[發明專利]一種基于Simulink和Fluent的智能船舶運動仿真方法

有效

• 申請號: 201911292790.4
• 申請日: 2019-12-12
• 公開（公告）號: CN111159959B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 王曉原;夏媛媛;姜雨函;朱慎超;王芳涵;王曼曼;張鵬元
• 申請（專利權）人: 智慧航海（青島）科技有限公司
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F30/15;G06F119/14
• 代理公司: 北京易捷勝知識產權代理有限公司 11613
• 代理人: 齊勝杰

1.一種基于Simulink和Fluent的智能船舶運動仿真方法，其特征在于，包括：

S1、在Qt環境中，創建用于控制MATLAB和Fluent、Simulink的進程；

S2、根據創建的進程，在智能船舶的運動狀態仿真過程中，Simulink和Fluent進行交替工作，并輪流為對方下一次運行提供使用的數據，以實現對智能船舶運動狀態的仿真；

所述Simulink每次運行后輸出的數據經由MATLAB中的M函數自動編譯成Fluent能夠讀取的數據并存儲在用于供Fluent讀取的第一文件夾中；

所述Fluent每次運行后輸出的數據經由MATLAB中的M函數自動編譯成Simulink中第一元器件直接讀取的數據，并存儲在存儲空間中，供第一元器件直接讀取；

S3、根據預先設置的監測保存條件，監測智能船舶表面上的流體動力載荷并保存；以及獲取Simulink每次運行并輸出的智能船舶的推進系統的控制參數和運動參數；

其中，在智能船舶的運動狀態仿真之前，預先建立需要仿真的智能船舶三維模型和該智能船舶三維模型的計算域，并設置用于使智能船舶三維模型在計算域中的初始運動參數，將設置的初始運動參數編譯在Fluent可讀取的UDF宏文件中，啟動Fluent。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述Simulink每次運行后輸出的數據包括：

運動狀態仿真過程中的智能船舶的推進系統的控制參數；

以及所述智能船舶在所述控制參數下的航速、艏向。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述Fluent每次運行后輸出的數據包括：

運動狀態仿真過程中的智能船舶表面上的流體動力載荷。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，Fluent設置用于使智能船舶三維模型在計算域中做六自由度運動的初始運行參數，包括：

瞬態計算方式的求解器類型；

標準k-ε的湍流模型；

模擬水和空氣兩種流體的多相流模式；

VOF方法的自由面獲取方法；

計算域的速度入口邊界；

計算域的自由出流邊界、壁面邊界；

邊界值造波方法；

對數風廓線輸入方式的風速輸入；

用于激活計算域內網格的激活參數；

所述智能船舶三維模型的基本參數及運行參數。

5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟S1之前，所述方法還包括：

S0a、建立需要仿真的智能船舶三維模型及該智能船舶三維模型的計算域；

S0b、根據船舶航行決策算法的信息，確定智能船舶三維模型的基本參數及運行參數；

S0c、在Fluent中設置所述初始運行參數，將所述初始運行參數編譯為Fluent中智能船舶運動時可讀取的UDF宏文件。

6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述S0a包括：

根據流場分析的需求，確定智能船舶三維模型的流體計算的計算域尺寸；

并借助于ICEM軟件對所述計算域尺寸進行設置；

對所述計算域的流體進行網格劃分，使得智能船舶三維模型所屬的長方體內計算域采用非結構網格，長方體外的計算域采用結構網格。

7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述非結構網格中，

智能船舶三維模型的下游區域的網格密度大于長方體內計算域其他區域的網格密度。

8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，

M函數為在MATLAB環境中編寫的，用于讀取Fluent自動生成的流體載荷數據，以及將Simulink輸出到存儲空間中的船舶運動參數，自動編寫成用于Fluent讀取的UDF文件。