CN112758280B - 顶推船舶阻力优化系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种顶推船舶阻力优化系统和方法，系统包括：顶推船舶，所述顶推船舶上设有压载水舱和压力传感器，所述压力传感器用于检测对应顶推船舶的吃水数据；阻力值预报模块，用于根据驳船的船型数据、顶推船舶的船型数据和所述吃水数据计算阻力数据；控制模块，用于根据所述阻力数据获取顶推船舶目标吃水值；根据所述顶推船舶目标吃水值调节所述压载水舱的压水值。本发明能根据顶推船舶目标吃水值调节压载水舱的压水值，以使顶推船舶和驳船组成的推驳系统处于阻力最小状态，从而减少顶推船和驳船之间的吃水差对推驳系统的航行阻力的影响，有效降低推驳系统的航行阻力。本发明可广泛应用于特种船舶应用领域。

Description

顶推船舶阻力优化系统和方法

技术领域

本发明涉及特种船舶应用领域，尤其是一种顶推船舶阻力优化系统和方法。

背景技术

内河航运是水运的重要分支，其具运力大、能耗小、成本低、占地少、污染轻等优点。内河航道中航行有许多驳船，大部分驳船其本身无自航能力，需要拖船或顶推船拖带，形成拖驳或者推驳系统。驳船设备简单，其吃水受到载货量影响较大。由于常规的顶推船的吃水是固定的，因而导致在顶推不同载货量的驳船时，顶推船和驳船之间的吃水差对推驳系统的航行阻力产生较大影响。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种顶推船舶阻力优化系统和方法，能够有效降低推驳系统的航行阻力。

根据本发明的第一方面实施例的一种顶推船舶阻力优化系统，包括：

顶推船舶，所述顶推船舶上设有压载水舱和压力传感器，所述压力传感器用于检测对应顶推船舶的吃水数据；

阻力值预报模块，用于根据驳船的船型数据、顶推船舶的船型数据和所述吃水数据计算阻力数据；

控制模块，用于根据所述阻力数据获取顶推船舶目标吃水值；根据所述顶推船舶目标吃水值调节所述压载水舱的压水值。

根据本发明实施例的一种顶推船舶阻力优化系统，至少具有如下有益效果：本实施例通过在顶推船舶中设置压载水舱和压力传感器，通过压力传感器检测顶推船舶的吃水数据，同时通过阻力值预报模块根据驳船的船型数据、顶推船舶的船型数据和顶推船舶的吃水数据计算阻力数据，然后通过控制模块根据阻力数据获取顶推船舶目标吃水值，并根据顶推船舶目标吃水值调节所述压载水舱的压水值，以使顶推船舶和驳船组成的推驳系统处于阻力最小状态，从而减少顶推船和驳船之间的吃水差对推驳系统的航行阻力的影响，有效降低推驳系统的航行阻力。

根据本发明的一些实施例，所述压载水舱包括多个，多个所述压载水舱沿所述顶推船舶纵向设置且多个所述压载水舱以所述顶推船舶中纵剖面为轴对称；所述根据所述顶推船舶目标吃水值调节所述压载水舱的压水值，其具体为：

根据所述顶推船舶目标吃水值调节左右对称的所述压载水舱的压水值。

根据本发明的一些实施例，所述压力传感器包括两个，两个所述压力传感器设置于所述顶推船舶的艏艉结构中纵剖面。

根据本发明的一些实施例，所述阻力值预报模块为计算流体力学模块；所述驳船的船型数据包括驳船船长、驳船船宽、驳船吃水数据和驳船的三维几何模型数据；所述顶推船舶的船型数据包括顶推船舶的船长、顶推船舶的船宽和顶推船舶的三维几何模型数据；所述根据驳船的船型数据、顶推船舶的船型数据和所述吃水数据计算阻力数据，包括：

根据驳船的船型数据、顶推船舶的船型数据和对应顶推船的吃水数据计算顶推船对应的推驳系统阻力数据；

根据多个吃水的顶推船对应的推驳系统阻力数据进行拟合，得到阻力曲线图。

根据本发明的一些实施例，所述根据所述阻力数据获取顶推船舶目标吃水值，包括：

获取所述阻力曲线图中的最小阻力值；

获取与所述最小阻力值对应的顶推船舶目标吃水值。

根据本发明的第二方面实施例的一种顶推船舶阻力优化方法，包括以下步骤：

获取驳船的船型数据、顶推船舶的船型数据和顶推船舶的吃水数据；

根据所述驳船的船型数据、所述顶推船舶的船型数据和所述吃水数据计算阻力数据；

根据所述阻力数据获取顶推船舶目标吃水值；

根据所述顶推船舶目标吃水值调节顶推船舶上压载水舱的压水值。

根据本发明的一些实施例，所述顶推船舶上设有多个压载水舱，多个所述压载水舱沿所述顶推船舶纵向设置且多个所述压载水舱以所述顶推船舶中纵剖面为轴对称；所述根据所述顶推船舶目标吃水值调节所述压载水舱的压水值，其具体为：

根据所述顶推船舶目标吃水值调节左右对称的所述压载水舱的压水值。

根据本发明的一些实施例，所述吃水数据通过顶推船舶上设置的压力传感器实时采集，所述压力传感器包括两个，两个所述压力传感器设置于所述顶推船舶的艏艉结构中纵剖面。

根据本发明一些实施例，所述驳船的船型数据包括驳船船长、驳船船宽、驳船吃水数据和驳船的三维几何模型数据；所述顶推船舶的船型数据包括顶推船舶的船长、顶推船舶的船宽和顶推船舶的三维几何模型数据；所述根据所述驳船的船型数据、所述顶推船舶的船型数据和所述吃水数据计算阻力数据，包括：

根据驳船的船型数据、顶推船舶的船型数据和对应顶推船的吃水数据计算顶推船对应的推驳系统阻力数据；

根据多个吃水的顶推船对应的推驳系统阻力数据进行拟合，得到阻力曲线图。

根据本发明的一些实施例，所述根据所述阻力数据获取顶推船舶目标吃水值，包括：

获取阻力曲线图中的最小阻力值；

获取与所述最小阻力值对应的顶推船舶目标吃水值。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：

图1为本发明实施例的一种顶推船舶阻力优化系统的模块框图；

图2为本发明实施例的一种顶推船舶阻力优化方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

参照图1，本发明实施例提供了一种顶推船舶阻力优化系统，包括：

顶推船舶，在顶推船舶上设有压载水舱和压力传感器，其中，压力传感器用于检测对应顶推船舶的吃水数据，吃水数据是包括若干个离散的数据，即压力传感器监测顶推船舶的吃水值。

在一些实施例中，压载水舱包括多个，多个压载水舱沿顶推船舶纵向设置且多个压载水舱以顶推船舶中纵剖面为轴对称，以便在调节顶推船舶的吃水值时，维持运行过程的稳定。压力传感器包括两个，两个压力传感器设置于顶推船舶的艏艉结构中纵剖面，以便更加快速准确的检测到顶推船舶的吃水数据。

阻力值预报模块，用于根据驳船的船型数据、顶推船舶的船型数据和顶推船舶的吃水数据计算阻力数据。

在一些实施例中，阻力值预报模块可以为计算流体力学(CFD)模块。驳船的船型数据包括驳船船长、驳船船宽、驳船吃水数据和驳船的三维几何模型数据；顶推船舶的船型数据包括顶推船舶的船长、顶推船舶的船宽和顶推船舶的三维几何模型数据；步骤根据驳船的船型数据、顶推船舶的船型数据和所述吃水数据计算阻力数据，包括：

根据驳船的船型数据、顶推船舶的船型数据和对应顶推船的吃水数据计算顶推船对应的推驳系统阻力数据；然后根据多个吃水的顶推船对应的推驳系统阻力数据进行拟合，得到阻力曲线图。该阻力曲线图的横坐标为顶推船舶的吃水数据，纵坐标为阻力大小。从该阻力曲线图中可知，顶推船舶的吃水数据与阻力大小的变化关系。

控制模块，用于根据阻力数据获取顶推船舶目标吃水值；根据顶推船舶目标吃水值调节压载水舱的压水值，具体地，其是根据顶推船舶目标吃水值调节左右对称的压载水舱的压水值，以使驳船船体维持平衡、顶推船舶的吃水数据位于目标吃水值附近，从而使的顶推船舶与驳船构成的推驳系统的阻力最小。

在一些实施例中，将上述实施例应用于实际的推驳系统中。其中，驳船已装载完成，即吃水固定，顶推船舶可调节吃水。连接处阻力性能随着顶推船舶和驳船的吃水差而变化，可通过调节顶推船舶吃水来对连接处阻力性能进行优化。在应用过程中，首先对几个不同吃水的顶推船舶与驳船组成的推驳系统使用CFD软件进行阻力数据预报，拟合得到横坐标为顶推船舶吃水、纵坐标为推驳系统阻力的阻力曲线图，其中，一个驳船对应一个阻力曲线图。接着从阻力曲线图中选取阻力最小点，从阻力最小点得到对应顶推船舶吃水，即为顶推船舶的目标吃水值。然后结合压载水舱和压力传感器对顶推船舶吃水进行调节，从而达到优化推驳系统阻力性能的目的。在调节过程中，已知通过数值预报得到的推驳系统阻力最小时对应的顶推船舶吃水，即顶推船舶的目标吃水值。通过调节压载水舱来改变顶推船舶吃水，调节后使用压力传感器测量实际吃水，若未达到目标吃水值，则再对压载水舱进行调节，通过反复调节使得顶推船舶保持正浮且艏艉吃水都达到调节目标。

综上可知，上述实施例能减少顶推船和驳船之间的吃水差对推驳系统的航行阻力的影响，有效降低推驳系统的航行阻力。

参照图2，本发明实施例提供了一种顶推船舶阻力优化方法，本实施例可应用于服务器，该服务器可与图1所示系统中的模块进行交互。

在实施过程中，本实施例包括以下步骤：

S21、获取驳船的船型数据、顶推船舶的船型数据和顶推船舶的吃水数据。其中，驳船的船型数据包括驳船船长、驳船船宽、驳船吃水数据和驳船的三维几何模型数据；顶推船舶的船型数据包括顶推船舶的船长、顶推船舶的船宽和顶推船舶的三维几何模型数据。顶推船舶上设有多个压载水舱，多个压载水舱沿顶推船舶纵向设置且多个压载水舱以顶推船舶中纵剖面为轴对称，以便在调节顶推船舶的吃水值时，维持运行过程的稳定。顶推船舶的吃水数据通过顶推船舶上设置的压力传感器实时采集，压力传感器包括两个，两个压力传感器设置于顶推船舶的艏艉结构中纵剖面，以便更加快速准确的监测到顶推船舶的吃水数据。

S22、根据驳船的船型数据、顶推船舶的船型数据和顶推船舶的吃水数据计算阻力数据。在本步骤中，驳船的船型数据包括驳船船长、驳船船宽、驳船吃水数据和驳船的三维几何模型数据；顶推船舶的船型数据包括顶推船舶的船长、顶推船舶的船宽和顶推船舶的三维几何模型数据。

步骤S22可通过以下方式实现：

根据驳船的船型数据、顶推船舶的船型数据和对应顶推船的吃水数据计算顶推船对应的推驳系统阻力数据；然后根据多个吃水的顶推船对应的推驳系统阻力数据进行拟合，得到阻力曲线图，其中，多个吃水的顶推船数是指同一个顶推船对应不同的吃水数据。具体地，可通过CFD软件计算顶推船舶与驳船之间的阻力曲线图。该阻力曲线图的横坐标为顶推船舶的吃水数据，纵坐标为阻力大小。从该阻力曲线图中可知，顶推船舶的吃水数据与阻力大小的变化关系。

S23、根据阻力数据获取顶推船舶目标吃水值。

在一些实施例中，步骤S23是通过获取阻力曲线图中的最小阻力值，然后获取与最小阻力值对应的顶推船舶目标吃水值。

S24、根据顶推船舶目标吃水值调节顶推船舶上压载水舱的压水值。其具体调节过程是调节左右对称的压载水舱的压水值，以维持驳船稳定运行，同时使顶推船舶的吃水数据位于目标吃水值附近，从而使的顶推船舶与驳船构成的推驳系统的阻力最小。

本发明系统实施例的内容均适用于本方法实施例，本方法实施例所具体实现的功能与上述系统实施例相同，并且达到的有益效果与上述系统达到的有益效果也相同。

本发明实施例还公开了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存介质中。计算机设备的处理器可以从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行图2所示的方法。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (4)

1.一种顶推船舶阻力优化系统，其特征在于，包括：

顶推船舶，所述顶推船舶上设有压载水舱和压力传感器，所述压力传感器用于检测对应顶推船舶的吃水数据；

阻力值预报模块，用于根据驳船的船型数据、顶推船舶的船型数据和所述吃水数据计算阻力数据；

控制模块，用于根据所述阻力数据获取顶推船舶目标吃水值；根据所述顶推船舶目标吃水值调节所述压载水舱的压水值；

所述压载水舱包括多个，多个所述压载水舱沿所述顶推船舶纵向设置且多个所述压载水舱以所述顶推船舶中纵剖面为轴对称；所述根据所述顶推船舶目标吃水值调节所述压载水舱的压水值，其具体为：

根据所述顶推船舶目标吃水值调节左右对称的所述压载水舱的压水值；

所述阻力值预报模块为计算流体力学模块；所述驳船的船型数据包括驳船船长、驳船船宽、驳船吃水数据和驳船的三维几何模型数据；所述顶推船舶的船型数据包括顶推船舶的船长、顶推船舶的船宽和顶推船舶的三维几何模型数据；所述根据驳船的船型数据、顶推船舶的船型数据和所述吃水数据计算阻力数据，包括：

根据驳船的船型数据、顶推船舶的船型数据和对应顶推船的吃水数据计算顶推船对应的推驳系统阻力数据；

根据多个吃水的顶推船对应的推驳系统阻力数据进行拟合，得到阻力曲线图；

所述根据所述阻力数据获取顶推船舶目标吃水值，包括：

获取所述阻力曲线图中的最小阻力值；

获取与所述最小阻力值对应的顶推船舶目标吃水值。

2.根据权利要求1所述的一种顶推船舶阻力优化系统，其特征在于，所述压力传感器包括两个，两个所述压力传感器设置于所述顶推船舶的艏艉结构中纵剖面。

3.一种顶推船舶阻力优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取驳船的船型数据、顶推船舶的船型数据和顶推船舶的吃水数据；

根据所述驳船的船型数据、所述顶推船舶的船型数据和所述吃水数据计算阻力数据；

根据所述阻力数据获取顶推船舶目标吃水值；

根据所述顶推船舶目标吃水值调节顶推船舶上压载水舱的压水值；

所述顶推船舶上设有多个压载水舱，多个所述压载水舱沿所述顶推船舶纵向设置且多个所述压载水舱以所述顶推船舶中纵剖面为轴对称；所述根据所述顶推船舶目标吃水值调节所述压载水舱的压水值，其具体为：

根据所述顶推船舶目标吃水值调节左右对称的所述压载水舱的压水值；

所述驳船的船型数据包括驳船船长、驳船船宽、驳船吃水数据和驳船的三维几何模型数据；所述顶推船舶的船型数据包括顶推船舶的船长、顶推船舶的船宽和顶推船舶的三维几何模型数据；所述根据所述驳船的船型数据、所述顶推船舶的船型数据和所述吃水数据计算阻力数据，包括：

根据驳船的船型数据、顶推船舶的船型数据和对应顶推船的吃水数据计算顶推船对应的推驳系统阻力数据；

根据多个吃水的顶推船对应的推驳系统阻力数据进行拟合，得到阻力曲线图；

所述根据所述阻力数据获取顶推船舶目标吃水值，包括：

获取阻力曲线图中的最小阻力值；

获取与所述最小阻力值对应的顶推船舶目标吃水值。

4.根据权利要求3所述的一种顶推船舶阻力优化方法，其特征在于，所述吃水数据通过顶推船舶上设置的压力传感器实时采集；所述压力传感器包括两个，两个所述压力传感器设置于所述顶推船舶的艏艉结构中纵剖面。

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