包括：计算步数、时间步长、开始进行计算的时间。
S70、判断CFD模拟数据与船模试验数据关联性，如果数据关联，则可依据CFD数据模拟结果对船舶未来的波浪增阻进行预报。
本申请方法大大降低了试验成本，缩短了试验周期，提高了研发工作的效率；在试验中考虑流体粘性影响，不存在诸多假设，实验结果可靠性高，更具有参考价值；并且能够对船舶在波浪航行中产生的波浪破碎及翻卷等非线性现象进行研究。
应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何附图标记理解成对权利要求的限制。词语“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。词语第一、第二、第三等的使用，仅是为了表述方便，而不表示任何顺序。可将这些词语理解为部件名称的一部分。
此外，需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员在得知了基本创造性概念后，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，权利要求应该解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也应该包含这些修改和变型在内。
Claims (10)
1.一种用于船舶波浪增阻性能分析的仿真试验***，其特征在于，该***包括：
模型创建单元，用于创建数值波浪水池模型，以及基于目标船舶的主尺度参数建立船舶模型；
网格划分单元，用于基于所述数值波浪水池模型和所述船舶模型确定计算区域，并对所述计算区域进行网格划分，生成离散网格；
波浪制造单元，用于在所述数值波浪水池模型中，根据预设波浪载荷参数为船舶波浪增阻试验生成规则波；
增阻试验单元，用于在预设的试验环境下，基于所述离散网格，通过CFD计算所述目标船舶在所述规则波下以预设航速航行时的运动响应和波浪增阻，并进行所述目标船舶在不同波长、不同航速下的波浪增阻预测。
2.根据权利要求1所述的用于船舶波浪增阻性能分析的仿真试验***，其特征在于，该***还包括：
报表统计单元，用于将船舶波浪增阻试验数据进行统计分析并生成相应的动画和/或图表，所述船舶波浪增阻试验数据包括试验过程中输入主尺度参数、波浪载荷参数、预设的试验环境参数和试验结束时得到的波浪增阻计算结果数据和波浪增阻预测结果数据。
3.根据权利要求2所述的用于船舶波浪增阻性能分析的仿真试验***，其特征在于，所述报表统计单元包括：
静态报表模块，用于基于所述船舶波浪增阻试验数据，生成静态报表；
统计分析模块，用于基于所述船舶波浪增阻试验数据，进行目标船舶波浪增阻性能的评价及船舶性能的评估；
OLAP报表模块，用于基于所述波浪增阻预测结果数据，生成波浪增阻预测结果报表；
可视化模块，用于基于所述船舶波浪增阻试验数据，生成目标船舶在所述规则波中航行的运动仿真动画。
4.根据权利要求3中任一权利要求所述的用于船舶波浪增阻性能分析的仿真试验***，其特征在于，所述静态报表包括波浪总阻力-波长/船长报表、波浪增阻-波长/船长报表、波浪总阻力-航速报表、波浪增阻-航速报表中的一种或多种。
5.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的用于船舶波浪增阻性能分析的仿真试验***，其特征在于，该***还包括用户接口单元和事件处理单元；
所述用户接口单元，用于为用户提供人机交互的界面，接收用户的操作指令，将所述操作指令发送至所述事件处理单元；
所述事件处理单元，用于基于规则引擎中预先制定好的规则，把所述操作指令通过SOA服务传递给模型创建单元、网格划分单元、波浪制造单元、增阻试验单元、报表统计单元中的一个或多个。
6.一种用于船舶波浪增阻性能分析的仿真试验方法，其特征在于，该方法包括：
S1、创建数值波浪水池模型，以及基于目标船舶的主尺度参数建立船舶模型；
S2、基于所述数值波浪水池模型和所述船舶模型确定计算区域，并对所述计算区域进行网格划分，生成离散网格；
S3、在所述数值波浪水池模型中，根据预设波浪载荷参数为船舶波浪增阻试验生成规则波；
S4、在预设的试验环境下，基于所述离散网格，通过CFD计算所述目标船舶在所述规则波下以预设航速航行时的运动响应和波浪增阻，并进行所述目标船舶在不同波长、不同航速下的波浪增阻预测。
7.根据权利要求6所述的用于船舶波浪增阻性能分析的仿真试验方法，其特征在于，S2中对所述计算区域进行网格划分，生成离散网格，包括：
基于所述主尺度参数和水线信息数据，生成符合边界元方法的水面和匹配面离散网格；
进行所述目标船舶的静水力计算，得到静水力计算结果；
将所述静水力计算结果与预设参数比较，调整所述数值波浪水池模型、所述船舶模型及所述水面和匹配面离散网格，直至所述静水力计算结果与所述预设参数相同；并将最终得到的水面和匹配面离散网格作为生成的离散网格；其中所述预设参数包括但不限于：重心位置、浮心位置、船舶排水体积、等价排水体积、倾覆力矩、复原力矩。
8.根据权利要求6所述的用于船舶波浪增阻性能分析的仿真试验方法，其特征在于，所述波浪载荷参数包括波长、波浪方向、波浪种子数、起始频率、截至频率、有义波高、跨零周期中的一种或多种。
9.根据权利要求6所述的用于船舶波浪增阻性能分析的仿真试验方法，其特征在于，S4中，通过CFD计算所述目标船舶在所述规则波下以预设航速航行时的运动响应和波浪增阻之前还包括：
计算刚体横摇运动时的临界阻尼：
其中，Ixx为横摇方向惯性质量，ΔIxx为附加质量惯性质量，KRoll为横摇方向刚度；
计算横摇粘性阻尼修正量：
Dc＝8％Dcritical
将计算得到的摇粘性阻尼修正量作为CFD计算目标船舶波浪增阻时的黏性阻尼修正量。
10.根据权利要求7-9中任一权利要求所述的用于船舶波浪增阻性能分析的仿真试验方法，其特征在于，用于生成预设的试验环境的试验环境参数包括：海洋环境参数、海流载荷参数。
所述海洋环境参数包括风谱类型，风速，风向，风速参考高度中的一种或多种；
所述海流载荷参数包括流速、流向、流速参考深度中的一种或多种。
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