一种时间序列分段的船模阻力试验数据评估方法

技术领域

本发明涉及船舶水动力试验领域，具体涉及一种时间序列分段的船模阻力试验数据评估方法。

背景技术

船舶水动力试验技术是航运业和造船业发展必要的技术基础，对于船舶性能的技术变革和节能减排战略的实施具有重要意义。国际海事组织(IMO)和国际拖曳水池会议(ITTC)均将船舶水动力试验技术作为船舶设计及性能评估过程中必不可少的一环，要求大洋船舶在设计阶段必须经过水池试验验证，并建议研究机构对水动力技术进行不确定度分析(Uncertainty Analysis)。

水池试验的验证结果用以判定当前所设计船舶的性能，对于船模水池试验而言，船模阻力试验是评估船型性能的第一步，其目的是从船型的角度上评估当前设计船型在不同装载状态时的阻力性能，因此水池试验结果的精确程度对船舶性能的预报产生直接的影响，这意味着船模阻力试验的结果要尽可能的准确，结果的重复性要尽可能的稳定。

根据ITTC规程(7.5-02-02-01,Resistance Tests)，在获取船模阻力试验过程中，常用的方法是通过尽可能延长采样时间，通过时间序列平均的方法来获取船模阻力试验结果。尽管ITTC等组织对于水池试验方法有明确的规定，但这种规定并没有包括具体采样时间的长短，所以目前都是通过人工的方式截取一段时间序列的采样值，将这段时间序列的采样值的均值作为测试结果输出，时间序列的长短较大依赖于测试人员的经验，这导致试验结果在一定程度上存在人为因素影响，且较大依赖于测试人员的经验，难以对数据进行评价，并且该种方法忽略了船模在前进过程中受力的周期性，船模在测试过程中，存在明显的周期性，采用人工截取时间序列做平均的方法会掩盖船模阻力试验采样信号的周期性，导致单次结果的随机性被放大，无法量化输出结果的客观性；而通过多次重复性试验得到的数据可以提高试验数据的可信度，方便对数据进行评价，但是会导致试验成本上的大大提高；因此，在控制成本的基础上，即单次船模阻力试验的情况下，一种对其数据进行客观评估的方法亟待提出。

发明内容

为解决目前单次船模阻力试验数据结果难以客观评价的问题，本发明提出了一种时间序列分段的船模阻力试验数据评估方法，是一种考虑了船模在行进过程中的周期性，从而使用时间序列分段的分段分析方法来评价单次船模阻力试验数据的方法。该方法能够消除船模阻力试验中人为因素的影响，使得单次船模阻力试验的判定结果更加可靠。

本发明的技术方案如下：

一种时间序列分段的船模阻力试验数据评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、采集单次船模阻力试验过程中的一段有限时间序列的各个时间点的船模阻力试验数据，并计算求得所述有限时间序列的各个时间点的船模阻力试验数据平均值即阻力平均值R

S2、以船模阻力值为纵坐标，所述有限时间序列为横坐标建立坐标系，以所述阻力平均值R

S3、在T

S4、对A

S5、设定船模阻力数据的A类不确定度的参考值为U

S6、若U

优选地，所述S1步骤中的有限时间序列是船模阻力试验数据已达到稳定的时间序列，允许对所述船模阻力试验数据首先进行稳态判断来判断所述船模阻力试验数据已达到稳定。

优选地，其特征在于，所述S3步骤中用于计算时间序列区间的区间阻力平均值的起始时间点T

优选地，其特征在于，所述S5步骤中船模阻力数据的A类不确定度的参考值U

本发明的有益效果为：

本发明提出一种时间序列分段的船模阻力试验数据评估方法，是一种考虑了船模在行进过程中的周期性，从而使用时间序列分段即对一段有限时间序列的时间进行分段，来分析不同时间段阻力差异状况，以评价单次船模阻力试验数据的方法。本发明方法首先对单次船模阻力试验数据在有限时间序列进行采集，并计算求得所述有限时间序列阻力平均值R

本发明方法从单次船模阻力试验数据出发进行处理与评价，得到了一套置信度高的船模阻力数据，整体方法还避免了现有技术中人为主观因素对最后结果数据的影响，客观性强且极具可操作性，理论上可以适用于任意船型的单次试验数据，综合解决了目前单次船模阻力试验数据取平均值的方法可靠性差，多次重复性船模阻力试验成本高的问题。

附图说明

图1是本发明方法的整体流程图

图2是传统船模阻力实验方法流程图

图3是某船模阻力试验阻力数据原始采样结果及均值计算图

图4是某船模阻力试验结果的快速傅里叶变换图

图5是某船模阻力试验阻力数据分段示意图

图6是模船模阻力试验不同周期段平均阻力数据图

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行说明。

本发明涉及一种时间序列分段的船模阻力试验数据评估方法，该方法的整体流程图如图1所示，包括以下步骤：

一种时间序列分段的船模阻力试验数据评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、采集单次试验过程中的一段有限时间序列的各个时间点的船模阻力试验数据，并计算求得所述有限时间序列的各个时间点的船模阻力试验数据平均值即阻力平均值R

S2、以船模阻力值为纵坐标，所述有限时间序列为横坐标建立坐标系，以所述阻力平均值R

S3、在T

S4、对A

S5、设定船模阻力数据的A类不确定度的参考值为U

S6、若U

优选地，所述S1步骤中的有限时间序列是船模阻力试验数据已达到稳定的时间序列，允许对所述船模阻力试验数据首先进行稳态判断来判断所述船模阻力试验数据已达到稳定。

优选地，其特征在于，所述S3步骤中用于计算时间序列区间的区间阻力平均值的起始时间点T

优选地，其特征在于，所述S5步骤中船模阻力数据的A类不确定度的参考值U

根据ITTC规程(7.5-02-02-01,Resistance Tests)，在获取船模阻力试验过程中，常用的方法如图2所示，是通过尽可能延长采样时间，通过时间序列平均的方法来获取船模阻力试验结果。即在船模测试进入平稳的运行状态之后，选取一段时间内的时间序列作为试验采集结果，以此采集结果的均值为测试输出结果。

但这种方法主要缺点有三方面：

1)时间序列的长短依靠人为判断，通过人工的方式截取一段时间序列的采样值，将这段时间序列的采样值的均值作为测试结果输出，这种方式会导致测试结果受到人为因素影响较大，且较大依赖于测试人员的经验；

2)忽略了船模在前进过程中受力的周期性，影响数据的可靠性：

如图3所示，船模在测试过程中，存在明显的周期性，采用人工截取时间序列做平均的方法会掩盖船模阻力试验采样信号的周期性。

如图4所示，以某次阻力试验结果的快速傅里叶变换，可看出时间序列具有明显的低频特性，并且主要集中在5HZ以下的低频。即船模阻力信号采样所得是包含不同频率的以低频为主的信号。

3)单次结果的随机性被放大，无法量化输出结果的客观性。

针对以上问题，本发明方法首先对单次船模阻力试验数据在有限时间序列进行采集，并计算求得所述有限时间序列阻力平均值R

以某模型阻力试验为例来说明本发明方法，通过模型试验测试得到船模阻力试验稳定段的测试结果时间序列，

1)计算得到均值为R

2)得到均值R

3)时间序列从T

4)所得到的有效结果为从A

5)对A

6)设定不确定度的基准参考值U

7)比较U

本发明方法从单次船模阻力试验数据出发进行处理与评价，得到了一套置信度高船模阻力数据，整体方法还避免了现有技术中人为主观因素对最后结果数据的影响，客观性强且极具可操作性，理论上可以适用于任意船型的单次试验数据，综合解决了目前单次船模阻力试验数据取平均值的方法可靠性差，多次船模阻力试验成本高的问题。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。