CN113609578A - 一种转首角速度预估方法、能效检测方法和系统 - Google Patents

一种转首角速度预估方法、能效检测方法和系统 Download PDF

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CN113609578A CN202110822636.4A CN202110822636A CN113609578A CN 113609578 A CN113609578 A CN 113609578A CN 202110822636 A CN202110822636 A CN 202110822636A CN 113609578 A CN113609578 A CN 113609578A
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Abstract

本发明公开了一种船舶首侧推的转首角速度的预估方法、能效检测方法和系统，该预估方法包括：获取预设的首侧推的侧推推力、目标船舶的吃水深度和目标船舶的垂线间长；确定目标船舶的首垂线与首侧推的开孔中心之间的第一距离；根据侧推推力、吃水深度、垂线间长以及第一距离，确定出目标船舶对应的转首角速度。解决了现有技术中凭借复杂的经验公式进行首侧推的能效预估，计算量大，准确性低的问题。提供一种船舶首侧推的能效检测方法，计算出目标船舶的待检测的首侧推的转首角速度与预设阈值进行对比，可以快速准确的判断出首侧推的能效检测是否通过。

Description

一种转首角速度预估方法、能效检测方法和系统
技术领域
本发明涉及船舶技术领域，具体涉及一种转首角速度预估方法、能效检测方法和系统、设备及介质。
背景技术
传统的单桨船在低航速下容易出现舵效变差甚至失效的情况，如果船舶装有首侧推，可在低速时直接提高船舶转首力矩，大大改善低速或零航速时船舶的操纵性，在进出港时取消或者减少拖轮的辅助需求，节省费用。
常规船型的首侧推通常为管隧式，安装在船舶首部水线以下的管隧中，是一种管隧式可调螺距的螺旋桨推进器。利用螺旋桨叶片旋转产生与船舶的纵剖面垂直的侧向推力，通过调整螺距，改变推力的大小和方向。
现有技术中，采用经验公式预估计算船舶的首侧推布置完成后的转首角速度，从而预估首侧推的能效，但是该经验公式复杂且参数多，计算量大，造成能效预估结果偏大或者偏小。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中该经验公式复杂且参数多，计算量大，造成能效预估结果偏大或者偏小的缺陷，提供一种转首角速度预估方法、能效检测方法和系统、设备及介质。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
第一方面，本发明提供一种船舶首侧推的转首角速度的预估方法，所述预估方法包括：
获取预设的首侧推的侧推推力、目标船舶的吃水深度和所述目标船舶的垂线间长；
确定所述目标船舶的首垂线与所述首侧推的开孔中心之间的第一距离；
根据所述侧推推力、所述吃水深度、所述垂线间长以及所述第一距离，确定出所述目标船舶对应的转首角速度。
较佳地，所述根据所述侧推推力、所述吃水深度、所述垂线间长以及所述第一距离，确定出所述目标船舶对应的转首角速度的步骤，包括：
根据所述吃水深度、所述垂线间长以及所述第一距离，确定影响因子；
基于所述影响因子，确定所述转首角速度。
较佳地，所述基于所述影响因子，确定所述转首角速度的步骤，包括：
所述转首角速度通过以下式1获得：
<式1>
Figure BDA0003172331900000021
其中，ω表示转首角速度，T表示侧推推力，LPP表示垂线间长，ε表示影响因子。
在本方案中，利用上述参数量少、简单的计算公式1使得预估出的转首角速度和实际的转首角速度接近，能效预估的准确度提高。
较佳地，所述根据所述吃水深度、所述垂线间长以及所述第一距离，确定影响因子的步骤，包括：
所述影响因子通过以下式2获得：
<式2>
Figure BDA0003172331900000022
其中，a表示首垂线与首侧推开孔中心的第一距离，d表示船舶的基线到水线的深度。
在本方案中，利用上述式2的方式确定影响因子，比利用传统的经验公式计算影响因子的计算量小，并且准确度高，从而提高了转首角速度的预估效果。
较佳地，所述首侧推为多个，确定所述目标船舶的首垂线与所述首侧推的开孔中心之间的第一距离的步骤，包括：
获取至少一个所述首侧推按照预定布置原则安装于所述目标船舶的位置点；其中所述预定布置原则包括：所述首侧推的开孔中心距基线的高度大于所述首侧推的直径；所述首侧推的开孔距离水线面的高度大于所述首侧推的直径；多个所述首侧推之间的开孔中心的距离大于所述首侧推的直径的两倍；
基于至少一个所述位置点确定所述首侧推的开孔中心点；
根据所述开孔中心点和所述目标船舶的首垂线确定所述第一距离。
较佳地，所述预定布置原则还包括所述目标船舶的管遂末端的圆弧倒角的半径大于所述首侧推的直径的十分之一。
第二方面，本发明还提供一种船舶首侧推的能效检测方法，所述能效检测方法包括：
利用第一方面中任意一项所述的船舶首侧推的转首角速度的预估方法确定出目标船舶的待检测的首侧推的转首角速度；
判断所述转首角速度是否大于预设的角速度阈值；若是，输出能效检测通过信息，以提示所述目标船舶的转向性能达标状态；若否，输出能效检测未通过信息。
第三方面，本发明还提供一种船舶首侧推的能效检测系统，所述能效检测系统包括：
数据获取模块，用于获取预设的首侧推的侧推推力、目标船舶的吃水深度和所述目标船舶的垂线间长；
距离确定模块，用于确定所述目标船舶的首垂线与所述首侧推的开孔中心之间的第一距离；
转首角速度确定模块，用于根据所述侧推推力、所述吃水深度、所述垂线间长以及所述第一距离，确定出所述目标船舶对应的转首角速度；
能效检测模块，用于判断所述转首角速度是否大于预设的角速度阈值；若是，输出能效检测通过信息，以提示所述目标船舶的转向性能达标状态；若否，输出能效检测未通过信息。
第四方面，本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现第一方面任一项所述的船舶首侧推的转首角速度的预估方法或实现第二方面所述的船舶首侧推的能效检测方法。
第五方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第一方面任一项所述的船舶首侧推的转首角速度的预估方法的步骤或实现第二方面所述的船舶首侧推的能效检测方法的步骤。
本发明的积极进步效果在于：提供一种船舶首侧推的转首角速度的预估方法，根据首侧推的侧推推力、船舶吃水深度以及确定的首垂线与首侧推的开孔中心之间的距离确定船舶的首侧推布置后的转首角速度，基于转首角速度确定首侧推的能效大小，解决了凭借复杂的经验公式造成能效预估效率低、计算量大、准确性低的问题；提供一种船舶首侧推的能效检测方法，计算出目标船舶的待检测的首侧推的转首角速度与预设阈值进行对比，可以快速准确的判断出首侧推的能效检测是否通过。
附图说明
图1为本发明实施例1的船舶首侧推的转首角速度的预估方法的流程图。
图2为本发明实施例1的船舶首侧推的转首角速度的预估方法步骤S2的流程图。
图3为本发明实施例1的船舶首侧推的转首角速度的预估方法步骤S3的流程图。
图4为本发明实施例2的船舶首侧推的能效检测方法的流程图。
图5为本发明实施例3的船舶首侧推的转首角速度的预估系统的模块示意图。
图6为本发明实施例4的船舶首侧推的能效检测系统的模块示意图。
图7为本发明实施例5的电子设备的硬件结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
本实施例，提供一种船舶首侧推的转首角速度的预估方法，如图1所示，该预估方法包括：
步骤S1、获取预设的首侧推的侧推推力、目标船舶的吃水深度和目标船舶的垂线间长。
步骤S2、确定目标船舶的首垂线与首侧推的开孔中心之间的第一距离。
其中，若首侧推为多个时，如图2所示，步骤S2包括：
步骤S21、获取至少一个首侧推按照预定布置原则安装于目标船舶的位置点；其中预定布置原则包括：首侧推的开孔中心距基线的高度大于首侧推的直径；首侧推的开孔距离水线面的高度大于首侧推的直径；多个首侧推之间的开孔中心的距离大于首侧推的直径的两倍；目标船舶的管遂末端的圆弧倒角的半径大于首侧推的直径的十分之一。
步骤S22、基于至少一个位置点确定首侧推的开孔中心点；
步骤S23、根据开孔中心点和目标船舶的首垂线确定第一距离。
具体的，合理的侧推布置，可以使得首侧推与首侧推之间不会产生负面影响，其首侧推转向力矩可以得到充分发挥。
需要说明的是，船舶的类型确定后，船舶的垂线间长表示首尾垂线之间的水平距离。若首侧推为两个，分别为第一首侧推和第二首侧推，则首侧推的开孔中心点为第一首侧推和第二首侧推中心点位置连线的中点。
步骤S3、根据侧推推力、吃水深度、垂线间长以及第一距离，确定出目标船舶对应的转首角速度。
其中，如图3所示，步骤S3包括：
步骤S31、根据吃水深度、垂线间长以及第一距离，确定影响因子。
步骤S32、基于影响因子，确定转首角速度。
在步骤S31中，该影响因子是通过以下式而获得：
Figure BDA0003172331900000061
其中，a表示首垂线与首侧推开孔中心的第一距离，d表示船舶的基线到水线的深度。
在步骤S32中，该转首角速度通过以下式获得：
Figure BDA0003172331900000062
其中，ω表示转首角速度，T表示侧推推力，LPP表示垂线间长，ε表示影响因子。
进一步的，本实施例中，可以选取典型的船型，通过CFD(Computational FluidDynamics，计算流体动力学)仿真方法进行船舶的首侧推的转首角速度的预估和利用上述两个公式计算出来的转首角速度的比对。在利用CFD方法进行船舶的首侧推的转首角速度的预估时，采用重叠网络将船舶模型的各个部分单独划分网格，然后再与背景网格进行嵌套。各套网格之间存在网格重叠的部分，通过在重叠网格区域相互的插值，使得每套网格可以在重叠区域的边界进行数据的交换，从而完成整个流场的求解。
通过利用CFD简化模型来预估船舶的首侧推的转首角速度，可以从侧面验证本发明转首角速度的预估方法的准确性。通过该预估方法可以在一定程度上指导船舶首侧推的选型设计。快速的计算出转首角速度，在项目的早期进行首侧推选型时参考使用。
提供一种船舶首侧推的转首角速度的预估方法，根据首侧推的侧推推力、船舶吃水深度以及确定的首垂线与首侧推的开孔中心之间的距离确定船舶的首侧推布置后的转首角速度，基于转首角速度确定首侧推的能效大小，解决了现有技术中凭借复杂的经验公式进行首侧推的能效预估，计算量大，准确性低的问题。
实施例2
本实施例，提供一种船舶首侧推的能效检测方法，如图4所示，该能效检测方法包括：
步骤S110、利用如实施例1的船舶首侧推的转首角速度的预估方法确定出目标船舶的待检测的首侧推的转首角速度。
步骤S120、判断转首角速度是否大于预设的角速度阈值；
若是，输出能效检测通过信息，以提示目标船舶的转向性能达标状态；若否，输出能效检测未通过信息。
具体的，利用实施例1的方式确定出了目标船舶的待检测的首侧推的转首角速度W1，预设阈值为W2。若W1大于W2，则表示该目标船舶上待检测的首侧推的能效满足要求。若W1小于W2，则表示该目标船舶上待检测的首侧推的能效不满足要求，通过该方式可以准确又快速的对首侧推进行能效预估。
提供一种船舶首侧推的能效检测方法，计算出目标船舶的待检测的首侧推的转首角速度与预设阈值进行对比，可以快速准确的判断出首侧推的能效检测是否通过。
实施例3
本实施例，提供一种船舶首侧推的转首角速度的预估系统，如图5所示，该预估系统包括：数据获取模块210、距离确定模块220、转首角速度确定模块230，距离确定模块220包括位置点获取单元、中心点确定单元以及第一计算单元，转首角速度确定模块230包括影响因子确定单元以及第二计算单元。
其中，数据获取模块210，用于获取预设的首侧推的侧推推力、目标船舶的吃水深度和目标船舶的垂线间长。
距离确定模块220，用于确定目标船舶的首垂线与首侧推的开孔中心之间的第一距离。
转首角速度确定模块230，用于根据侧推推力、吃水深度、垂线间长以及第一距离，确定出目标船舶对应的转首角速度。
其中，若首侧推为多个时，距离确定模块220包括：
位置点获取单元，用于获取至少一个首侧推按照预定布置原则安装于目标船舶的位置点；其中预定布置原则包括：首侧推的开孔中心距基线的高度大于首侧推的直径；首侧推的开孔距离水线面的高度大于首侧推的直径；多个首侧推之间的开孔中心的距离大于首侧推的直径的两倍；目标船舶的管遂末端的圆弧倒角的半径大于首侧推的直径的十分之一。
中心点确定单元，用于基于至少一个位置点确定首侧推的开孔中心点；
第一计算单元，用于根据开孔中心点和目标船舶的首垂线确定第一距离。
具体的，合理的侧推布置，可以使得首侧推与首侧推之间不会产生负面影响，其首侧推转向力矩可以得到充分发挥。
需要说明的是，船舶的类型确定后，船舶的垂线间长表示首尾垂线之间的水平距离。若首侧推为两个，分别为第一首侧推和第二首侧推，则首侧推的开孔中心点为第一首侧推和第二首侧推中心点位置连线的中点。
其中，转首角速度确定模块230包括：
影响因子确定单元，用于根据吃水深度、垂线间长以及第一距离，确定影响因子。
第二计算单元，用于基于影响因子，确定转首角速度。
在影响因子确定单元是通过以下式而获得影响因子的：
Figure BDA0003172331900000081
其中，a表示首垂线与首侧推开孔中心的第一距离，d表示船舶的基线到水线的深度。
第二计算单元通过以下式获得转首角速度：
Figure BDA0003172331900000082
其中，ω表示转首角速度，T表示侧推推力，LPP表示垂线间长，ε表示影响因子。
进一步的，本实施例中，可以选取典型的船型，通过CFD方法进行船舶的首侧推的转首角速度的预估和利用上述两个公式计算出来的转首角速度的比对。在利用CFD方法进行船舶的首侧推的转首角速度的预估时，采用重叠网络将船舶模型的各个部分单独划分网格，然后再与背景网格进行嵌套。各套网格之间存在网格重叠的部分，通过在重叠网格区域相互的插值，使得每套网格可以在重叠区域的边界进行数据的交换，从而完成整个流场的求解。
通过利用CFD简化模型来预估船舶的首侧推的转首角速度，可以从侧面验证本发明转首角速度的预估方法的准确性。通过该预估方法可以在一定程度上指导船舶首侧推的选型设计。快速的计算出转首角速度，在项目的早期进行首侧推选型时参考使用。
提供一种船舶首侧推的转首角速度的预估系统，根据首侧推的侧推推力、船舶吃水深度以及确定的首垂线与首侧推的开孔中心之间的距离确定船舶的首侧推布置后的转首角速度，基于转首角速度确定首侧推的能效大小，解决了现有技术中凭借复杂的经验公式进行首侧推的能效预估，计算量大，准确性低的问题。
实施例4
本实施例，提供一种船舶首侧推的能效检测系统，如图6所示，该能效检测系统包括如实施例3的船舶首侧推的转首角速度的预估系统。
在本实施例中，利用如上述的船舶首侧推的转首角速度的预估系统确定出目标船舶的待检测的首侧推的转首角速度。
该能效检测系统还包括能效检测模块310，能效检测模块310用于判断转首角速度是否大于预设的角速度阈值；若是，输出能效检测通过信息，以提示目标船舶的转向性能达标状态；若否，输出能效检测未通过信息。
具体的，利用如上述的预估系统确定出目标船舶的待检测的首侧推的转首角速度W1，预设阈值为W2。若W1大于W2，则表示该目标船舶上待检测的首侧推的能效满足要求。若W1小于W2，则表示该目标船舶上待检测的首侧推的能效不满足要求，通过该方式可以准确又快速的对首侧推进行能效预估。
提供一种船舶首侧推的能效检测系统，计算出目标船舶的待检测的首侧推的转首角速度与预设阈值进行对比，可以快速准确的判断出首侧推的能效检测是否通过。
实施例5
图7为本实施例提供的一种电子设备的结构示意图。所述电子设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现实施例1的船舶首侧推的转首角速度的预估方法或者实施例2的船舶首侧推的能效检测方法，图7显示的电子设备60仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
电子设备60可以以通用计算设备的形式表现，例如其可以为服务器设备。电子设备60的组件可以包括但不限于：上述至少一个处理器61、上述至少一个存储器62、连接不同系统组件(包括存储器62和处理器61)的总线63。
总线63包括数据总线、地址总线和控制总线。
存储器62可以包括易失性存储器，例如随机存取存储器(RAM)621和/或高速缓存存储器622，还可以进一步包括只读存储器(ROM)623。
存储器62还可以包括具有一组(至少一个)程序模块624的程序/实用工具625，这样的程序模块624包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。
处理器61通过运行存储在存储器62中的计算机程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如本发明实施例1的船舶首侧推的转首角速度的预估方法或者实施例2的船舶首侧推的能效检测方法。
电子设备60也可以与一个或多个外部设备64(例如键盘、指向设备等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口65进行。并且，模型生成的设备60还可以通过网络适配器66与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图所示，网络适配器66通过总线63与模型生成的设备60的其它模块通信。
应当明白，尽管图中未示出，可以结合模型生成的设备60使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理器、外部磁盘驱动阵列、RAID(磁盘阵列)系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
应当注意，尽管在上文详细描述中提及了电子设备的若干单元/模块或子单元/模块，但是这种划分仅仅是示例性的并非强制性的。实际上，根据本发明的实施方式，上文描述的两个或更多单元/模块的特征和功能可以在一个单元/模块中具体化。反之，上文描述的一个单元/模块的特征和功能可以进一步划分为由多个单元/模块来具体化。
实施例6
本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现实施例1的船舶首侧推的转首角速度的预估方法或者实施例2的船舶首侧推的能效检测方法的步骤。
其中，可读存储介质可以采用的更具体可以包括但不限于：便携式盘、硬盘、随机存取存储器、只读存储器、可擦拭可编程只读存储器、光存储器件、磁存储器件或上述的任意合适的组合。
在可能的实施方式中，本发明还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当所述程序产品在终端设备上运行时，所述程序代码用于使所述终端设备执行实现实施例1的船舶首侧推的转首角速度的预估方法或者实施例2的船舶首侧推的能效检测方法的步骤。
其中，可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明的程序代码，所述程序代码可以完全地在用户设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户设备上部分在远程设备上执行或完全在远程设备上执行。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种船舶首侧推的转首角速度的预估方法，其特征在于，所述预估方法包括：
获取预设的首侧推的侧推推力、目标船舶的吃水深度和所述目标船舶的垂线间长；
确定所述目标船舶的首垂线与所述首侧推的开孔中心之间的第一距离；
根据所述侧推推力、所述吃水深度、所述垂线间长以及所述第一距离，确定出所述目标船舶对应的转首角速度。
2.如权利要求1所述的船舶首侧推的转首角速度的预估方法，其特征在于，所述根据所述侧推推力、所述吃水深度、所述垂线间长以及所述第一距离，确定出所述目标船舶对应的转首角速度的步骤，包括：
根据所述吃水深度、所述垂线间长以及所述第一距离，确定影响因子；
基于所述影响因子，确定所述转首角速度。
3.如权利要求2所述的船舶首侧推的转首角速度的预估方法，其特征在于，所述基于所述影响因子，确定所述转首角速度的步骤，包括：
所述转首角速度通过以下式1获得：
<式1>
Figure FDA0003172331890000011
其中，ω表示转首角速度，T表示侧推推力，LPP表示垂线间长，ε表示影响因子。
4.如权利要求3所述的船舶首侧推的转首角速度的预估方法，其特征在于，所述根据所述吃水深度、所述垂线间长以及所述第一距离，确定影响因子的步骤，包括：
所述影响因子通过以下式2获得：
<式2>
Figure FDA0003172331890000012
其中，a表示首垂线与首侧推开孔中心的第一距离，d表示船舶的基线到水线的深度。
5.如权利要求1所述的船舶首侧推的转首角速度的预估方法，其特征在于，所述首侧推为多个，确定所述目标船舶的首垂线与所述首侧推的开孔中心之间的第一距离的步骤，包括：
获取至少一个所述首侧推按照预定布置原则安装于所述目标船舶的位置点；其中所述预定布置原则包括：所述首侧推的开孔中心距基线的高度大于所述首侧推的直径；所述首侧推的开孔距离水线面的高度大于所述首侧推的直径；多个所述首侧推之间的开孔中心的距离大于所述首侧推的直径的两倍；
基于至少一个所述位置点确定所述首侧推的开孔中心点；
根据所述开孔中心点和所述目标船舶的首垂线确定所述第一距离。
6.如权利要求5所述的船舶首侧推的转首角速度的预估方法，其特征在于，所述预定布置原则还包括所述目标船舶的管遂末端的圆弧倒角的半径大于所述首侧推的直径的十分之一。
7.一种船舶首侧推的能效检测方法，其特征在于，所述能效检测方法包括：
利用如权利要求1-6中任意一项所述的船舶首侧推的转首角速度的预估方法确定出目标船舶的待检测的首侧推的转首角速度；
判断所述转首角速度是否大于预设的角速度阈值；若是，输出能效检测通过信息，以提示所述目标船舶的转向性能达标状态；若否，输出能效检测未通过信息。
8.一种船舶首侧推的能效检测系统，其特征在于，所述能效检测系统包括：
数据获取模块，用于获取预设的首侧推的侧推推力、目标船舶的吃水深度和所述目标船舶的垂线间长；
距离确定模块，用于确定所述目标船舶的首垂线与所述首侧推的开孔中心之间的第一距离；
转首角速度确定模块，用于根据所述侧推推力、所述吃水深度、所述垂线间长以及所述第一距离，确定出所述目标船舶对应的转首角速度；
能效检测模块，用于判断所述转首角速度是否大于预设的角速度阈值；若是，输出能效检测通过信息，以提示所述目标船舶的转向性能达标状态；若否，输出能效检测未通过信息。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-6中任一项所述的船舶首侧推的转首角速度的预估方法或实现权利要求7所述的船舶首侧推的能效检测方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-6任一项所述的船舶首侧推的转首角速度的预估方法的步骤或实现权利要求7所述的船舶首侧推的能效检测方法的步骤。
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