一种舭龙骨安装位置的确定方法与流程

1.本发明涉及船舶建造领域，特别是涉及一种舭龙骨安装位置的确定方法。


背景技术：

2.船舶在风浪中过大的横摇，会给船舶航行的使用性能造成一系列有害影响，因此，现代船舶一般都安装有减摇装置，而舭龙骨就是其中一种最常见的被动式减摇装置。舭龙骨是安装在船侧和船底交界的一种纵向构件，有连续式和间断式两种，其主要作用是增加舰船横摇时的阻尼，减轻横摇的程度。
3.舭龙骨在船体表面上的安装位置通常根据船模试验的流线试验来确定，而采用流线试验确定舭龙骨安装位置，需要在试验前在船模表面涂敷一层油膜或涂料，经水流冲刷，其流动条纹可以显示水流流动的方向，进而根据船中舭部45度角位置确定流线的走向。在试验后需将油膜或涂料擦除干净，避免对后续设计桨、节能装置等试验的精度产生影响。并且流线试验需要预定单独的试验档期，势必对设计周期和成本产生一定影响，为结构设计的顺利推进带来不便。
4.综上，不仅要解决确定舭龙骨安装位置时流线试验可能损坏船模表面，进而影响后续船模试验精度的问题，更要考虑对流线试验对设计周期及成本等方面的影响，本发明提供一种舭龙骨安装位置的确定方法。


技术实现要素：

5.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种舭龙骨安装位置的确定方法，用于解决现有技术中通过涂敷油膜或涂料导致的设计周期长、成本高及影响后续船模试验精度问题。
6.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种舭龙骨安装位置的确定方法，所述确定方法至少包括如下步骤：
7.建立整船几何模型，确定船中舭龙骨安装位置；
8.采用数值仿真的方法开展船舶阻力计算，获得全船流线分布图；
9.于所述全船流线分布图中获得过船中舭龙骨安装位置点的流线
10.确定船舶各站位上舭龙骨安装位置。
11.优选地，确定所述船中舭龙骨安装位置具体包括如下步骤：于船中舭部处，绘制向舷侧方向延长的船底剖线及向船底板方向延长的舷侧剖线；过所述船底剖线与所述舷侧剖线的交点顺时针方向旋转所述船底剖线45
°
后，所述船底剖线与所述船中舭部相交位置为所述船中舭龙骨安装位置。
12.优选地，所述数值仿真的计算网格包括结构化网格、非结构化网格中的一种或组合。
13.优选地，在船舶表面所述计算网格为边界层网格，在船舶与自由面交界区域需对所述计算网格进行局部加密。
14.优选地，所述数值仿真放开纵倾和升沉两个自由度。
15.优选地，所述数值仿真的湍流模型采用sst k-ω、realizable k-ε模型中的一种。
16.优选地，所述数值仿真的时间步长为l/(v*200)，其中，l为垂线间长，v为航速。
17.优选地，获得所述过船中舭龙骨安装位置点的流线具体包括如下步骤：1)在衍生零部件中建立一个阀值部件，零部件选择船体，标量场选择空气体积分数，范围选择[0.5,0.5]，模式选择小于最小值；2)在衍生零部件中建立一个平面截面零部件，原点选择[x0,0,0]，其中x0为所述船中舭龙骨安装位置的x方向坐标值，法向选择[1,0,0]，零部件选择1)中的所述阀值部件；3)在衍生零部件中建立一个等值面零部件，零部件选择2)中的所述平面截面零部件，标量场选择位置[z0]，其中z0为所述船中舭龙骨安装位置的z方向坐标值；4)在衍生零部件中建立一个约束流线零部件，零部件选择船体，矢量场选择网格相对速率，积分求解器选择二阶rk算法，源种子选择3)中的所述等值面零部件，二阶积分器积分方向选择前侧、后侧或两者中的一种，获得所述过船中舭龙骨安装位置点的流线。
[0018]
优选地，确定船舶各站位上舭龙骨安装位置具体包括如下步骤：1)在衍生零部件中建立一个新的平面截面零部件，原点选择[0,0,0]，法向选择[1,0,0]，零部件选择船体，截面模式选择多截面，截面数选择m，切面范围与所述二阶积分器积分方向对应设置，获得船舶表面m个站位及站位横剖线；2)在场景中建立一个标量的新场景，分别创建几何显示器和流线显示器，其中几何显示器的零部件选择船体和1)中的所述站位衍生零部件，在流线显示器的零部件选择所述过船中舭龙骨安装位置点的流线衍生零部件；3)量取所述过船中舭龙骨安装位置点的流线与所述站位横剖线的交点z坐标值，获得所述站位上舭龙骨的安装高度。
[0019]
优选地，当所述二阶积分器积分方向选择两者时，所述切面范围为从x＝0到l，l为垂线间长；当所述二阶积分器积分方向选择后侧时，所述切面范围为从x＝0到x0；当所述二阶积分器积分方向选择前侧时，所述切面范围为从x＝x0到l。
[0020]
如上所述，本发明的一种舭龙骨安装位置的确定方法，具有以下有益效果：先确定船中舭龙骨安装位置，运用cfd技术模拟船舶的流线分布，获得过船中舭龙骨安装位置点的流线，并进一步获得其他船舶站位上舭龙骨的安装位置，方便快捷，无需预定单独的试验档期，不受时间空间的限制，可以在线型方案确定后同步开展，为船舶结构设计提供输入，显著缩短船舶设计周期、节约设计成本，提高船舶设计效率；无需使用油膜或涂料涂敷船模表面，避免了破坏船模表面导致影响后期桨、节能装置等试验的结果，提高船舶设计精度；该方法可以应用于所有的钢制船舶，有广泛的推广使用价值。
附图说明
[0021]
图1显示为本发明一种舭龙骨安装位置的确定方法的流程图。
[0022]
图2显示为本发明实施例中船中舭龙骨位置的横剖面示意图。
[0023]
图3显示为本发明实施例中cfd数值模拟的全船流线分布图。
[0024]
图4显示为本发明实施例中舭龙骨安装位置的结构示意图。
[0025]
元件标号说明
[0026]
110
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船底板
[0027]
111
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船底剖线
[0028]
120
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舷侧
[0029]
121
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舷侧剖线
[0030]
130
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船中舭部
[0031]
200
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船中舭龙骨安装位置
[0032]
300
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过船中舭龙骨安装位置点的流线
[0033]
400
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站位横剖线
具体实施方式
[0034]
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0035]
如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
[0036]
为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。
[0037]
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，其组件布局型态也可能更为复杂。
[0038]
如图1所示，本发明提供一种舭龙骨安装位置的确定方法，所述确定方法至少包括：
[0039]
建立整船几何模型，确定船中舭龙骨安装位置200；
[0040]
采用数值仿真的方法开展船舶的阻力计算，获得全船流线分布图；
[0041]
于所述全船流线分布图中获得过船中舭龙骨安装位置点的流线300；
[0042]
确定船舶各站位上舭龙骨安装位置。
[0043]
具体的，为了方便描述，本发明坐标系定义如下，原点为艉垂线与基准线的交点处，纵向x向为船长方向为且朝向船首方向为正，横向y向为船宽方向且朝向船舶左舷方向为正，垂直向z向以朝向甲板方向为正。建立整船几何模型，如图2，于船舶纵向中线对应的船中舭部130处，绘制向舷侧120方向延长的船底剖线111及向船底板110方向延长的舷侧剖线121；过船底剖线111与舷侧剖线121的交点顺时针方向45
°
旋转船底剖线111，旋转后的船底剖线111与船中舭部130相交位置为船中舭龙骨安装位置200，并量取该点的坐标值[x0,y0,z0]。
[0044]
将整船几何模型导入cfd软件，采用数值仿真的方法开展船舶的阻力计算，计算工况选取设计吃水和设计航速。所述整船几何模型可以采用缩尺度，也可以采用实尺度，但应包含影响流场特性的船舶附体或开口，不包含舭龙骨。计算区域应足够大以消除边界对计
算结果的影响，如自船尾向后延伸至少2.0l，自两侧侧向延伸至少1l，其中l为船舶垂线间长，具体计算域根据实际需求进行设置，此处不做限制。计算网格可以采用结构化网格，也可以采用非结构化网格，在航速较大的情况下，需要采用结构化网格与非结构化网格的重叠网格。在船体表面需要采用边界层网格，在流场变化比较大的首尾区域等船体与自由面交界附近需要对网格进行局部加密。为了保持和实际的运营状态一致，在数值仿真计算的时候，需要放开纵倾和升沉两个自由度。湍流模型可以采用sst k-ω、realizable k-ε等两方程模型。计算时间步长可以取l/(v*200)，其中l为船舶垂线间长，v为航速，计算时间不少于100s。为确保计算结果的可靠，需要定义和检查收敛性判据，比如阻力的波动率、残差等。计算完成后可以通过后处理得到如图3示意的全船流线分布图。
[0045]
根据所述全船流线分布图，应用cfd数值仿真软件starccm+操作如下步骤，获得过船中舭龙骨安装位置点的流线：
[0046]
1)在衍生零部件(derived parts)中建立一个阀值部件(threshold)，属性中零部件选择船体，标量场选择空气体积分数(volume fraction of air)，范围选择[0.5,0.5]，代表船水交界处，模式选择小于最小值；
[0047]
2)在衍生零部件(derived parts)中建立一个平面截面零部件(plane)，属性中输入原点的坐标[x0,0,0]，其中x0坐标是所述船中舭龙骨安装位置200的x向坐标值，法向选择[1,0,0]，代表横剖面，零部件选择第1)步中的所述阀值部件；
[0048]
3)在衍生零部件(derived parts)中建立一个等值面零部件(isosurface part)，零部件选择2)的所述平面截面零部件，标量场选择position[z0]，其中z0是所述船中舭龙骨安装位置200的z向坐标值；
[0049]
4)在衍生零部件(derived parts)中建立一个约束流线零部件(constrained streamline part)，零部件选择船体，种子类型选择零部件，矢量场选择网格相对速率(cell relative velocity)，积分求解器选择二阶rk算法，源种子选择3)步的所述等值面零部件，网格点选择[n,1]，二阶积分器积分方向选择前侧、后侧或两者中的一种，起始积分步长选择0.5、最大传输选择1000、最大步数选择2000，这样就得到了所述过船中舭龙骨安装位置点的流线300。
[0050]
其中起始积分步长选择0.5、最大传输选择1000、最大步数选择2000，此设置是控制流线的光滑度，为经验值，可以根据实际需求进行调整与修正。在一实施方式中，n为20，二阶积分器积分方向选择两者，即表明以船中舭龙骨位置200为中心点，所述过船中舭龙骨安装位置点的流线300由朝向船艏的10个网格点与朝向船艉的10个网格点连接获得。当然根据实际船舶需求，网格点n可以选取其他数值，二阶积分器积分方向也可以选择前侧或后侧中的一种，即只求解位于船中舭龙骨安装位置200一侧的所述过船中舭龙骨安装位置点的流线300，此处不做限制。
[0051]
继续应用cfd数值仿真软件starccm+操作如下步骤，获得船舶各站位上舭龙骨安装位置：
[0052]
1)在衍生零部件(derived parts)中建立一个新的平面截面零部件(plane)，原点选择[0,0,0]，法向选择[1,0,0]，零部件选择船体，截面模式选择多截面，截面数选择m，切面范围与所述二阶积分器积分方向对应设置，如此得到船体表面的m个站位及站位横剖线400。其中，当所述二阶积分器积分方向为两者时，所述切面范围是从x＝0到l，l为船舶垂线
间长；当所述二阶积分器积分方向为后侧时，所述切面范围是从x＝0到x0，同样x0是所述船中舭龙骨安装位置200的x向坐标值；当所述二阶积分器积分方向为前侧时，所述切面范围是从x＝x0到l；
[0053]
具体的，在一实施方式中m为21，二阶积分器积分方向为两者，所述切面范围是从x＝0到l，如此得到船中舭龙骨及其两侧舭龙骨的0-20号站位横剖面，站位横剖面与船体表面相交线即得到其他需要确定位置的20个站位横剖线400。以上示例为非限制性示例，具体根据需求进行设置，m也可以设置为其他数值，此处不做限制。
[0054]
2)在场景中建立一个标量的新场景，分别创建几何显示器和流线显示器，其中几何显示器的零部件选择船体和1)步中的所述站位衍生零部件，在流线显示器的零部件选择已经获得的所述过船中舭龙骨安装位置点的流线300衍生零部件；
[0055]
3)量取所述过船中舭龙骨安装位置点的流线300与所述站位横剖线400的交点z坐标就可以获得各个站位上舭龙骨的安装高度，如此就可以获得舭龙骨的安装位置了，如图4所示。获得各个站位上舭龙骨的安装位置后，即可根据需求在选定的某些或全部站位上进行舭龙骨的安装。
[0056]
综上所述，本发明提供了一种舭龙骨安装位置的确定方法，先确定船中舭龙骨安装位置，运用cfd技术模拟船舶的流线分布，获得过船中舭龙骨安装位置点的流线，并进一步获得其他船舶站位上舭龙骨的安装位置，方便快捷，无需预定单独的试验档期，不受时间空间的限制，可以在线型方案确定后同步开展，为船舶结构设计提供输入，显著缩短船舶设计周期、节约设计成本，提高船舶设计效率；无需使用油膜或涂料涂敷船模表面，避免了破坏船模表面导致影响后期桨、节能装置等试验的结果，提高船舶设计精度；该方法可以应用于所有的钢制船舶，有广泛的推广使用价值。
[0057]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

技术特征：
1.一种舭龙骨安装位置的确定方法，其特征在于，所述确定方法至少包括如下步骤：建立整船几何模型，确定船中舭龙骨安装位置；采用数值仿真的方法开展船舶阻力计算，获得全船流线分布图；于所述全船流线分布图中获得过船中舭龙骨安装位置点的流线；确定船舶各站位上舭龙骨安装位置。2.根据权利要求1所述的舭龙骨安装位置的确定方法，其特征在于，确定所述船中舭龙骨安装位置具体包括如下步骤：于船中舭部处，绘制向舷侧方向延长的船底剖线及向船底板方向延长的舷侧剖线；过所述船底剖线与所述舷侧剖线的交点顺时针方向旋转所述船底剖线45
°
后，所述船底剖线与所述船中舭部相交位置为所述船中舭龙骨安装位置。3.根据权利要求1所述的舭龙骨安装位置的确定方法，其特征在于：所述数值仿真的计算网格包括结构化网格、非结构化网格中的一种或组合。4.根据权利要求3所述的舭龙骨安装位置的确定方法，其特征在于：在船舶表面所述计算网格为边界层网格，在船舶与自由面交界区域需对所述计算网格进行局部加密。5.根据权利要求1所述的舭龙骨安装位置的确定方法，其特征在于：所述数值仿真放开纵倾和升沉两个自由度。6.根据权利要求1所述的舭龙骨安装位置的确定方法，其特征在于：所述数值仿真的湍流模型采用sst k-ω、realizable k-ε模型中的一种。7.根据权利要求1所述的舭龙骨安装位置的确定方法，其特征在于：所述数值仿真的时间步长为l/(v*200)，其中，l为垂线间长，v为航速。8.根据权利要求1所述的舭龙骨安装位置的确定方法，其特征在于，获得所述过船中舭龙骨安装位置点的流线具体包括如下步骤：1)在衍生零部件中建立一个阀值部件，零部件选择船体，标量场选择空气体积分数，范围选择[0.5,0.5]，模式选择小于最小值；2)在衍生零部件中建立一个平面截面零部件，原点选择[x0,0,0]，其中x0为所述船中舭龙骨安装位置的x方向坐标值，法向选择[1,0,0]，零部件选择1)中的所述阀值部件；3)在衍生零部件中建立一个等值面零部件，零部件选择2)中的所述平面截面零部件，标量场选择位置[z0]，其中z0为所述船中舭龙骨安装位置的z方向坐标值；4)在衍生零部件中建立一个约束流线零部件，零部件选择船体，矢量场选择网格相对速率，积分求解器选择二阶rk算法，源种子选择3)中的所述等值面零部件，二阶积分器积分方向选择前侧、后侧或两者中的一种，获得所述过船中舭龙骨安装位置点的流线。9.根据权利要求8所述的舭龙骨安装位置的确定方法，其特征在于，确定船舶各站位上舭龙骨安装位置具体包括如下步骤：。1)在衍生零部件中建立一个新的平面截面零部件，原点选择[0,0,0]，法向选择[1,0,0]，零部件选择船体，截面模式选择多截面，截面数选择m，切面范围与所述二阶积分器积分方向对应设置，获得船舶表面m个站位及站位横剖线；2)在场景中建立一个标量的新场景，分别创建几何显示器和流线显示器，其中几何显示器的零部件选择船体和1)中的所述站位衍生零部件，在流线显示器的零部件选择所述过船中舭龙骨安装位置点的流线衍生零部件；3)量取所述过船中舭龙骨安装位置点的流线与所述站位横剖线的交点z坐标值，获得
所述站位上舭龙骨的安装高度。10.根据权利要求9所述的舭龙骨安装位置的确定方法，其特征在于：当所述二阶积分器积分方向选择两者时，所述切面范围为从x＝0到l，l为垂线间长；当所述二阶积分器积分方向选择后侧时，所述切面范围为从x＝0到x0；当所述二阶积分器积分方向选择前侧时，所述切面范围为从x＝x0到l。

技术总结
本发明提供一种舭龙骨安装位置的确定方法，先确定船中舭龙骨安装位置，运用CFD技术模拟船舶的流线分布，获得过船中舭龙骨安装位置点的流线，并进一步获得其他船舶站位上舭龙骨的安装位置，方便快捷，无需预定单独的试验档期，不受时间空间的限制，可以在线型方案确定后同步开展，为船舶结构设计提供输入，显著缩短船舶设计周期、节约设计成本，提高船舶设计效率；无需使用油膜或涂料涂敷船模表面，避免了破坏船模表面导致影响后期桨、节能装置等试验的结果，提高船舶设计精度；该方法可以应用于所有的钢制船舶，有广泛的推广使用价值。有广泛的推广使用价值。有广泛的推广使用价值。


技术研发人员：樊涛 王璐玭 林源 黄智焱 吕烈彪 于晨芳
受保护的技术使用者：江南造船（集团）有限责任公司
技术研发日：2023.03.20
技术公布日：2023/6/12