【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种海洋环境影响力估算方法及使用的海洋环境影响力数据库，属于船舶与海洋工程研究领域。
技术介绍
1、海洋环境复杂且多变，其影响力对水下航行器稳定性和安全性产生较大影响。而现有实验方法和数值方法都较难获取海洋环境影响力：一方面，实验方法通常采用缩比水下航行器和缩比海洋环境开展实验，数据采集受水池壁面的影响较大，同时无法区分水下航行器运动阻力和海洋环境影响力；另一方面，数值方法虽然能进行等比例建模，但同样无法区分水下航行器运动阻力和海洋环境影响力。此外，海洋环境通常同时存在海浪和海流，现有方法更难区分两者影响力在合力和合力矩中的比例。
2、因此，船舶与海洋工程研究领域急需一种获取海洋环境影响力的方法。该方法在分离海洋环境影响力的同时，又可以进一步分离出海浪和海流影响力。基于该方法可以进一步建立海洋环境影响力数据库，通过不同参数查询，调用数据并组合出复杂海洋环境影响力。而通过该方法建立的数据库可以大大降低数据库样本数量，节约研发时间。
3、进一步通过海洋环境影响力数据库查询，实现海洋环境影响力实时输出至水下航行器控制系统，最终由水下航行器控制系统对上述影响力作出响应，控制舵面在海洋环境下微动，大幅提高水下航行器稳定性。
4、综上所述，船舶与海洋工程研究领域需要海洋环境影响力估算方法及使用的海洋环境影响力数据库，不仅用于提高水下航行器在复杂海洋环境下航行/停泊稳定性，还可以为水下航行器任务规划进行评估。
技术实现思路
1、针对上述问题，本专
2、本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种海洋环境影响力数据库构建方法，所述海洋环境影响力数据库由海浪影响力子数据库和海流影响力子数据库构成，所述海浪影响力子数据库包括p组水下航行器姿态参数样本，以及每组姿态参数样本分别对应q个第一海况参数样本，以及每个第一海况参数样本对应的海浪影响力参数；所述海流影响力子数据库包括p组姿态参数样本，以及每组姿态参数样本分别对应q个第二海况参数样本，以及每个第二海况参数样本对应的海流影响力参数；所述第一海况参数样本包括海浪浪高和海浪周期两种海况参数，所述第二海况参数样本包括海流速度矢量一种海况参数；所述海浪影响力参数包括海浪影响力矢量和力矩矢量，所述海流影响力参数包括海流影响力矢量和力矩矢量；所述姿态参数样本包括水下航行器的俯仰角，航向角，航速和深度四种，所述海浪影响力子数据库和海流影响力子数据库中的姿态参数完全相同。
4、所述海洋环境影响力数据库构建方法包括：
5、获取p组姿态参数样本，以及每组姿态参数分别对应q个第一海况参数样本和q个第二海况参数样本，分别计算每个第一海况参数样本对应的海浪影响力矢量、力矩矢量和每个第二海况参数样本对应的海流影响力矢量、力矩矢量，构建海浪影响力子数据库和海流影响力子数据库，进而形成海洋环境影响力数据库；
6、其中，海浪影响力矢量、力矩矢量和海流影响力矢量、力矩矢量的计算方法具体步骤如下：
7、步骤一：建立水下航行器几何模型，其中，所述水下航行器几何模型清除控制舵面和螺旋桨的几何特征；
8、步骤二：以艇艏中心为形心，建立围绕水下航行器几何模型的流场域几何模型，其中，流场域长度为l，宽度为b，高度为h，长度l和宽度b相同；
9、步骤三：建立全局坐标系x，所述全局坐标系x的原点位于流场域几何模型底部边界面形心处，全局坐标系x的x、y和z轴方向分别与流场域长度方向，高度方向和宽度方向一致；
10、步骤四：建立艇体坐标系xsub，所述艇体坐标系xsub的原点位于水下航行器重心，其x、y和z轴方向分别为水下航行器长度方向、高度方向和侧向；
11、步骤五：以全局坐标系x为参考系，根据俯仰角θattack和航向角θyaw，以艇艏中心为旋转中心对水下航行器几何模型和艇体坐标系xsub进行旋转，实现水下航行器姿态初始化；
12、步骤六：将水下航行器几何模型、流场域几何模型和艇体坐标系xsub同时进行全局坐标系x下x方向单向阵列，阵列后分别定义为第一几何模型、第二几何模型和第三几何模型，阵列后艇体坐标系xsub重新定义为第一艇体坐标系第二艇体坐标系和第三艇体坐标系
13、步骤七：采用完全相同的网格划分策略对第一几何模型、第二几何模型和第三几何模型进行贴体网格划分，获得第一网格模型、第二网格模型和第三网格模型；
14、步骤八：定义第一至第三网格模型的顶部边界为压力出口条件，其余边界定义为速度入口条件，水下航行器表面定义为无滑移壁面条件；
15、步骤九：以海浪浪高awave和海浪周期twave为参数，根据五阶斯托克斯波理论，建立波形方程η(x′,t)，并基于该方程采用vof方法对第一网格模型进行流体体积分数初始化，其中，第一网格模型长度方向为海浪传播方向，海浪自第一网格模型左边界向其右边界传播，所述波形方程η(x′,t)中t的取值为0，x′为第一网格模型全局坐标系x下网格模型节点x方向坐标，全局坐标系x下基准海平面高度坐标yface为dsub为水下航行器初始深度；
16、步骤十：基于vof方法对第二网格模型和第三网格进行流体体积分数初始化，其中全局坐标系x下基准海平面高度坐标yface为
17、步骤十一：采用静水压力理论对第一至第三网格模型进行流场压力初始化，同时定义第一至第三网格模型压力出口条件为当前海面大气压pair；
18、步骤十二：对第一至第三网格模型流场域的流场速度和速度边界进行初始化，其中，第一至第三网格模型流场域中空气域部分的流场速度和速度边界的初始值均为0，第一至第三网格模型流场域中海水域部分的流场速度的初始值分别为(uwave(x′,y′,t),vwave(x′,y′,t),0)，(uflow,0,wflow)和(0,0,0)，第一至第三网格模型流场域中海水域部分的速度边界的初始值分别为(uwave(x′,y′,t),vwave(x′,y′,t),0)，(uflow,0,wflow)和(0,0,0)；其中，分量uwave(x′,y′,t)和vwave(x′,y′,t)分别为五阶斯托克斯波理论水平和垂直方向速度分量，y′为第一网格模型全局坐标系x下网格模型节点y方向坐标，当前t取值为0，分量uflow和wflow分别为海流速度矢量vflow在全局坐标系x下x方向和z方向速度分量；
19、步骤十三：在第n个计算时间步，以全局坐标系x为参考系，对第一至第三网格模型和第一至第三艇体坐标系进行整体位移，位移矢量均为(vsub·cosθyaw·cosθattack·δt,0,vsub·sinθyaw·cosθattack·δt)，其中，δt为当前计算时间步长，vsub为水下航行器航速，n＝1,2,3....；
20、步骤十四：对第一至第三网格模型采本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种海洋环境影响力数据库构建方法，其特征在于，所述海洋环境影响力数据库由海浪影响力子数据库和海流影响力子数据库构成，所述海浪影响力子数据库包括p组水下航行器姿态参数样本，以及每组姿态参数样本分别对应q个第一海况参数样本，以及每个第一海况参数样本对应的海浪影响力参数；所述海流影响力子数据库包括p组姿态参数样本，以及每组姿态参数样本分别对应q个第二海况参数样本，以及每个第二海况参数样本对应的海流影响力参数；所述第一海况参数样本包括海浪浪高和海浪周期两种海况参数，所述第二海况参数样本包括海流速度矢量一种海况参数；所述海浪影响力参数包括海浪影响力矢量和力矩矢量，所述海流影响力参数包括海流影响力矢量和力矩矢量；所述姿态参数样本包括水下航行器的俯仰角，航向角，航速和深度四种，所述海浪影响力子数据库和海流影响力子数据库中的姿态参数完全相同；
2.根据权利要求1所述的一种海洋环境影响力数据库构建方法，其特征在于，所述p组姿态参数样本的获取方法如下：
3.根据权利要求1所述的一种海洋环境影响力数据库构建方法，其特征在于，所述第一海况参数样本或第二海况参数样本的获取方法如
4.根据权利要求1所述的一种海洋环境影响力数据库构建方法，其特征在于，步骤十四所述非定常算法中控制方程中的速度变量采用相对速度vrelative＝vlagrange-vfluid_mesh代替，其中，vlagrange为基于拉氏描述的流体材料运动速度，vfluid_mesh在全局坐标系X下的三轴分量为vsub·cosθyaw·cosθattack，0，vsub·sinθyaw·cosθattack。
5.根据权利要求1所述的一种海洋环境影响力数据库构建方法，其特征在于，步骤六中所述阵列间距为1.6·L，阵列数量为3。
6.一种电子设备，其特征在于，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行如权利要求1至5中任一所述方法的指令。
7.一种基于海洋环境影响力数据库的海洋环境影响力估算方法，其特征在于，所述海洋环境影响力数据库基于如权利要求1至5中任一所述方法构建而成；
8.根据权利要求7所述的一种基于海洋环境影响力数据库的海洋环境影响力估算方法，其特征在于，所述步骤I，若不存在与当前水下航行器姿态参数相同的姿态参数样本，则执行如下步骤：
9.根据权利要求7所述的一种基于海洋环境影响力数据库的海洋环境影响力估算方法，其特征在于，所述步骤II，若不存在与当前水下航行器第一海况参数相同的样本，则执行如下步骤：
10.根据权利要求7所述的一种基于海洋环境影响力数据库的海洋环境影响力估算方法，其特征在于，所述步骤III，若不存在与当前水下航行器第二海况参数相同的样本，则选取与当前水下航行器第二海况参数之间偏差绝对值最小的样本作为查询结果。
...【技术特征摘要】
1.一种海洋环境影响力数据库构建方法，其特征在于，所述海洋环境影响力数据库由海浪影响力子数据库和海流影响力子数据库构成，所述海浪影响力子数据库包括p组水下航行器姿态参数样本，以及每组姿态参数样本分别对应q个第一海况参数样本，以及每个第一海况参数样本对应的海浪影响力参数；所述海流影响力子数据库包括p组姿态参数样本，以及每组姿态参数样本分别对应q个第二海况参数样本，以及每个第二海况参数样本对应的海流影响力参数；所述第一海况参数样本包括海浪浪高和海浪周期两种海况参数，所述第二海况参数样本包括海流速度矢量一种海况参数；所述海浪影响力参数包括海浪影响力矢量和力矩矢量，所述海流影响力参数包括海流影响力矢量和力矩矢量；所述姿态参数样本包括水下航行器的俯仰角，航向角，航速和深度四种，所述海浪影响力子数据库和海流影响力子数据库中的姿态参数完全相同；
2.根据权利要求1所述的一种海洋环境影响力数据库构建方法，其特征在于，所述p组姿态参数样本的获取方法如下：
3.根据权利要求1所述的一种海洋环境影响力数据库构建方法，其特征在于，所述第一海况参数样本或第二海况参数样本的获取方法如下：
4.根据权利要求1所述的一种海洋环境影响力数据库构建方法，其特征在于，步骤十四所述非定常算法中控制方程中的速度变量采用相对速度vrelative＝vlagrange-vfluid_mesh代替，其中，vlagrange为基于拉氏描述的流体材料运动速度，vfluid_m...
【专利技术属性】
技术研发人员：李梦，马俊，程锦，龙倩，施蓉，田伟，程涵，
申请(专利权)人：四川福莱特科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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