[發(fā)明專利]一種基于無人帆船風帆攻角確定最大航速的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010969127.X
• 申請日: 2020-09-15
• 公開（公告）號: CN113408097B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃朝明;王迪;劉如磊;閆獻廷;黃順;劉榮豪;安云圣
• 申請（專利權(quán)）人: 大連海事大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/28;G06T17/00;B63H9/04;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 大連至誠專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21242
• 代理人: 楊威;楊爽

1.一種基于無人帆船風帆攻角確定最大航速的方法，其特征在于，包括：

設(shè)定目標帆船、所述目標帆船的參數(shù)；根據(jù)所述目標帆船的參數(shù)建立所述目標帆船的帆船模型；

設(shè)定不同的風帆攻角，并根據(jù)所述目標帆船的參數(shù)得到不同的升力系數(shù)與阻力系數(shù)；根據(jù)所述不同升力系數(shù)與阻力系數(shù)，計算得到不同所述風帆攻角下的升力與阻力；

根據(jù)設(shè)定的絕對風速和相對風向角得到相對風速；將所述相對風速及所述升力、阻力、升力系數(shù)、阻力系數(shù)輸入所述帆船模型，計算得到助推力、側(cè)推力及助推力系數(shù)、側(cè)推力系數(shù)；

選取所述助推力系數(shù)大于零所對應(yīng)的相對風向角區(qū)間，作為所述目標帆船的航行區(qū)范圍；在所述航行區(qū)范圍內(nèi)設(shè)定期望航向，建立舵受力模型并設(shè)定舵角，使帆船保持在所述期望航向上；

建立所述目標帆船的運動模型和運動坐標系；將所述絕對風速、相對風向角、期望航向、助推力及側(cè)推力輸入所述運動模型，獲得所述目標帆船的航速、舵角及漂角；

選取在所述期望航向上，通過所述運動模型獲取的所述目標帆船的最大航速所對應(yīng)的所述風帆攻角。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無人帆船風帆攻角確定最大航速的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述不同升力系數(shù)與阻力系數(shù)，計算得到不同所述風帆攻角下的升力與阻力，包括：

計算不同所述風帆攻角下的升力F_L與阻力F_D的表達式為：

式中，ρ_a為空氣密度；S_W為風帆的側(cè)向投影面積；V_a為相對風速；C_L為升力系數(shù)；C_D為阻力系數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于無人帆船風帆攻角確定最大航速的方法，其特征在于，所述將所述相對風速及所述升力、阻力、升力系數(shù)、阻力系數(shù)輸入所述帆船模型，計算得到助推力、側(cè)推力及助推力系數(shù)、側(cè)推力系數(shù)，包括：

設(shè)定船首指向為x，右舷指向為y，將風帆升力F_L與阻力F_D進行分解，得到沿著船舶航向的助推力X_W和垂直于船舶航向的側(cè)推力Y_W，計算表達式為：

將風帆升力系數(shù)C_L和阻力系數(shù)C_D進行分解，得到沿著船舶航向的助推力系數(shù)C_X和垂直于船舶航向的側(cè)推力系數(shù)C_Y，計算表達式為：

式中，θ為相對風向角。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于無人帆船風帆攻角確定最大航速的方法，其特征在于，所述建立舵受力模型，包括：

所述舵受力模型的表達式為：

式中，δ為舵角；α_R為舵葉的攻角；ρ為海水密度；V_S為航速；L_R為舵長；D_R為舵寬；C_Xδ、C_Yδ、C_Nδ分別為舵葉助推力系數(shù)、側(cè)推力系數(shù)和轉(zhuǎn)向力矩系數(shù)，X_R、Y_R、N_R分別為為船舵助推力、船舵?zhèn)韧屏痛孓D(zhuǎn)首力矩。