自航模擬的案例
基于AMESim的AUV推進系統建模和仿真驗證
張若初等[4]基于RANS數值計算方法, 實現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部件參數變化對系統性能的影響。
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[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, 早期設計驗證缺乏有效的方法和手段, 這增加了AUV設計失敗的風險。此外, 機槳匹配設計過程復雜, 存在計算量大、工況分析不全面等問題。文章針對AUV推進系統設計早期“早快全準”的驗證需求, 在分析AUV推進系統匹配原理的基礎上, 建立了推進系統的虛擬集成模型, 實現了基于模型驅動的系統級閉環仿真、驗證和分析, 仿真結果可為推進系統匹配特性評估、推進電機性能優化、動力電池選型提供參考依據。
1 AUV推進系統分析
某型AUV載體采用魚雷外形和模塊化設計方案, 主要用于執行深海近底探測任務。AUV直徑533 mm, 長4.5 m, 最大航速3 kn, 巡航速度2 kn, 續航時間24 h。根據總體設計要求, 開展滿足AUV機動性的推進系統設計。
展開 案例分享 | 利用MSC Cradle實施自航條件仿真并與實驗結果的比較
仿真目的
螺旋槳的自航實驗，在船舶推進性能的領域占有重要的位置。
本研究中，利用MSC Cradle，將螺旋槳的實際模型旋轉并進行自航實驗的模擬仿真，其結果與實驗結果做了驗證。
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。
仿真內容和螺旋槳周圍的網格
仿真結果
自航參數
壓力分布
尾流分布
小結
· 利用MSC Cradle，實施了實際螺旋槳旋轉時的自航實驗仿真。
· 與實驗結果比較，船后部的螺旋槳性能，自航狀態下的船體阻力的預測精度良好。
· 基于無限翼數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 無可替代：工業正向設計中的數據可視化技術
界面搭建主環境(AutoDesianerFrame)：用戶通過拖拽方式實現UI界面的自定義搭建，便于后續實現參數數據與UI控件的動態綁定。
程序調用插件(ExeIntegratePlugin)：不同的程序支持執行不同的程序調用插件來識別程序啟動路徑和帶參數驅動方式。
數據抽取插件(DataExtractPlugin)：不同的模型支持執行不同的數據抽取插件來自動化識別輸入、輸出文件中的參數。當前針對主流商業工具模型都能夠實現快速化數據別與驅動。
組件可視插件(ComponentVisualPlugin)：參數數據支持以不同的界面展示形式進行動態展現，通過組件可視插件完成綁定參數數據的動態可視化展示。主要包括二維曲線、三維模型、工業云圖、行業儀表等可視化插件。
圖 3可視化集成仿真環境整體運行邏輯示意圖
三、相關案例介紹
3.1螺旋槳快速設計系統
以性能仿真驅動螺旋槳設計，通過干濕模態、強度特性、敞水性能、自航性能等模擬，實現設計螺旋槳的快速評判校核，并結合優化技術實現螺旋槳設計方案選型。系統基于ViSim框架構建，運行曲線圖表插件實現敞水性能曲線的動態繪制；運用三維模型構型插件實現螺旋槳基于剖面型值點的快速三維模型構型；運用仿真云圖可視化插件實現模態振型、應力分布、流場分布的直觀展示。
圖4螺旋槳快速設計系統封裝示意圖
3.2振動虛擬實驗系統
針對設備要進行抗震過程的需求，構建一套模擬試驗過程的虛擬可視化系統，實現面向振動實驗過程（包括模態、諧響應、地震譜、沖擊等）的動態模擬與可視化呈現。系統通過ViSim基礎框架進行擴展集成開發，結合三維模型可視化渲染插件、實驗過程儀表數據可視化插件等輔助用戶決策設備振動特性是否滿足設計要求。
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