艦船綜合航行性能虛擬試驗(yàn)環(huán)境建設(shè)論證報(bào)告

1、目錄目錄1建設(shè)必要性分析 2主要建設(shè)內(nèi)容與建設(shè)目標(biāo) 2.1總體框架2.2主要建設(shè)內(nèi)容 虛擬試驗(yàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng) 虛擬試驗(yàn)環(huán)境建模專業(yè)CFD工具軟件配置2.2.3.1 船舶整體性能分析CFD軟件FI0W-3D2.2.3.2 推進(jìn)器與空化模擬專家 PumpLinx虛擬試驗(yàn)運(yùn)行系統(tǒng)122.2.4.1 分析工具集成2.2.4.2 統(tǒng)一試驗(yàn)分析環(huán)境 集成環(huán)境下的知識(shí)應(yīng)用 678810131522試驗(yàn)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 24虛擬試驗(yàn)情景化系統(tǒng)25虛擬試驗(yàn)驗(yàn)證與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng) 282.2.7.1 虛擬試驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)虛擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng) 虛擬試驗(yàn)過(guò)程管理與項(xiàng)目管理系統(tǒng) 29虛擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)302.2.9.1 建設(shè)內(nèi)容

2、2.2.9.2 主要功能2.3建設(shè)目標(biāo)35282930313實(shí)施方案與研發(fā)流程 363.1虛擬試驗(yàn)基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)實(shí)施方案 36實(shí)施策略36實(shí)施階段373.1.2.1 系統(tǒng)規(guī)劃階段 373.122 系統(tǒng)準(zhǔn)備階段3.123 系統(tǒng)定義階段3.1.2.4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)階段3.1.2.5 系統(tǒng)切換階段鞏固和提高階段實(shí)施規(guī)范和控制體系423.1.3.1 實(shí)施規(guī)范3.1.3.2 控制節(jié)點(diǎn)3.1.4 風(fēng)險(xiǎn)控制 43實(shí)施過(guò)程隱患及預(yù)防 3.1.4.2 風(fēng)險(xiǎn)控制3839394141424243444建設(shè)前景與收益 454.1預(yù)期成果454.2效益分析 481建設(shè)必要性分析數(shù)值水池是運(yùn)用計(jì)算流體力學(xué)（CFD、高性能計(jì)算機(jī)

3、等軟/硬件工具，對(duì)船舶與 海洋工程的流體動(dòng)力性能進(jìn)行數(shù)值模擬（含預(yù)報(bào)與優(yōu)化）的技術(shù)。其數(shù)值模擬的效果 就如同在物理水池中進(jìn)行的模型試驗(yàn)，故稱數(shù)值水池。數(shù)值水池技術(shù)由船舶與海洋工 程平臺(tái)外形幾何學(xué)、CFD軟件工程學(xué)、圖形圖像學(xué)、數(shù)據(jù)庫(kù)、信息網(wǎng)絡(luò)、高性能計(jì)算 機(jī)等技術(shù)融合而成，是當(dāng)代高技術(shù)的集成。與常規(guī)的物理水池模型試驗(yàn)相比，數(shù)值水 池技術(shù)具有如下突出優(yōu)勢(shì)：（1）反應(yīng)快。如獲得一條船體阻力曲線，數(shù)值模擬耗時(shí)僅需幾小時(shí)，而物理水池 的模型試驗(yàn)周期（含模型設(shè)計(jì)制作、試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作和模型試驗(yàn)等）則需兩個(gè)月。（2）成本低。在上述（1）的條件下，數(shù)值模擬費(fèi)用最多僅需幾百元，而物理水 池的模型試驗(yàn)費(fèi)用則高達(dá)幾

4、萬(wàn)元。（3）獲取信息多。一次數(shù)值模擬就可同時(shí)獲得物面作用力合力、物面作用力分 布、流場(chǎng)速度分布等，而物理水池的模型試驗(yàn)則做不到。（4）精細(xì)化程度高。數(shù)值模擬中作用力和速度的計(jì)算可以精細(xì)化到“點(diǎn)”，而物 理水池的模型試驗(yàn)一般只能測(cè)出宏觀量，測(cè)量不能精細(xì)化到“點(diǎn)”。應(yīng)用數(shù)值水池技術(shù)可以大量減少模型試驗(yàn)的次數(shù)，顯著增強(qiáng)快速反應(yīng)能力，最大 限度地降低研究設(shè)計(jì)成本，大幅提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，這必將引領(lǐng)船舶與海洋工程研究設(shè)計(jì) 的跨越發(fā)展。因此，數(shù)值水池技術(shù)是一種又好又快的先進(jìn)技術(shù)，在船舶與海洋工程設(shè) 計(jì)、新型船舶與海洋工程開(kāi)發(fā)以及綠色船舶與海洋工程創(chuàng)新中有著廣泛的應(yīng)用前景。國(guó)外先進(jìn)造船國(guó)家都在大力發(fā)展數(shù)值水池技術(shù)

5、，典型的如美國(guó)研究推出的虛擬試 驗(yàn)技術(shù)，歐盟研發(fā)的虛擬數(shù)值水池技術(shù)（VIRTUE。2004年由德國(guó)漢堡水池（HSVA 牽頭、荷蘭水池（MARIN、瑞典水池（SSPA等7個(gè)歐洲最主要的船舶科技發(fā)達(dá)國(guó) 家的23家研究機(jī)構(gòu)聯(lián)合發(fā)起了虛擬水池 VIRTUE（The Virtual Tank Utility in Europe）計(jì)劃，獲得了歐盟1500萬(wàn)歐元的資助，已于2005年1月1日正式開(kāi)始實(shí) 施。VIRTUE由5大技術(shù)工作模塊構(gòu)成：虛擬拖曳水池、虛擬耐波性水池、虛擬操縱性 水池、虛擬空泡水筒、綜合集成平臺(tái)。該計(jì)劃擬用四年時(shí)間，在歐盟參與成員單位原 有CFD工具的基礎(chǔ)上，合作開(kāi)發(fā)一套綜合集成的船舶水

6、動(dòng)力性能數(shù)值水池平臺(tái)，極大地提高歐洲的先進(jìn)船舶設(shè)計(jì)競(jìng)爭(zhēng)力，增強(qiáng)歐洲水動(dòng)力學(xué)服務(wù)供應(yīng)機(jī)構(gòu)提供服務(wù)的范圍和質(zhì)量以及其研發(fā)能力，以與亞洲強(qiáng)大的先進(jìn)船舶制造能力相抗衡。歐盟的VIRTUE計(jì)劃，可以說(shuō)是國(guó)際上首次提出的、全面而又系統(tǒng)的船模數(shù)值水池策略架構(gòu)，具有很 強(qiáng)的學(xué)科指南意義。國(guó)內(nèi)關(guān)于數(shù)值水池尚未進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)的研究，只有零散的實(shí)踐，在技術(shù)基礎(chǔ)上尚有 差距，但也具備了十分可貴的啟動(dòng)條件。面對(duì)我國(guó)船舶工業(yè)的發(fā)展需求，特別是建設(shè) 世界第一造船大國(guó)和造船強(qiáng)國(guó)的目標(biāo)迫切需要我們創(chuàng)新先進(jìn)的研究手段、建立相應(yīng)的 新技術(shù)儲(chǔ)備。傳統(tǒng)的船舶水動(dòng)力性能設(shè)計(jì)，主要依靠物理模型試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)評(píng)估方法， 費(fèi)用高、周期長(zhǎng)，制約了船型創(chuàng)

7、新構(gòu)型和性能精細(xì)預(yù)報(bào)評(píng)估方法的發(fā)展，船模數(shù)值水 池正是滿足這些需求的一項(xiàng)核心基礎(chǔ)技術(shù)。2主要建設(shè)內(nèi)容與建設(shè)目標(biāo)2.1總體框架虛擬試驗(yàn)是指借助于多媒體、仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)在計(jì)算機(jī)上營(yíng)造可輔助、部分 替代甚至全部替代傳統(tǒng)試驗(yàn)各操作環(huán)節(jié)的相關(guān)軟硬件操作環(huán)境，試驗(yàn)者可以像在真實(shí)的環(huán)境中一樣完成各種試驗(yàn)項(xiàng)目，所取得的試驗(yàn)效果等價(jià)于甚至優(yōu)于在真實(shí)環(huán)境中所取得 的效果。虛擬試驗(yàn)，特別是協(xié)同虛擬試驗(yàn)需要建立一個(gè)多學(xué)科建模與協(xié)同仿真的軟硬件平臺(tái)， 虛擬試驗(yàn)環(huán)境技術(shù)的研究重點(diǎn)是如何設(shè)計(jì)合理的架構(gòu)， 使得在虛擬試驗(yàn)環(huán)境中可以方便 地集成不同的虛擬試驗(yàn)分析工具和各專業(yè)虛擬試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，以便進(jìn)行多學(xué)科協(xié)同虛擬試驗(yàn)，并且在虛擬試驗(yàn)環(huán)境上進(jìn)行各類專用虛擬試驗(yàn)環(huán)境的二次開(kāi)發(fā)。虛擬試驗(yàn)環(huán)境可采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思路，使平臺(tái)具有更好的可擴(kuò)展性。本虛擬試驗(yàn)環(huán)境將定制專業(yè)界面，集成已有工程算法或自行開(kāi)發(fā)的分析工具， 融入 用