【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及计算机仿真设计，具体涉及一种中高速船型推进性能评估与优化的方法和系统。
技术介绍
1、船舶快速性能指标是船型设计开发中重点关注的核心技术指标之一，目前，随着船cfd技术及参数化建模技术的发展，船型优化设计研究领域出现了基于最优化理论，采用优化的方法驱动的船型优化设计流程的方法，该方法能够实现船型变换、cfd求解和结果分析流程自动化，可较(减)少人工操作并可有效地摆脱船型设计对工程师高度依赖，实现面向全局设计空间的船型性能深度优化设计，已在各类船型阻力性能优化设计中取得了良好的应用效果。
2、但针对中高速船型推进性能的优化设计却难以取得良好的工程应用，其主要原因是由于采用粘流方法开展中高速船型自航性能计算需要考虑船舶航行中的浮态变化和螺旋桨转动等多级运动的耦合数值模拟，求解物理问题复杂，计算量较大，为了一定程度上提高计算效率，需要在求解过程中进行大量的人为干预，同时自航计算结果需要经过多个螺旋桨转速插值获取自航点，结果分析过程需要多个算例的合并分析，尚未实现全流程集成和自动化，而导致无法实现基于优化算法的船型推进性能自动优化设计。
技术实现思路
1、为解决现有方法在中高速船型推进性能数值评估过程中存在的大量人工调控、无法实现全流程集成自动化以及实现优化算法驱动船型自航性能优化设计的等问题，本专利技术提供了一种中高速船型推进性能评估与优化的方法和系统，解决船型自航性能计算评估流程的集成封装与自动化，提高最优化理论在中高速船型优化设计中应用效果。
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3、一种中高速船型推进性能评估与优化的方法，包括以下步骤：
4、步骤1：建立中高速船型自航性能数值计算域：获取样本船型三维几何模型文件，提取自动化船型特征参数；基于所述自动化船型特征参数和航态参数构建坐标系组；所述坐标系组包括全局坐标系、船体运动坐标系、螺旋桨旋转坐标系；基于所述坐标系组、自动化船型特征参数建立中高速船型自航性能数值计算域：
5、步骤2：建立中高速船型船舶自航性能数值计算流程集成方法；
6、步骤2.1：通过对步骤1中中高速船型自航性能数值计算域进行条件配置建立中高速船型自航性能cfd数值计算模型：条件配置内容包括：选取雷诺平均的粘流计算方法作为模型求解基本方法，选取sst k-w湍流模型和标准壁面函数处理船桨耦合流场模拟，选取vof方法计算船舶自由液面，采用交替使用运动参考坐标系和滑移网格的方法模拟螺旋桨旋转转动，选取重叠网格方法计算船身纵倾与升沉自由度运动；
7、步骤2.2：建立步骤2.1所述中高速船型自航性能cfd数值计算模型的自动控制方法：1)设定数值求解收敛控制过程并划分计算流程：所述计算过程包括流场初始化阶段、船体流场初步计算阶段、船桨耦合流场数值计算阶段、船体运动叠加螺旋桨转动流场计算阶段、精细化数值模拟阶段以及船舶自航点计算及船舶自航性能分析阶段；2)依次制定船体流场初步计算阶段、船桨耦合流场数值计算阶段、船体运动叠加螺旋桨转动流场计算阶段和精细化数值模拟阶段的求解控制方法和收敛判别方法；
8、步骤2.3：计算螺旋桨收到功率：结合步骤2.1所述中高速船型自航性能cfd数值计算模型和步骤2.2建立的模型计算过程的自动控制方法建立中高速船型船舶自航性能数值计算模型，输入步骤1获得到的所述样本船型三维几何模型文件、完成中高速船型自航点获取及船舶自航性能特征参数计算分析，输出螺旋桨收到功率作为船舶自航性能特征量；
9、步骤3：建立中高速船型自航性能优化方法：
10、步骤3.1：基于船体变形约束条件构建船型变形后的三维几何模型文件，将其作为样本船型三维几何模型文件输入到步骤2计算船舶螺旋桨收到功率pd，实现变型船型的自航性能数值计算；
11、步骤3.2：采用遗传算法优化步骤3.1得到船舶螺旋桨收到功率pd，以尾部变型参数为自变量，以计算得到的船舶螺旋桨收到功率为目标函数，以船型优化设计目标pd值要求作为船舶自航性能优化目标即遗传算法预设的中止条件；自动输出优化后的船舶螺旋桨收到功率pd。
12、优选地，步骤1中提取自动化船型特征参数的方法为：
13、步骤1.1：获取样本船型三维几何模型文件(igs/iges格式)，三维模型文件长度单位为“米”，模型坐标原点位于船舶尾垂线与船舶基线交点处，坐标系x轴方向为从船尾致船首方向，y轴方向为船舶右舷指向左舷，z轴方向为船底指向甲板垂直向上方向；
14、步骤1.2：提取船型三维几何特征参数：基于步骤1.1中所述样本船型三维几何模型文件，提取船型三维几何特征参数，其中包括：船型主尺度特征参数、螺旋桨尺度特征参数；
15、所述船型主尺度参数包括：船舶设计吃水、船舶垂线间长、船舶总长、船舶设计水线长、船舶型宽；
16、船舶设计吃水(表示为td)：通过输入参数值来获取，单位为：米；
17、船舶垂线间长(表示为lbp)：通过提取艏柱与设计水线交点与船舶艉垂线间x方向距离来获取，单位为：米；
18、船舶设计水线长(表示为lwl)：基于船舶设计吃水提取船舶设计水线，通过读取设计水线前端与后端沿x方向的距离来获取，单位为：米；
19、船舶型宽(表示为b)：通过提取船舶左右舷表面与船舶舯线面交线在y方向的最大距离来获取，单位为：米；
20、所述螺旋桨尺度特征参数包括：螺旋桨直径、螺旋桨轴高、螺旋桨盘面距艉垂线的距离、螺旋桨叶稍距船底距离、螺旋桨叶片最大x坐标、螺旋叶片最小x坐标、螺旋桨叶片距舵叶x方向最小距离。
21、其中，螺旋桨直径(表示为dp)、螺旋桨轴高(即螺旋桨轴距基线高度，表示为hs)、螺旋桨盘面距艉垂线距离(表示为xp)等参数通过输入参数值来获取，单位均为：米。
22、螺旋桨叶稍距船底距离(ds)：提取船舶舯纵剖线与x＝xp平面的交点的z坐标值(表示为zp)，通过如下公式计算得到ds＝zp-(dp/2+hs)。
23、螺旋桨叶片最大x坐标(表示为xpmax)和螺旋桨叶片最小x坐标(表示为xpmin)：沿y方向以0.01米为间隔建立剖面，获得剖面与螺旋桨系列交线，提取交线最大x坐标值获得xpmax值、最小x坐标值为xpmin值。
24、螺旋桨叶片距舵叶x方向最小距离(表示为xrpmin)：提取z方向平面z＝(dp/2+hs)平面与舵交线的最大x坐标值(表示为xrmax),通过如下公式计算得到xrpmin值：xrpmin＝xpmin-xrpmin。
25、此类参数单位为长度单位“米”
26、步骤1.3：提取自动化船型特征参数：将所述步骤1.2中船型三维几何特征参数作为自动化船型特征参数；基于步骤1.1-1.2构建为自动化船型特征参数提取程序，输入为样本船型三维几何模型文件，输出为自动化船型特征参数。
27、优选地，步骤1中建立中高速船型自航性能数值计算域的方法为：
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1.一种中高速船型推进性能评估与优化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.基于权利要求1所述的一种中高速船型推进性能评估与优化的方法，其特征在于，步骤1中提取自动化船型特征参数的方法为：
3.基于权利要求2所述的一种中高速船型推进性能评估与优化的方法，其特征在于，步骤1中建立中高速船型自航性能数值计算域的方法为：
4.基于权利要求2所述的一种中高速船型推进性能评估与优化的方法，其特征在于，步骤1.7构建包裹船体的内部计算域、外部背景计算域以及螺旋桨转动计算域的方法为，
5.基于权利要求1所述的一种中高速船型推进性能评估与优化的方法，其特征在于，步骤2.2中，建立自动控制方法的步骤包括：
6.基于权利要求5所述的一种中高速船型推进性能评估与优化的方法，其特征在于，所述收敛判别方法为：
7.基于权利要求5所述的一种中高速船型推进性能评估与优化的方法，其特征在于，基于最小网格尺寸计算时间步长的方法为：
8.基于权利要求5所述的一种中高速船型推进性能评估与优化的方法，其特征在于，A1中所述初始转速no计
9.基于权利要求8所述的一种中高速船型推进性能评估与优化的方法，其特征在于，步骤2.2.7中，当ΔZ≠0时的处理方法为：
10.基于权利要求1所述的一种中高速船型推进性能评估与优化的方法，其特征在于，步骤3.1获得获取船型变形后的三维几何模型文件的方法为：采用参数化建模软件，建立船舶尾部参数化变型模型，基于船体变形约束条件，改变船体尾部变型参数，实现船尾三维几何模型变换，获取船型变形后的三维几何模型文件。
11.基于权利要求1-10任一所述的一种中高速船型推进性能评估与优化的系统，其特征在于，
...【技术特征摘要】
1.一种中高速船型推进性能评估与优化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.基于权利要求1所述的一种中高速船型推进性能评估与优化的方法，其特征在于，步骤1中提取自动化船型特征参数的方法为：
3.基于权利要求2所述的一种中高速船型推进性能评估与优化的方法，其特征在于，步骤1中建立中高速船型自航性能数值计算域的方法为：
4.基于权利要求2所述的一种中高速船型推进性能评估与优化的方法，其特征在于，步骤1.7构建包裹船体的内部计算域、外部背景计算域以及螺旋桨转动计算域的方法为，
5.基于权利要求1所述的一种中高速船型推进性能评估与优化的方法，其特征在于，步骤2.2中，建立自动控制方法的步骤包括：
6.基于权利要求5所述的一种中高速船型推进性能评估与优化的方法，其特征在于，所述收敛判别方法为：
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【专利技术属性】
技术研发人员：杜云龙，陈伟民，司南，张青山，任海奎，陈昆鹏，常杏，
申请(专利权)人：上海船舶运输科学研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：
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