[发明专利]一种船舶仿真方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及仿真技术领域，尤其涉及一种船舶仿真方法及系统。

背景技术

对于水面航行仿真，需要模拟航行器或船只模型，这些被仿真对象，通常会包括对质心平动过程的模拟以及对绕质心转动过程的模拟，质心平动过程需要通过三个自由度来模拟，绕质心转动过程需要通过另外三个自由度来模拟，因此需要通过六个自由度来描述被仿真对象的运动过程。

模拟航行中，船舶运动数学模型决定船舶运动状态，其精度直接影响船舶模拟器仿真的逼真度。现有技术的模拟器大多使用的是MMG三自由度模型，对于船舶在大风浪中的摇晃，震荡，摆动等的模拟效果不佳，仿真结果与实际的实验数据之间仍存在较大的误差。

发明内容

本发明提供了一种船舶仿真方法及系统，旨在解决常规仿真模拟误差较大的问题，

本发明为了解决上述技术问题所采用的技术方案是：

根据本发明的第一个方面，提供了一种船舶仿真方法，包括：获取船舶的初始位置和运动参数；获取船舶以实验得到的实际六自由度参数；将船舶的初始位置和运动参数输入六自由度船舶运动数学模型，确定船舶的仿真六自由度参数；在仿真六自由度参数与实际六自由度参数的误差超过预设的阈值范围时，调整六自由度船舶运动数学模型的模型参数，重新确定船舶的仿真自由度参数；输出误差在预设的阈值范围内的仿真自由度参数。

进一步的，将船舶的初始位置和运动参数输入六自由度船舶运动数学模型，确定船舶的仿真六自由度参数的步骤，包括初始化船舶的初始船体位置及其运动的相对位置；初始化船舶的初始船体位置及其运动的相对位置，包括：根据船舶垂直于海平面的第一状态以及船舶摇荡时的第二状态，建立参考坐标系及船体坐标系；取船舶中心为原点，x轴以船舶运动时船艏为正方向，y轴以船舶运动时右舷为正方向，z轴以船舶运动时向下为正方向，建 立船体坐标系；取船舶垂直于海平面状态时船舶中心为原点，w轴以船艏为正方向，u轴以船舶静止时右舷为正方向，v轴以船舶静止时向下为正方向，建立参考坐标系；其中，当船舶无六自由度运动且处于平稳匀速无摇摆震荡运动时，船体坐标系与参考坐标系重合；当船舶摇荡时，参考坐标系沿水平方向平移运动。

进一步的，六自由度船舶运动数学模型包括作用在船舶的船体的船体力、作用在螺旋桨的螺旋桨力以及二者之间的相互干涉关系，其中，作用在船体的船体力表示如下：

-X_HI＝A₁₁u-A₂₂vr+A₃₃wq

-Y_HI＝A₂₂v-A₁₁ur+A₃₃pw

-Z_HI＝A₃₃w-A₁₁uq+A₂₂vp

-K_HI＝A₄₄p+(A₆₆-A₅₅)qr+(A₃₃-A₂₂)vp

-M_HI＝A₅₅p+(A₄₄-A₆₆)pr+(A₁₁-A₃₃)uw

-N_HI＝A₆₆p+(A₅₅-A₄₄)qp+(A₂₂-A₁₁)uv

其中，A_jk为附加质量系数，其中，j＝1,2,……，6，k＝1,2,……，6，j＝k，p、q、r分别为船体纵向、横向和垂向的速度，w、u、v分别为绕x、y、z轴的角速度。

进一步的，作用在船舶的螺旋桨的螺旋桨力表示如下：

Y_P＝0

N_P＝0

其中，t_P＝0.5C_P-0.12，Y_P为螺旋桨产生的横向力，N_P为船舶转艏力矩，n为螺旋桨转速，D_p为螺旋桨直径，t_p螺旋桨推力减额系数，j_p为进速系数，ρ为液体密度，C_p为纵向棱形系数。