1.功能介绍

本产品核心求解器采用基于三维Rankine源的面元法，计算高效，融合了参数设置专家智慧，操作简单易用，满足初步设计阶段船舶操纵性评估需求。

主要功能有：
    船舶斜航、圆周运动虚拟试验；
    回转特征参数预报；
    Z形试验特征参数预报；
    适用于集装箱船、散货船和油船等主力船型；

2.产品特色

本产品核心求解器采用基于三维Rankine源的面元法：
    采用了非线性自由面条件；
    适应三边形和四边形面元；
    不同船型计算稳定性好；

（ 1）核心求解器采用基于三维Rankine源的面元法
       测试结果获得了国际标模KVLCC2、项目组标模等物模试验验证；
       非线性自由面条件；
       适应三边形和四边形面元
       面元网格自动生成功能
       兼容Gambit网格文件。

（2）试验结果分析
       可给出操纵特征参数；
       试验报告自动生成；

3.运行环境和效率

主流PC机上即可运行；Windows操作系统，高性能计算集群上也可运行。 Windows操作系统，采用虚拟化技术，动态分配资源，满足计算所需。 计算速度快，PC机上计算单条船约10分钟。

4.试验精度

测试结果获得了国际标模、项目组标模等物模试验验证。计算结果与国际标模KVLCC2相比，纵距、战术直径和超越角的计算精度分别在11.2%、12.5%和1度以内。

（一）案例一快速自航模虚拟试验-油船

1.1 案例名称

案例试验-快速自航模虚拟试验-油船

1.2 案例描述

试验油船为11.5k阿芙拉油船

1.3 试验结果

① 左回转-纵距、回转直径。
    ② 右回转-纵距、回转直径。
    ③ 左10°z形试验，第一超越角度和第二超越角。
    ④ 右10°z形试验，第一超越角度和第二超越角。
    ⑤ 左20°z形试验，第一超越角度。
    ⑥ 右20°z形试验，第一超越角度。

1.4 重要模型和参数

1.5 部分试验结果展示

回转试验进行了舵35°试验。试验中给出了船舶重心点运动轨迹和回转中的战术直径、定常回转直径、纵距并给予相应的检验。

10°/10°和20°/20°z形试验的试验结果。

（二）案例二-快速自航模虚拟试验-散货船

1.1 案例名称

案例试验-快速自航模虚拟试验-散货船

1.2 案例描述

试验散货船为育鹏轮

1.3 试验结果

① 左回转-纵距、回转直径。
    ② 右回转-纵距、回转直径。
    ③ 左10°z形试验，第一超越角度和第二超越角。
    ④ 右10°z形试验，第一超越角度和第二超越角。
    ⑤ 左20°z形试验，第一超越角度。
    ⑥ 右20°z形试验，第一超越角度。

1.4 重要模型和参数

用户登录中国数值水池虚拟试验系统后，可完成系统提供的各类虚拟试验。虽然试验在参数、求解器、计算结果等方面区别很大，但总体上来说操作过程基本相同，主要由四个部分组成：1试验创建；2参数录入（前处理）；3计算求解；4结果展示（后处理）。

登录系统后，点击页面左侧导航栏中的“船舶操纵性”，从而进入该试验的管理页面。如下图所示，该页面有关于船舶操纵性预报的主要功能介绍，以及该虚拟试验的相关特色，其下为“我的试验”。

“我的试验”中给出用户做过的试验列表，该列表以时间顺序排序，可以在看到用户做的每一个虚拟试验的概要信息，如试验名称、编号、描述、创建时间、修改时间等内容，用户可在这里对试验进行创建核删除操作。

页面的右侧是船舶操纵性预报的“样例试验”，如下图所示。样例试验是系统提供的已经完成的典型试验，对系统中的所有注册用户开放，可给用户提供一定的参考，从而更好地完成自己的虚拟试验。

点击“样例试验”后，则进入样例试验的详情界面，可以看到样例试验的参数设置、求解器的执行信息及试验的结果。这里，用户可以查看样例的所有信息，但不可以修改。

1.试验创建

系统提供了两种创建虚拟试验的方法，第一种是通过某个虚拟试验为范本来创建虚拟试验。如下图所示，点开某个虚拟试验的详情页面，在这个页面的右侧用红色字体标出的字样“以此创建试验”，则弹出创建新试验的对话框，输入适当的试验名称、编号及描述，点击确定即可完成新试验的创建。

如下图所示，新试验创建后桨自动跳转到该试验的详情页面，可见通过这种方式创建的新试验是样例试验的一个拷贝，其参数与样例试验相同，用户只需按实际情况修改部分参数即可。因此，可将当前虚拟试验看成试验模板，起到初始化设定新试验参数的作用，系统推荐通过这样的方式来创建新的虚拟试验。

第二种创建新试验的方法是创建一个空白试验。如下图所示，通过点击“船舶操纵性预报”中虚拟试验列表上方的“新建”按钮，同样会弹出对话框如下图。填入相应的信息，然后点击确定，即可创建一个新的空白试验。

如下图所示，新空白试验创建后，同样会自动跳转到该虚拟试验的详情页面。可见通过该方法创建的所有虚拟试验都是空白，需要用户手动输入所有的必填参数，方可进行计算，该方法适用于有一定经验的用户。

2. 参数录入

当一个新的虚拟试验创建口，用户需要对其参数进行适当的录入或修改，为确保结果的准确，请确认所录入的参数符合实际情况。一个虚拟试验可大致分为文件型参数、单数值型参数、表格型参数几种类型，介绍一下各种类型参数的录入方式。

2.1 船型参数

在“输入”标签中，点击“船型参数”小标签下方的“修改”按钮，可进入如下图所示页面，可以进行与船型相关参数的设置。按照所提示的信息输入正确的船型参数。其中船舶类型为下来菜单，不需要用户输入，其余参数都需要用户手动输入。

2.2 螺旋桨参数

点击“螺旋桨参数”小标签下方的“修改”按钮，可进入如下图所示页面，可以对螺旋桨相关的参数进行设置，以下所有参数都需要用户手动输入。

3. 计算求解

全部参数正确设置后，可启动求解器进行计算。如下图所示红色方框内，求解器的启动及计算状态展示在整个页面的右下方。

如下图所示，点击“启动计算”按钮，会弹出启动确认对话框，点击确定按钮即可启动计算。

如果用户录入的参数不符合计算条件时，计算将无法启动，并会弹出对话框进行提示，请用户按照提示的要求来填写相关的参数，以确保试验能够正确，顺利的进行。

4 结果展示

当求解器执行结束后，可切换到“输出”标签对应的页面来看本次虚拟试验的结果，试验结果可分为以下几类：

4.1 虚拟试验报告

4.2 曲线类

将船体表面、岸壁表面和围绕船体的部分自由面分别划分成有限个单元（面元），在每一个面元上布置强度相等的Rankine源。若将船体表面、岸壁表面和自由表面分别离散为N B、N W和N F个面元，则流场的扰动速度势等于这些面元上的面源的扰动速度势之和，可得流场中任意一点P(x, y, z)的速度势的离散形式。

将边界面离散成N个面元，并在每个面元上布置等强度的源（汇）之后，应用边界条件，只需在每个面元的配置点上满足边界条件，便可以得到一个决定源强的线性方程组，解之可得到N个未知源强，然后用给出的相关公式计算水动力。由于自由面条件是非线性的，因此先将自由面条件作一阶泰勒展开，得到迭代格式，通过迭代的方式来逐步满足自由面条件，得到近似的非线性解。

自由面边界方程中不仅含有非线性项，而且须在未知的波面上满足，因此须对这些非线性自由面条件作线性化处理，得到迭代格式，然后用迭代的方法逐步满足非线性自由面边界条件。

对于自由面流动问题，除了满足物面条件和自由面条件外，还须满足一定的辐射条件。在采用三维Rankine源面元法的兴波问题数值计算中，非线性问题的辐射条件一般只能通过采用某种数值方法来满足。通常有两种做法：一种是对自由面条件中速度势的导数用上游差分来近似，一种是由Jensen提出的“网格错位”方法，将自由面源层上置一定高度，并将离散的网格相对于相应的配置点沿纵向向后错位一定的距离。这两种数值方法都不会增加待求未知数的个数，且能较好地满足远前方无波的辐射条件。本系统即采用“网格错位”方法满足辐射条件，将自由面源层上置一定的高度，并用点源来代替面元上的源分布，点源相对于相应的配置点向后错位一定距离。