[發明專利]一種基于數字孿生的船用噴水推進器狀態評估方法

在審

• 申請號: 202210162832.8
• 申請日: 2022-02-22
• 公開（公告）號: CN115114738A
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 熊文翰;潘中永;吳旭;陳嘉豪;武凱鵬;張帥;張哲軒
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/27;G06N3/04;G06N3/08;G06F119/02;G06F119/14
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本發明公開了一種基于數字孿生的船用噴水推進器狀態評估方法，通過數據采集獲取某型船只六自由度搖蕩運動模型、在搖蕩運動下噴水推進器運行參數；根據所受搖蕩作用和運行參數確定噴水推進器工作過程模型、故障診斷模型和結構強度模型；根據搖蕩作用下運行參數與工作過程模型、故障診斷模型和結構強度模型對應關系建立數字孿生模型；通過所建立的數字孿生模型，輸入噴水推進器運行工況和所受搖蕩作用，得到對應狀態參數；根據所述狀態參數，確定噴水推進器運行狀態。本發明利用數字孿生模型的建立，實現在船身多自由度搖蕩運動下，對噴水推進器運行狀態的預測和診斷，進一步完善船用旋轉機械模型庫，為船舶航行安全提供更加完善的保障。

技術領域

本發明涉及噴水推進器在海浪作用下的智能管理評估系統，尤其一種基于數字孿生的船用噴水推進器性能評估方法。

背景技術

近年來，噴水推進技術越發成熟的應用到船舶工業中，并在軍用艦艇、高速客輪、大型運輸船舶及淺吃水船舶的應用上展現出明顯的優勢。而隨著人工智能、物聯網、通信等前沿技術與船舶領域的深度融合，船舶正向自主化發展，船舶智能航行已然成為船舶行業的重要研究方向。噴水推進器作為船舶的推進系統的重要組成部分，也是保障船舶航行安全的關鍵。在實際航行中，船只受海浪影響會做搖蕩運動，影響船只推進系統的安全、穩定。因此，實時全面監測和評估噴水推進器運行工作狀態，并以此進行視情維修和剩余壽命預測非常必要。

數字孿生是一種超越現實的概念，可以被視為是一種集成多物理量、多尺度、多方面的，可以實現物理世界與信息世界的交互與結合的仿真技術，它通過在虛擬空間中生成對應物理實體的鏡像，結合現實數據來預測其全生命周期。

現有技術中，往往只通過單一方面參數評估分析噴水推進器，而現實情況下，由于噴水推進器與船體緊密結合在一起，在海浪作用下會與船體一同受到六自由度的搖蕩作用，分別為：垂蕩、縱蕩、橫蕩、艏搖、縱搖、橫搖。

因而，需要全面采集在海浪作用下噴水推進器的運動參數，進而有效的評估其狀態。

發明內容

針對現有技術中存在不足，提供了一種基于數字孿生的噴水推進器在海浪作用下多自由度搖蕩運動的狀態評估方法及系統，解決在多自由度搖蕩作用下如何對噴水推進器運行狀態進行全面有效的評估的問題。

本發明是通過以下技術手段實現上述技術目的的。

一種基于數字孿生的船用噴水推進器狀態評估方法，包括：

步驟1：通過噴水推進器實體、數據采集設備獲取噴水推進器運行參數，并獲取某型船只六自由度搖蕩運動模型；

步驟2：根據船只六自由度搖蕩運動模型得到相應噴水推進器的運行參數；

步驟3：根據所受搖蕩作用和得到的噴水推進器運行參數確定噴水推進器工作過程模型、故障判斷模型和結構強度模型；

步驟4：根據多自由度搖蕩作用下噴水推進器的運行參數與工作過程模型、故障診斷模型以及結構強度模型對應關系建立數字孿生模型；

步驟5：通過建立的數字孿生模型，輸入噴水推進器運行工況和所受搖蕩運動，得到對應狀態參數；

步驟6：根據步驟5中得到的對應狀態參數，確定噴水推進器運行狀態，并可視化顯示，為后續運行提供參考。

上述方案中，步驟3中，噴水推進器運行參數為t時刻噴水推進器運行工況參數O，所受多自由度搖蕩作用為S，確認結構強度為C，工作過程模型包括：

在t₁時刻受到垂蕩作用S₁，將噴水推進器運行工況參數O₁和結構強度參數C₁作為所述工作過程模型的輸入參數，確定所述工作過程模型參數，輸出所述工作過程模型的輸出值，記錄此時刻旋轉軸軸心軌跡，進入t₂時刻；