[发明专利]一种基于实尺度数值模拟的船舶航速预报方法

权利要求书

1.一种基于实尺度数值模拟的船舶航速预报方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

S1、进行实尺度螺旋桨敞水性能数值模拟；

之后针对每一个进速系数下实尺度螺旋桨敞水性能数值模拟结果，分别提取螺旋桨的推力T和扭矩值Q，并进行无量纲处理；

之后将推力系数K_T、扭矩系数K_Q及敞水效率η₀与各进速系数J形成对应关系；

S2、包括：

S201、计算船身等效砂粒粗糙度；

S202、基于步骤S201所获得数据，进行实尺度船舶阻力数值模拟；

之后针对每一个目标航速下实尺度船舶阻力数值模拟结果，提取船舶阻力值R，并进行无量纲处理：

之后将船舶总阻力R、总阻力系数C_ts及有效功率P_e与各目标航速V形成对应关系；

S203、基于步骤S201所获得数据，进行实尺度船舶自航数值模拟；

之后基于PID算法控制螺旋桨转速，以达到实尺度船舶自航点；

若所述自航点是基于功率平衡来调节螺旋桨转速，则针对每一个螺旋桨收到功率下实尺度船舶自航数值模拟结果，分别提取螺旋桨收到功率P_D、船舶航速V、螺旋桨转速n、螺旋桨推力T及螺旋桨扭矩Q，并与各实际监测航速形成对应关系；

若所述自航点是基于力或速度平衡来调节螺旋桨转速，针对每一个目标航速下实尺度船舶自航数值模拟结果，分别提取螺旋桨收到功率P_D、船舶航速V、螺旋桨转速n、螺旋桨推力T及螺旋桨扭矩Q，并与各目标航速形成对应关系；

S3、依照上述步骤S1-S2所形成的对应关系，结合船舶主机实际的输出功率对船舶进行航速预报；

以上步骤S1-S2不分先后顺序。

2.根据权利要求1所述的一种基于实尺度数值模拟的船舶航速预报方法，其特征在于，所述的步骤S203中PID算法为：

其中：

u(t)为控制输出；

p_target为监测变量的目标值；

p(t)为监测变量的瞬时值；

e(t)＝p_target-p(t)为目标值与监测值之间的差值；

K_P为比例控制系数；

K_I为积分控制系数；

K_D为微分控制系数；

为积分过程；

为微分过程。

3.根据权利要求1所述的一种基于实尺度数值模拟的船舶航速预报方法，其特征在于，所述步骤S201中计算船身等效砂粒粗糙度的方法为：

C_fs＝C_fos+ΔC_f (8)

其中：

AHR为船身平均粗糙度，单位m；

L_wl为实船水线长，单位m；

Re为实船雷诺数；

V为实船目标航速，单位m/s；

ν为15℃海水动力粘度，单位m2/s；

k_s为船身等效砂粒粗糙度，单位m；

C_fos为实船摩擦阻力系数；

ΔC_f为实船粗糙度补贴系数；

联合等式(5)～(9)，使等式(8)＝(9)，即可求得船身等效砂粒粗糙度。