[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

本發明公開了一種帆船速度預測方法，包括：根據帆船模型獲取帆船參數，設置帆船航行時的預設風況；根據帆船參數和預設風況，利用數值計算軟件分別計算帆船的風帆受力、船舶阻力、船舵受力、船體受力及穩向板受力；根據風帆受力、船舶阻力、船舵受力、船體受力及穩向板受力對帆船進行受力分析，建立帆船保持穩定姿態航行時的平衡方程組，平衡方程組包括縱向受力平衡方程、橫向受力平衡方程和力矩平衡方程；利用數值計算軟件求解平衡方程組，得到帆船在設風況下航行時的預測速度、預測舵角和預測航向角。本發明能在預設風況條件下，預測帆船在不同帆轉角條件下的航向、航速和舵角，便于風帆操縱和自動控制。

技術領域

本發明涉及船舶航行技術領域，尤其是涉及一種帆船速度預測方法。

背景技術

帆船具有遠海作業、實時數據傳輸功能、低營運成本的優勢，帆船的航行速度是指單位時間內帆船相對于海底所航行的距離，它影響著帆船的運輸周期、營運成本以及航運競爭能力，是運輸船舶的重要技術指標。

現有技術中通常根據帆船的位置、類別、航行軌跡等參數計算得到帆船的航行速度，但帆船設計通常是基于經驗公式，在帆船設計之初不能得到帆船的速度、舵角和航向角與風速和風向的關系，對于帆船動力特性沒有清晰的結果。對于帆船的動力性能評估，特別是帆船速度預測，現有技術中缺少有效的評估和預測方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種帆船速度預測方法，以解決現有技術中在帆船設計之初不能科學有效地預測帆船速度的技術問題。

本發明的目的，可以通過如下技術方案實現：

一種帆船速度預測方法，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；

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；

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。

可選地，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。

可選地，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；V_s為船速，單位為m/s。

可選地，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；