[發(fā)明專利]一種基于Simulink和Fluent的智能船舶運動仿真方法

有效

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• 申請日: 2019-12-12
• 公開（公告）號: CN111159959B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發(fā)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(chǎn)權代理有限公司 11613
• 代理人: 齊勝杰

本發(fā)明公開一種基于Simulink和Fluent的智能船舶運動仿真方法，包括：在Qt環(huán)境中，創(chuàng)建用于控制MATLAB和Fluent、Simulink的進程；根據(jù)創(chuàng)建的進程，在智能船舶的運動狀態(tài)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(shù)據(jù)，以實現(xiàn)對智能船舶運動狀態(tài)的仿真；根據(jù)預先設置的監(jiān)測保存條件，監(jiān)測智能船舶表面上的流體動力載荷；以及獲取Simulink每次運行并輸出的智能船舶的推進系統(tǒng)的控制參數(shù)和運動參數(shù)。上述方法克服傳統(tǒng)計算方法中未考慮到復雜湍流對船舶外部流場的影響以及忽略船舶航速和艏向變化等缺點。

技術領域

本發(fā)明涉及船舶仿真領域，尤其涉及一種基于Simulink和Fluent的智能船舶運動仿真方法。

背景技術

智能船舶在航行過程中，外部流場的流體動力載荷與船舶運動狀態(tài)相互耦合且互為條件，因此單一的仿真模型難以描述智能船舶這種復雜動態(tài)系統(tǒng)的載體運動與流體動力載荷之間的非線性關系。對于海洋環(huán)境干擾，以往的仿真手段都是建立環(huán)境干擾數(shù)學模型，但由于海洋環(huán)境的復雜性及湍流的影響，單一的數(shù)學模型難以描述智能船舶這種復雜動態(tài)系統(tǒng)載體運動與流體動力載荷之間的非線性關系。

為此，如何解決現(xiàn)有技術中采用單一海洋干擾模型描述船舶航行中流體動力載荷，而導致計算船舶在航行中流體動力不準確的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于Simulink和Fluent的智能船舶運動仿真方法，克服傳統(tǒng)計算方法中未考慮到復雜湍流對船舶外部流場的影響以及忽略船舶航速和艏向變化等缺點。

為了達到上述的目的，本發(fā)明采用的主要技術方案包括：

第一方面，本發(fā)明提供一種基于Simulink和Fluent的智能船舶運動仿真方法，包括：

S1、在Qt環(huán)境中，創(chuàng)建用于控制MATLAB和Fluent、Simulink的進程；

S2、根據(jù)創(chuàng)建的進程，在智能船舶的運動狀態(tài)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(shù)據(jù)，以實現(xiàn)對智能船舶運動狀態(tài)的仿真；

所述Simulink每次運行后輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)由MATLAB中的M函數(shù)自動編譯成Fluent能夠讀取的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)經(jīng)由MATLAB中的M函數(shù)自動編譯成Simulink中第一元器件直接讀取的數(shù)據(jù)，并存儲在存儲空間中，供第一元器件直接讀取；

S3、根據(jù)預先設置的監(jiān)測保存條件，監(jiān)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(tǒng)的控制參數(shù)和運動參數(shù)；

其中，在智能船舶的流體動力載荷仿真之前，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仿真計算域，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(shù)，將設置的初始運動參數(shù)編譯在Fluent可讀取的UDF宏文件中，啟動Fluent。

可選地，所述Simulink每次運行后輸出的數(shù)據(jù)包括：

運動狀態(tài)仿真過程中的智能船舶的推進系統(tǒng)的控制參數(shù)；

以及所述智能船舶在所述控制參數(shù)下的航速、艏向。

可選地，所述Fluent每次運行后輸出的數(shù)據(jù)包括：

運動狀態(tài)仿真過程中的智能船舶表面上的流體動力載荷。

可選地，F(xiàn)luent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(shù)，包括：

瞬態(tài)計算方式的求解器類型；

標準k-ε的湍流模型；