[發明專利]一種船用Magnus減搖裝置粗糙度優化系統

有效

• 申請號: 202110862922.3
• 申請日: 2021-07-29
• 公開（公告）號: CN113553741B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 孫明曉;王涵旭;欒添添;王皓;張文玉;馬爽;付強;原張杰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/15;G06F119/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明是一種船用Magnus減搖裝置粗糙度優化系統。包括：模型參數輸入模塊，用于接收相關參數信息并進行規范化處理，再將信息輸出至受力分析模塊；受力分析模塊，依據參數信息對減搖裝置的升/阻力作用情況進行分析并輸出至虛擬仿真平臺模塊；粗糙度集輸入模塊，用于解析壁面函數，分析粗糙面分布規律，并將結果輸出至虛擬仿真平臺模塊；虛擬仿真平臺模塊，依據輸入的信息對減搖裝置的升/阻力特性進行仿真試驗并輸出結果；粗糙度優化決策模塊，對仿真試驗結果進行優化分析。本發明優化了仿真模擬流程，提升了仿真工作效率，實現了對減搖裝置表面粗糙度的優化設計，也為減搖裝置的工程應用提供了可靠的理論分析平臺。

技術領域

本發明涉及船舶姿態運動的仿真試驗技術領域，尤其一種船用Magnus減搖裝置粗糙度優化系統。

背景技術

船用Magnus減搖裝置為安裝在船體兩側的圓柱體轉子翼，在Pangalila和Kollenberger的專利《Fixed-angle stabilizing fin system》和《Stabilizing devicefor ships》中第一次提出基于Magnus效應來設計船用減搖裝置，與傳統減搖裝置的減搖機理不同，其減搖機理基于Magnus效應，屬于高雷諾數下的旋轉圓柱繞流問題，且關注點在于升/阻力特性的變化規律。

目前相關圓柱繞流的研究存在以下問題：

(1)研究條件并非是高雷諾數，大多是集中在低雷諾數，例如論文《Aspect ratioand end plate effects on vortex shedding from a circular cylinder》；

(2)關注點并非是旋轉圓柱繞流的水動力特性，大多是關于二維非旋轉圓柱繞流的水動力特性，例如論文《圓柱繞流流場結構的大渦模擬研究》和論文《Experimentalinvestigation of the whirl and generated forces of rotating cylinders instill water and in flow》；

(3)此外有關圓柱表面粗糙度對旋轉圓柱升/阻力的影響規律的研究較少，無法從理論上分析粗糙度對船用Magnus減搖裝置的水動力特性的影響規律，美國Quantum公司推出的Maglift型產品對此問題的相關影響也未做考慮。

可以看出目前這些仿真模擬流程不夠合理、計算效率不夠高，且對高雷諾數下旋轉圓柱繞流的升阻力特性分析較少。總結來說存在兩點較大問題：無法為船用Magnus減搖裝置的工程應用提供可靠的理論分析平臺；更無法提供一種對船用Magnus減搖裝置的表面粗糙度進行優化的設計系統。

發明內容

本發明的目的是，提供一種船用Magnus減搖裝置粗糙度優化系統，來解決現有仿真模擬流程不合理，計算方法不準確、計算效率不高，且沒有考慮到粗糙度對減搖裝置升/阻力特性的影響規律的問題，此系統可以為船用Magnus減搖裝置的工程應用提供可靠的理論分析平臺并且可以實現船用Magnus減搖裝置表面粗糙度優化設計這一功能。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：提供一種船用Magnus減搖裝置粗糙度優化系統，包括：模型參數輸入模塊、受力分析模塊、粗糙度集輸入模塊、虛擬仿真平臺模塊、粗糙度優化決策模塊。

所述模型參數輸入模塊，用于接收用戶輸入的相關物理模型參數信息，包括Magnus減搖裝置參數和船舶運動狀態參數，具體涉及到減搖裝置長度、減搖裝置半徑、減搖裝置轉速閾值、船舶航速閾值和流體介質參數，然后進行規范化處理，并將處理后的信息輸出至受力分析模塊。

所述受力分析模塊，依據輸入的參數信息對減搖裝置的升/阻力作用情況進行分析。

所述粗糙度集輸入模塊，用于解析壁面函數并分析粗糙面分布規律，具體涉及到粗糙面高度集和粗糙面分布密度，最后將分析后的結果將結果輸出至虛擬仿真平臺模塊，其中解析壁面函數包括如下步驟：