[發明專利]一種用于海洋工程領域的動力定位能力分析方法

在審

• 申請號: 201710936336.2
• 申請日: 2017-10-10
• 公開（公告）號: CN107729641A
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 蘇貞;楊奕飛;俞孟蕻;袁偉;李文娟
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學;江蘇科技大學海洋裝備研究院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京一格知識產權代理事務所(普通合伙)11316
• 代理人: 滑春生

技術領域

本發明涉及一種動力定位能力的分析方法，特別涉及一種用于海洋工程領域的動力定位能力分析方法。

背景技術

隨著人類的探索領域向廣袤的大洋延伸，在深水區域作業的海洋結構物，如海洋平臺，各類工作船等的定位問題變的日益突出。在淺水區域，海洋結構物的定位尚且可以通過錨泊方式解決，但隨著水深的加大，錨泊定位的成本呈指數趨勢升高，所以需要新型的定位方式解決海洋結構物定位的問題。動力定位便是在這一背景下出現并發展起來的。海洋結構物上配置的動力定位系統通過衛星或水聲列陣獲得結構物當前位置，控制器由其與目標位置的偏差值計算出結構物回復到目標位置所需推力和轉矩，推力系統產生所需的推力和轉矩，使海洋結構物保持在目標位置附近。

動力定位能力分析能夠得到海洋結構物在不同艏向角下的動力定位能力。在設計和使用一套新的動力定位系統時，操作安全一直是第一要位的。為了預期達到一種安全和有效的操作，該系統在工作海域不同艏向下能夠承受的最大環境力是必須要了解清楚的。因此在設計新的動力定位系統海洋結構物時，必須要進行動力定位能力分析。

在進行動力定位能力分析時，傳統的求解方法是在某計算角度下，逐步增加風速，通過推力分配，判斷有無可行解。如果有可行解，則代表海洋結構物能夠抵抗該風速所產生的力。繼續增加風速，直到無可行解產生，即得到該角度下海洋結構物所能抵抗的最大風速，該角度的定位能力分析完成。再變換到其他角度進行分析。但是該方法所存在的缺點就是求解過程較慢，在進行求解的過程中，通常是要遍歷計算域內的所有值，以判斷是否存在可行解。另外，計算的規模以及計算步數事先也并不可知和估計。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種用于海洋工程領域的動力定位能力分析方法，以解決現有技術在動力定位能力分析計算中計算速度較慢以及求解步數事先不可估計的問題。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案為：一種用于海洋工程領域的動力定位能力分析方法，其特創新點在于：包括如下步驟：

(1)建立環境載荷模塊，包括風載荷計算模塊、流載荷計算模塊和波浪載荷計算模塊，估計船舶所受風速的下限值v₁和上限值v₂，給定風速精度δ并確定環境條件的作用角度，即船舶相對于風、流、浪的迎角φ，初始角φ為0°，并將風浪流同向迎角φ作用于船舶，計算出風速的平均值v＝(v₁+v₂)/2，再將該平均值輸入至風載荷計算模塊計算出風載荷；

(2)將步驟(1)計算出的風載荷輸入至波浪載荷計算模塊計算出波浪載荷，同時將海流的恒速值輸入至流載荷計算模塊，計算出流載荷，風載荷、波浪載荷和流載荷相疊加，形成環境總載荷；

(3)建立船舶作用力模塊，通過船舶作用力模塊計算出船舶所受的船舶作用力；

(4)建立推力分配模塊，將上述計算出的環境總載荷和船舶作用力疊加，并輸入至推力分配模塊對外載荷進行推力器推力分配，計算出主推進器推力T_i；

(5)判斷條件T_i＞T_imax和v₂-v₁＜δ是否滿足，若滿足則v₂為船舶在當前環境載荷下的極限風速，若不滿足則利用二分法循環計算得到極限風速；接著，增加風向角φ一個單位，即10°，重復前四個步驟，直到完成360°以內所有角的極限風速的計算；最后，根據360°極限風速的計算，繪制出船舶極限風速的動力定位能力曲線圖。

進一步地，所述風載荷計算模塊用于對船型風載荷計算，船舶在水面上受到風作用分解到運動坐標系，可看成風對船舶縱蕩、橫蕩和艏搖三個自由度方向上的平均作用力和力矩，其計算公式如下：