一种船舶螺旋桨空泡脉动压力动态评估方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种船舶螺旋桨空泡脉动压力动态评估方法及系统，涉及螺旋桨性能评估技术领域，该方法包括开展船舶螺旋桨模型空泡脉动压力试验；对试验数据进行动态多元非线性回归分析，确定各物理参量系数值；依据系数值建立用于空泡脉动压力快速评估的系列公式；利用公式对新开发的船桨模型进行空泡脉动压力性能评估，并对船桨模型开展物理模型试验作为对比试验；将对比试验数据和试验数据作为下一轮回归分析的输入，重新进行动态多元非线性回归分析，以更新各物理参量系数值，直至满足迭代停止条件。最终得到预报精度更高、鲁棒性更强并可动态更新的螺旋桨空泡脉动压力快速评估公式，实现精确高效的空泡脉动压力评估和工程设计指导。设计指导。设计指导。

【技术实现步骤摘要】
一种船舶螺旋桨空泡脉动压力动态评估方法及系统


[0001]本专利技术涉及螺旋桨性能评估
，尤其是一种船舶螺旋桨空泡脉动压力动态评估方法及系统。

技术介绍

[0002]大数据分析技术是一种新兴的数据挖掘和分析处理技术，是数据再利用的有力工具，特别是在数据挖掘分析中，总结规律，从而用于工程问题的预报和评估，更是眼下炙手可热的课题。船舶螺旋桨空泡脉动压力性能是船舶螺旋桨设计中的一项重要参考指标，脉动压力超标，将导致振动超标、噪声等一系列工程问题，是必须在船舶建造之前进行准确评估的。目前，最重要和可靠的评估手段是模型试验，但模型试验代价昂贵、周期长，而且单个模型的试验结果只能用于检测一艘船的脉动压力性能，基本上不再能发挥其他价值，这是一种资源的闲置和浪费。因此，亟需建立一种绿色节能、价格低廉、快速便捷的方法及系统用于船舶螺旋桨空泡脉动压力性能的评估。

技术实现思路

[0003]本专利技术人针对上述问题及技术需求，提出了一种船舶螺旋桨空泡脉动压力动态评估方法及系统，既能节约现有试验方法的高昂成本，提高评估效率，又能充分挖掘利用历史试验数据，建立知识化应用系统，使其在工程领域发挥更大的价值。
[0004]本专利技术的技术方案如下：
[0005]第一方面，本申请提供了一种船舶螺旋桨空泡脉动压力动态评估方法，包括如下步骤：
[0006]开展船舶螺旋桨模型空泡脉动压力试验；
[0007]对获取的试验数据进行动态多元非线性回归分析，确定回归分析中待确定的各物理参量系数值；试验数据包括船舶螺旋桨参数、航行参数、流场参数和空泡脉动压力试验结果；
[0008]依据所得的各物理参量系数值，建立用于空泡脉动压力快速评估的系列公式；
[0009]利用建立的评估系列公式对新开发的船舶和螺旋桨进行空泡脉动压力性能评估，并对新开发的船舶和螺旋桨开展空泡脉动压力模型试验作为对比试验，以验证评估系列公式给出的评估结果；
[0010]将对比试验数据和试验数据作为下一轮回归分析的输入，重新进行动态多元非线性回归分析，以更新各物理参量系数值，直至满足迭代停止条件。
[0011]其进一步的技术方案为，开展船舶螺旋桨模型空泡脉动压力试验，与对新开发的船舶和螺旋桨开展空泡脉动压力模型试验的方法相同，包括：
[0012]将船舶螺旋桨模型或新开发的船舶和螺旋桨安装在循环水槽中，通过调节循环水槽的水速模拟实船航速，通过调整桨模转速模拟实桨转速，通过调节循环水槽的流场压力模拟实船螺旋桨工作时的沉深；脉动压力传感器以阵列形式布置在桨模上方的船模底部，
用于采集同一模拟实船工况下的螺旋桨脉动压力作为空泡脉动压力试验结果。
[0013]其进一步的技术方案为，对获取的试验数据进行动态多元非线性回归分析，确定回归分析中待确定的各物理参量系数值，包括：
[0014]在获取的试验数据的条目数多于回归分析待确定的物理参量系数的数量时，对试验数据进行动态多元非线性回归分析，通过变换输入物理参量系数的组合形式，调节约束系数的范围，选取适应的算法，来尝试得到不同的收敛结果，并从各个收敛结果中，选取正确反映桨船梢隙比对脉动压力影响的物理参量系数组合形式，再从选取出的物理参量系数组合形式中确定一组能客观地反映各个物理参量系数对空泡脉动压力的贡献。
[0015]其进一步的技术方案为，利用建立的评估系列公式对新开发的船舶和螺旋桨进行空泡脉动压力性能评估，包括：
[0016]针对完成初步设计的船舶和螺旋桨，搜集其船型参数、螺旋桨参数、航行参数和流场参数，输入建立的评估系列公式进行空泡脉动压力评估，输出结果为输入工况下的螺旋桨空泡脉动压力幅值，用于检验建立的评估系列公式能否正常运行，以及用于初步判断新设计的船桨方案能否满足脉动压力工程指标要求。
[0017]其进一步的技术方案为，迭代停止条件包括：
[0018]两相邻轮次的数值波动在预定范围内，以及新开发的螺旋桨空泡脉动压力的评估结果与对比试验的验证结果的误差在预定范围内。
[0019]其进一步的技术方案为，脉动压力传感器的个数不少于14个，间距为桨模直径的0.12倍。
[0020]其进一步的技术方案为，当船舶螺旋桨模型或新开发船型的船舶类型为散货船时，对试验数据进行动态多元非线性回归分析的初始公式为：
[0021][0022][0023]其中，Pf0为无空泡状态螺旋桨诱导脉动压力叶频幅值，Pf
c
为螺旋桨空泡诱导脉动压力，n
s
为螺旋桨转速，D为螺旋桨直径，Z为螺旋桨叶数，θ
s
为螺旋桨侧斜角，crd为梢隙比，V
s
为实船航速，W
amax
为桨盘面最大伴流分数，W
e
为桨盘面平均伴流分数，h
a
为桨轴沉深，σ为空泡数，Aeo为盘面比，C
T
为螺旋桨载荷系数，k1、k2、bi(i＝1,2
…
12)为各物理参量待回归系数。
[0024]其进一步的技术方案为，该方法还包括：
[0025]当连续x套新开发船舶螺旋桨的评估结果满足迭代停止条件时，将最新的评估系列公式作为一版成熟的评估方法发布；根据所得到的各物理参量系数对空泡脉动压力的贡献权重，建立各物理参量系数与空泡脉动压力的映射关系，以据此开展基于物理量对脉动压力影响权重的船舶螺旋桨的优化设计。
[0026]第二方面，本申请还提供了一种船舶螺旋桨空泡脉动压力动态评估系统，该系统包括：
[0027]试验装置，用于开展船舶螺旋桨模型空泡脉动压力试验，以及开展新开发船舶和
螺旋桨的空泡脉动压力模型试验作为对比试验，以验证评估系列公式给出的评估结果；
[0028]大数据分析模块，用于对获取的试验数据进行动态多元非线性回归分析，确定回归分析中待确定的各物理参量系数值；试验数据包括船舶螺旋桨参数、航行参数、流场参数和空泡脉动压力试验结果；
[0029]公式建立模块，用于依据所得的各物理参量系数值，建立用于空泡脉动压力快速评估的系列公式；
[0030]评估模块，用于利用建立的评估系列公式对新开发的船舶和螺旋桨进行空泡脉动压力性能评估；
[0031]数据迭代更新模块，用于将对比试验数据和试验数据作为下一轮回归分析的输入，传输给大数据分析模块重新进行动态多元非线性回归分析，以更新各物理参量系数值，直至满足迭代停止条件。
[0032]其进一步的技术方案为，该系统还包括：
[0033]试验数据库，用于存储试验数据和对比试验数据，并按试验时间和船舶类型对试验数据和对比试验数据进行分类汇聚。
[0034]本专利技术的有益技术效果是：
[0035]通过开展空泡脉动压力试验、对试验数据进行动态多元非线性回归分析、建立评估系列公式、新开发螺旋桨空泡脉动压力评估、对比试验验证及基于新试验数据进行动态数据迭代分析等以上评估方法，实现对由船舶螺旋桨空泡脉动压力试验历史数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种船舶螺旋桨空泡脉动压力动态评估方法，其特征在于，所述方法包括：开展船舶螺旋桨模型空泡脉动压力试验；对获取的试验数据进行动态多元非线性回归分析，确定回归分析中待确定的各物理参量系数值；所述试验数据包括船舶螺旋桨参数、航行参数、流场参数和空泡脉动压力试验结果；依据所得的各物理参量系数值，建立用于空泡脉动压力快速评估的系列公式；利用建立的评估系列公式对新开发的船舶和螺旋桨进行空泡脉动压力性能评估，并对新开发的船舶和螺旋桨开展空泡脉动压力模型试验作为对比试验，以验证评估系列公式给出的评估结果；将对比试验数据和所述试验数据作为下一轮回归分析的输入，重新进行动态多元非线性回归分析，以更新各物理参量系数值，直至满足迭代停止条件。2.根据权利要求1所述的船舶螺旋桨空泡脉动压力动态评估方法，其特征在于，所述开展船舶螺旋桨模型空泡脉动压力试验，与所述对新开发的船舶和螺旋桨开展空泡脉动压力模型试验的方法相同，包括：将船舶螺旋桨模型或新开发的船舶和螺旋桨安装在循环水槽中，通过调节循环水槽的水速模拟实船航速，通过调整桨模转速模拟实桨转速，通过调节循环水槽的流场压力模拟实船螺旋桨工作时的沉深；脉动压力传感器以阵列形式布置在桨模上方的船模底部，用于采集同一模拟实船工况下的螺旋桨脉动压力作为空泡脉动压力试验结果。3.根据权利要求1所述的船舶螺旋桨空泡脉动压力动态评估方法，其特征在于，所述对获取的试验数据进行动态多元非线性回归分析，确定回归分析中待确定的各物理参量系数值，包括：在获取的试验数据的条目数多于回归分析待确定的物理参量系数的数量时，对试验数据进行动态多元非线性回归分析，通过变换输入物理参量系数的组合形式，调节约束系数的范围，选取适应的算法，来尝试得到不同的收敛结果，并从各个收敛结果中，选取正确反映桨船梢隙比对脉动压力影响的物理参量系数组合形式，再从选取出的物理参量系数组合形式中确定一组能客观地反映各个物理参量系数对空泡脉动压力的贡献。4.根据权利要求1所述的船舶螺旋桨空泡脉动压力动态评估方法，其特征在于，所述利用建立的评估系列公式对新开发的船舶和螺旋桨进行空泡脉动压力性能评估，包括：针对完成初步设计的船舶和螺旋桨，搜集其船型参数、螺旋桨参数、航行参数和流场参数，输入建立的评估系列公式进行空泡脉动压力评估，输出结果为输入工况下的螺旋桨空泡脉动压力幅值，用于检验建立的评估系列公式能否正常运行，以及用于初步判断新设计的船桨方案能否满足脉动压力工程指标要求。5.根据权利要求1所述的船舶螺旋桨空泡脉动压力动态评估方法，其特征在于，所述迭代停止条件包括：两相邻轮次的数值波动在预定范围内，以及新开发的螺旋桨空泡脉动压力的评估结果与对比试验的验证结果的误差在预定范围内。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛庆雨，刘登成，郑巢生，
申请(专利权)人：中国船舶科学研究中心，
类型：发明
国别省市：