实海域大尺度船模快速性试验的不确定度分析

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随着当前民用船舶和军用舰艇逐渐向着大型化发展,传统的船模试验技术在预报实船性能上的问题越来越明显。为此,国内外一些研究机构相继提出了利用实际的风浪环境开展大尺度的船模试验的技术。然而,由于此类试验技术还处在探索阶段,极少能有数据作对比研究,所以如何评定试验方案的可靠性、验证试验数据的有效性等,均是需要研究的问题。基于这些内容,本文参考基于泰勒级数法(TSM)的ITTC规程和蒙特卡洛法(MCM)对实海域大尺度船模快速性试验的不确定度进行了评估分析。本文的主要研究工作可以分为以下几个方面:
  (1)通过对实海域大尺度船模快速性试验的实施方法的详细说明,分别讨论了本次船模阻力和自航试验中的不确定度来源。从船模试验的环境、试验系统和相应的试验流程这几个角度分析影响试验准确性的诸多因素,为试验不确定度的评估提供方向。
  (2)针对大尺度船模阻力试验的不确定度展开研究,分别参考基于AIAA(American Institute of Aeronautics and Astronautics)和GUM(Guide to the expression of uncertainty in measurement)规范的ITTC新旧两种规程对其进行评定。根据总阻力系数的组成形式,分别得到了阻力、速度、湿表面积以及海水密度对试验测量结果的影响,对比了两种方法对本次试验评估结果的差异。
  (3)为验证GUM法对本次大尺度阻力试验不确定度评估的可靠性,引入了统计学中的蒙特卡洛法对其进行验证。首先通过频数分布图说明了GUM法可能存在的问题,然后通过自编程序在商用计算软件MATLAB中进行了数值模拟,对比了两者的包含区间和获得的不确定度结果。
  (4)采用蒙特卡洛法对实海域大尺度船模自航试验的不确定度进行了模拟计算,主要讨论了环境中各种因素对阻力修正的影响。并在最后通过对船模推进效率的计算,分析了自航试验中各部分不确定度分量的占比。
  (5)根据不确定度的分析结果,对比各种不确定度来源的影响大小,对实海域快速性试验提出了一些改进意见。
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