[發(fā)明專利]一種游艇模擬器中游艇海豚運(yùn)動實(shí)時仿真方法

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• 申請日: 2020-03-16
• 公開（公告）號: CN111210692A
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 尹勇;李笑晨;孫霄峰;張秀鳳;神和龍;任俊生;劉秀文;劉春雷;朱忠顯;錢小斌
• 申請（專利權(quán)）人: 大連海事大學(xué);大連海大智龍科技有限公司
• 主分類號: G09B9/06
• 分類號: G09B9/06
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 李洪福

本發(fā)明公開了一種游艇模擬器中游艇海豚運(yùn)動實(shí)時仿真方法，包括以下步驟：讀取游艇設(shè)計參數(shù)；計算游艇靜水中定常運(yùn)動狀態(tài)；計算游艇垂蕩和縱搖兩個自由度運(yùn)動的水動力系數(shù)；基于Routh?Hurwitz線性穩(wěn)定性判據(jù)判斷游艇海豚運(yùn)動發(fā)生的邊界條件；采用人工干預(yù)法激勵游艇海豚運(yùn)動的發(fā)生。本發(fā)明從游艇高速運(yùn)動的本質(zhì)出發(fā)，基于平板滑行理論對游艇受力進(jìn)行分析，基于高頻自由液面假設(shè)對游艇高速運(yùn)動狀態(tài)下的垂蕩和縱搖各水動力系數(shù)進(jìn)行求解，將解算出游艇各水動力系數(shù)傳入游艇模擬器系統(tǒng)可解算出游艇實(shí)時運(yùn)動姿態(tài)，同時配合游艇模擬器視景，最終驅(qū)動游艇模擬器運(yùn)行，既滿足了游艇模擬器仿真實(shí)時性的要求，也滿足了游艇模擬器精度的要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及游艇模擬器，特別涉及一種游艇模擬器中游艇海豚運(yùn)動實(shí)時仿真方法。

背景技術(shù)

游艇是一種驚險刺激的水上休閑娛樂項目，目前已逐步走入人們的視野。但是游艇項目因為其費(fèi)用仍較為高昂且游艇從業(yè)者較為稀缺，該項目并沒有達(dá)到大眾普及的程度。游艇模擬器是一種模擬游艇水上運(yùn)動的仿真設(shè)備。從消費(fèi)者角度考慮，該設(shè)備可以降低游艇體驗成本，無需登上實(shí)艇甚至無需到達(dá)海邊即可體驗全方位的游艇感受；從游艇從業(yè)者考慮，該設(shè)備可以降低游艇駕駛員培訓(xùn)成本與風(fēng)險，游艇駕駛員在模擬器上進(jìn)行充分訓(xùn)練后，再進(jìn)行實(shí)船訓(xùn)練及考證。

海豚運(yùn)動是游艇在靜水中，處于一定航速下發(fā)生的一種周期性、有界性、垂直平面內(nèi)的運(yùn)動，劇烈的海豚運(yùn)動會導(dǎo)致船舶越出水面，然后撞入水中，該運(yùn)動理論上會損害船體結(jié)構(gòu)，但在游艇實(shí)際航行過程中，這種顛簸的運(yùn)動是游艇體驗樂趣非常重要的一部分，因此非常具有研究意義。這類不穩(wěn)定性運(yùn)動發(fā)生在靜水中，并無激勵存在，海豚運(yùn)動的產(chǎn)生與船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計和船速有關(guān)，存在一定的發(fā)生閾值。線性穩(wěn)定性分析可揭示這類不穩(wěn)定行為可能發(fā)生的條件。

目前游艇海豚運(yùn)動的研究成果中，相關(guān)學(xué)者大多采用的是基于模型實(shí)驗的實(shí)驗流體力學(xué)方法和基于計算流體力學(xué)的二維、二維半、三維方法。實(shí)驗流體力學(xué)對試驗場地要求很高，要求擁有實(shí)驗水池、拖曳設(shè)備和實(shí)船模型，該方法對于理論研究有著巨大的意義，需要消耗大量的人力物力資源。而計算流體力學(xué)是對游艇幾何模型表面進(jìn)行剖分，計算每一個微分單元上的受力，然后進(jìn)行求和從而得到船體上所受合力，該方法計算量非常大，通常使用高性能服務(wù)器或者超級計算機(jī)進(jìn)行計算，計算前期需要大量準(zhǔn)備工作且計算過程非常耗時。上述兩種方法對于理論研究具有巨大意義，但是對于以工程應(yīng)用為目的，需要嚴(yán)格實(shí)時計算并控制生產(chǎn)成本的游艇模擬器并不合適，因此提出一種能夠應(yīng)用于游艇模擬器的可以仿真游艇海豚運(yùn)動的實(shí)時算法非常有必要。

上述技術(shù)的參考文如下：

[1]朱珉虎.游艇概論[M].上海:上海交通大學(xué)出版社,2012:20-25。

[2]Faltinsen O M.Hydrodynamics of high-speed marine vehicles[M].Cambridge university press.2006.342-389。

[3]林焰,何靖儀.基于支持向量機(jī)的高速滑行艇航態(tài)優(yōu)化[J].船海工程,2019,48(04):1-7。

[4]申云磊,高霄鵬,羅富強(qiáng).滑行艇靜水性能試驗研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(交通科學(xué)與工程版),2019,43(02):337-340。

[5]凌宏杰,王志東.高速滑行艇“海豚運(yùn)動”現(xiàn)象的實(shí)時數(shù)值預(yù)報方法[J].上海交通大學(xué)學(xué)報,2014,48(01):106-110。

[6]朱鑫,段文洋,倪陽,馬山.基于二維砰擊模型的滑行艇水動力求解及應(yīng)用[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2013,41(08):111-115。

[7]李笑晨,尹勇.基于改進(jìn)Savitsky方法的靜水游艇快速仿真(英文)[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報,2019,31(11):2264-2274。