[发明专利]一种船用Magnus减摇装置粗糙度优化系统

说明书

本发明是一种船用Magnus减摇装置粗糙度优化系统。包括：模型参数输入模块，用于接收相关参数信息并进行规范化处理，再将信息输出至受力分析模块；受力分析模块，依据参数信息对减摇装置的升/阻力作用情况进行分析并输出至虚拟仿真平台模块；粗糙度集输入模块，用于解析壁面函数，分析粗糙面分布规律，并将结果输出至虚拟仿真平台模块；虚拟仿真平台模块，依据输入的信息对减摇装置的升/阻力特性进行仿真试验并输出结果；粗糙度优化决策模块，对仿真试验结果进行优化分析。本发明优化了仿真模拟流程，提升了仿真工作效率，实现了对减摇装置表面粗糙度的优化设计，也为减摇装置的工程应用提供了可靠的理论分析平台。

技术领域

本发明涉及船舶姿态运动的仿真试验技术领域，尤其一种船用Magnus减摇装置粗糙度优化系统。

背景技术

船用Magnus减摇装置为安装在船体两侧的圆柱体转子翼，在Pangalila和Kollenberger的专利《Fixed-angle stabilizing fin system》和《Stabilizing devicefor ships》中第一次提出基于Magnus效应来设计船用减摇装置，与传统减摇装置的减摇机理不同，其减摇机理基于Magnus效应，属于高雷诺数下的旋转圆柱绕流问题，且关注点在于升/阻力特性的变化规律。

目前相关圆柱绕流的研究存在以下问题：

(1)研究条件并非是高雷诺数，大多是集中在低雷诺数，例如论文《Aspect ratioand end plate effects on vortex shedding from a circular cylinder》；

(2)关注点并非是旋转圆柱绕流的水动力特性，大多是关于二维非旋转圆柱绕流的水动力特性，例如论文《圆柱绕流流场结构的大涡模拟研究》和论文《Experimentalinvestigation of the whirl and generated forces of rotating cylinders instill water and in flow》；

(3)此外有关圆柱表面粗糙度对旋转圆柱升/阻力的影响规律的研究较少，无法从理论上分析粗糙度对船用Magnus减摇装置的水动力特性的影响规律，美国Quantum公司推出的Maglift型产品对此问题的相关影响也未做考虑。

可以看出目前这些仿真模拟流程不够合理、计算效率不够高，且对高雷诺数下旋转圆柱绕流的升阻力特性分析较少。总结来说存在两点较大问题：无法为船用Magnus减摇装置的工程应用提供可靠的理论分析平台；更无法提供一种对船用Magnus减摇装置的表面粗糙度进行优化的设计系统。

发明内容

本发明的目的是，提供一种船用Magnus减摇装置粗糙度优化系统，来解决现有仿真模拟流程不合理，计算方法不准确、计算效率不高，且没有考虑到粗糙度对减摇装置升/阻力特性的影响规律的问题，此系统可以为船用Magnus减摇装置的工程应用提供可靠的理论分析平台并且可以实现船用Magnus减摇装置表面粗糙度优化设计这一功能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：提供一种船用Magnus减摇装置粗糙度优化系统，包括：模型参数输入模块、受力分析模块、粗糙度集输入模块、虚拟仿真平台模块、粗糙度优化决策模块。

所述模型参数输入模块，用于接收用户输入的相关物理模型参数信息，包括Magnus减摇装置参数和船舶运动状态参数，具体涉及到减摇装置长度、减摇装置半径、减摇装置转速阈值、船舶航速阈值和流体介质参数，然后进行规范化处理，并将处理后的信息输出至受力分析模块。

所述受力分析模块，依据输入的参数信息对减摇装置的升/阻力作用情况进行分析。

所述粗糙度集输入模块，用于解析壁面函数并分析粗糙面分布规律，具体涉及到粗糙面高度集和粗糙面分布密度，最后将分析后的结果将结果输出至虚拟仿真平台模块，其中解析壁面函数包括如下步骤：