自航模擬
關(guān)注創(chuàng)建者：HMS Dragon/D35 創(chuàng)建時間：2023-02-16
自航模擬的實例教程
張若初等[4]基于RANS數(shù)值計算方法, 實現(xiàn)AUV阻力、螺旋槳敞水特性的預測, 并開展了自航模擬。李桂倉[5]計算了海洋擾動對AUV阻力和螺旋槳特性的影響, 定性分析了艇機槳匹配特性, 提出垂向姿態(tài)控制策略。但是, 上述文獻均未涉及AUV、推進電機及螺旋槳三者匹配驗證的研究, 尤其是沒有考慮系統(tǒng)部件參數(shù)變化對系統(tǒng)性能的影響。
AUV快速性不僅取決于其本體、螺旋槳和推進電機的單獨性能, 而且與它們配合是否得當有關(guān)[5]。受實際條件限制, AUV機槳匹配性能的好壞要延后至自航試驗階段才能判斷, 早期設(shè)計驗證缺乏有效的方法和手段, 這增加了AUV設(shè)計失敗的風險。此外, 機槳匹配設(shè)計過程復雜, 存在計算量大、工況分析不全面等問題。文章針對AUV推進系統(tǒng)設(shè)計早期“早快全準”的驗證需求, 在分析AUV推進系統(tǒng)匹配原理的基礎(chǔ)上, 建立了推進系統(tǒng)的虛擬集成模型, 實現(xiàn)了基于模型驅(qū)動的系統(tǒng)級閉環(huán)仿真、驗證和分析, 仿真結(jié)果可為推進系統(tǒng)匹配特性評估、推進電機性能優(yōu)化、動力電池選型提供參考依據(jù)。
1 AUV推進系統(tǒng)分析
某型AUV載體采用魚雷外形和模塊化設(shè)計方案, 主要用于執(zhí)行深海近底探測任務(wù)。AUV直徑533 mm, 長4.5 m, 最大航速3 kn, 巡航速度2 kn, 續(xù)航時間24 h。根據(jù)總體設(shè)計要求, 開展?jié)M足AUV機動性的推進系統(tǒng)設(shè)計。
展開 仿真目的
螺旋槳的自航實驗，在船舶推進性能的領(lǐng)域占有重要的位置。
本研究中，利用MSC Cradle，將螺旋槳的實際模型旋轉(zhuǎn)并進行自航實驗的模擬仿真，其結(jié)果與實驗結(jié)果做了驗證。
對象船型與[ 拖曳條件] 的鈍頭船相同，本研究中采用不考慮自由表面的Double Model 的假設(shè)。
仿真內(nèi)容和螺旋槳周圍的網(wǎng)格
仿真結(jié)果
自航參數(shù)
壓力分布
尾流分布
小結(jié)
· 利用MSC Cradle，實施了實際螺旋槳旋轉(zhuǎn)時的自航實驗仿真。
· 與實驗結(jié)果比較，船后部的螺旋槳性能，自航狀態(tài)下的船體阻力的預測精度良好。
· 基于無限翼數(shù)螺旋槳理論的簡易螺旋槳模型，計算負荷低，可以用來進行自航仿真。
展開 界面搭建主環(huán)境(AutoDesianerFrame)：用戶通過拖拽方式實現(xiàn)UI界面的自定義搭建，便于后續(xù)實現(xiàn)參數(shù)數(shù)據(jù)與UI控件的動態(tài)綁定。
程序調(diào)用插件(ExeIntegratePlugin)：不同的程序支持執(zhí)行不同的程序調(diào)用插件來識別程序啟動路徑和帶參數(shù)驅(qū)動方式。
數(shù)據(jù)抽取插件(DataExtractPlugin)：不同的模型支持執(zhí)行不同的數(shù)據(jù)抽取插件來自動化識別輸入、輸出文件中的參數(shù)。當前針對主流商業(yè)工具模型都能夠?qū)崿F(xiàn)快速化數(shù)據(jù)別與驅(qū)動。
組件可視插件(ComponentVisualPlugin)：參數(shù)數(shù)據(jù)支持以不同的界面展示形式進行動態(tài)展現(xiàn)，通過組件可視插件完成綁定參數(shù)數(shù)據(jù)的動態(tài)可視化展示。主要包括二維曲線、三維模型、工業(yè)云圖、行業(yè)儀表等可視化插件。
圖 3可視化集成仿真環(huán)境整體運行邏輯示意圖
三、相關(guān)案例介紹
3.1螺旋槳快速設(shè)計系統(tǒng)
以性能仿真驅(qū)動螺旋槳設(shè)計，通過干濕模態(tài)、強度特性、敞水性能、自航性能等模擬，實現(xiàn)設(shè)計螺旋槳的快速評判校核，并結(jié)合優(yōu)化技術(shù)實現(xiàn)螺旋槳設(shè)計方案選型。系統(tǒng)基于ViSim框架構(gòu)建，運行曲線圖表插件實現(xiàn)敞水性能曲線的動態(tài)繪制；運用三維模型構(gòu)型插件實現(xiàn)螺旋槳基于剖面型值點的快速三維模型構(gòu)型；運用仿真云圖可視化插件實現(xiàn)模態(tài)振型、應(yīng)力分布、流場分布的直觀展示。
圖4螺旋槳快速設(shè)計系統(tǒng)封裝示意圖
3.2振動虛擬實驗系統(tǒng)
針對設(shè)備要進行抗震過程的需求，構(gòu)建一套模擬試驗過程的虛擬可視化系統(tǒng)，實現(xiàn)面向振動實驗過程（包括模態(tài)、諧響應(yīng)、地震譜、沖擊等）的動態(tài)模擬與可視化呈現(xiàn)。系統(tǒng)通過ViSim基礎(chǔ)框架進行擴展集成開發(fā)，結(jié)合三維模型可視化渲染插件、實驗過程儀表數(shù)據(jù)可視化插件等輔助用戶決策設(shè)備振動特性是否滿足設(shè)計要求。
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自航模擬的相關(guān)專題、標簽、搜索
自航模擬的最新內(nèi)容
張若初等[4]基于RANS數(shù)值計算方法, 實現(xiàn)AUV阻力、螺旋槳敞水特性的預測, 并開展了自航模擬。李桂倉[5]計算了海洋擾動對AUV阻力和螺旋槳特性的影響, 定性分析了艇機槳匹配特性, 提出垂向姿態(tài)控制策略。但是, 上述文獻均未涉及AUV、推進電機及螺旋槳三者匹配驗證的研究, 尤其是沒有考慮系統(tǒng)部件參數(shù)變化對系統(tǒng)性能的影響。
圖 3可視化集成仿真環(huán)境整體運行邏輯示意圖
三、相關(guān)案例介紹
3.1螺旋槳快速設(shè)計系統(tǒng)
以性能仿真驅(qū)動螺旋槳設(shè)計，通過干濕模態(tài)、強度特性、敞水性能、自航性能等模擬，實現(xiàn)設(shè)計螺旋槳的快速評判校核，并結(jié)合優(yōu)化技術(shù)實現(xiàn)螺旋槳設(shè)計方案選型。
本研究中，利用MSC Cradle，將螺旋槳的實際模型旋轉(zhuǎn)并進行自航實驗的模擬仿真，其結(jié)果與實驗結(jié)果做了驗證。
對象船型與[ 拖曳條件] 的鈍頭船相同，本研究中采用不考慮自由表面的Double Model 的假設(shè)。
