[發明專利]一種帆船速度預測方法

有效

• 申請號: 202310114482.2
• 申請日: 2023-02-13
• 公開（公告）號: CN116227175B
• 公開（公告）日: 2023-08-25
• 發明（設計）人: 鄧銳;劉海龍;王士剛;任航;于祥;莫瀟越;黃思翀;羅富強;吳鐵成
• 申請（專利權）人: 中山大學;南方海洋科學與工程廣東省實驗室（珠海）
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/15;G06F17/12;B63B71/10;G06F119/14;G06F111/10
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 李偉賢

1.一種帆船速度預測方法，其特征在于，包括：

根據帆船模型獲取帆船參數，設置所述帆船航行時的預設風況；

根據所述帆船參數和所述預設風況，利用數值計算軟件分別計算所述帆船的風帆受力、船舶阻力、船舵受力、船體受力及穩向板受力；

所述風帆包括前帆和主帆，利用數值計算軟件計算所述帆船的風帆受力包括：

數值計算軟件利用計算所述帆船的前帆受力，利用計算所述帆船的主帆受力；

其中，F_f1為前帆受力；F_f2為主帆受力；C_S為形狀系數；ρ₁為空氣密度；A₁為前帆的面積，單位為m²；A₂為主帆面積，單位為m²；V為風速，單位為m/s；V_s為帆船速度，單位為m/s；α為航向角，θ為帆轉角；

利用數值計算軟件計算所述帆船的船舶阻力包括：

數值計算軟件利用計算所述帆船的船舶阻力；

其中，x₁、x₂、x₃為常系數；x₄為常數；

所述船舵包括左舵和右舵，利用數值計算軟件計算所述帆船的船舵受力包括：

數值計算軟件利用計算所述帆船的左舵受力、右舵受力；

其中，F_d1、F_d2分別為帆船的左舵受力、右舵受力；C_d為阻力系數；ρ₂為海水密度；A_d為單個舵葉面積，單位為m²；為舵角；

所述船體包括左船體和右船體，利用數值計算軟件計算所述帆船的船體受力包括：

數值計算軟件利用計算所述帆船的左船體受力、右船體受力；

其中，F_c1、F_c2分別為帆船的左船體受力、右船體受力；A_c為水線以下船體側投影面積，單位為m²；

所述穩向板包括左穩向板和右穩向板，利用數值計算軟件計算所述帆船的穩向板受力包括：

數值計算軟件利用計算所述帆船的左穩向板、右穩向板受力；

其中，F_w1、F_w2分別為帆船的左穩向板受力、右穩向板受力；A_w為單個穩向板側投影面積，單位為m²；

根據所述風帆受力、所述船舶阻力、所述船舵受力、所述船體受力及所述穩向板受力對所述帆船進行受力分析，建立所述帆船保持穩定姿態航行時的平衡方程組，所述平衡方程組包括力矩平衡方程、縱向受力平衡方程和橫向受力平衡方程；

所述平衡方程組包括：

帆轉角大于預設角度時的第一平衡方程組和帆轉角小于預設角度時的第二平衡方程組，所述預設角度為帆船的前帆力矩方向發生變化時的帆轉角角度；

其中，所述第一平衡方程組包括第一力矩平衡方程、第一縱向受力平衡方程和第一橫向受力平衡方程，所述第二平衡方程組包括第二力矩平衡方程、第二縱向受力平衡方程和第二橫向受力平衡方程；

所述第一力矩平衡方程為：

所述第一縱向受力平衡方程為：

所述第一橫向受力平衡方程為：

其中，a₂為主帆壓力中心與桅桿支點在甲板上的投影距離，單位為m；b₂為桅桿支點與重心在甲板上的投影距離，單位為m；a₃為左舵旋轉支點與壓力中心在甲板上的投影距離，單位為m；b₃為左舵旋轉支點與重心在甲板上的投影距離，單位為m；L₅、L₆均為水面以下船體受力中心與重心投影距離，單位為m；

所述第二力矩平衡方程為：

所述第二縱向受力平衡方程為：

所述第二橫向受力平衡方程為：

利用數值計算軟件求解所述平衡方程組，得到所述帆船在所述預設風況下航行時的預測速度、預測舵角和預測航向角。

2.根據權利要求1所述的帆船速度預測方法，其特征在于，所述預設角度為57.9°。