申请/专利权人：中山大学;南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海)

申请日：2023-02-13

公开（公告）日：2023-08-25

公开（公告）号：CN116227175B

主分类号：G06F30/20

分类号：G06F30/20;G06F30/15;G06F17/12;B63B71/10;G06F119/14;G06F111/10

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.08.25#授权;2023.06.23#实质审查的生效;2023.06.06#公开

摘要：本发明公开了一种帆船速度预测方法，包括：根据帆船模型获取帆船参数，设置帆船航行时的预设风况；根据帆船参数和预设风况，利用数值计算软件分别计算帆船的风帆受力、船舶阻力、船舵受力、船体受力及稳向板受力；根据风帆受力、船舶阻力、船舵受力、船体受力及稳向板受力对帆船进行受力分析，建立帆船保持稳定姿态航行时的平衡方程组，平衡方程组包括纵向受力平衡方程、横向受力平衡方程和力矩平衡方程；利用数值计算软件求解平衡方程组，得到帆船在设风况下航行时的预测速度、预测舵角和预测航向角。本发明能在预设风况条件下，预测帆船在不同帆转角条件下的航向、航速和舵角，便于风帆操纵和自动控制。

主权项：1.一种帆船速度预测方法，其特征在于，包括：根据帆船模型获取帆船参数，设置所述帆船航行时的预设风况；根据所述帆船参数和所述预设风况，利用数值计算软件分别计算所述帆船的风帆受力、船舶阻力、船舵受力、船体受力及稳向板受力；所述风帆包括前帆和主帆，利用数值计算软件计算所述帆船的风帆受力包括：数值计算软件利用计算所述帆船的前帆受力，利用计算所述帆船的主帆受力；其中，Ff1为前帆受力；Ff2为主帆受力；CS为形状系数；ρ1为空气密度；A1为前帆的面积，单位为m2；A2为主帆面积，单位为m2；V为风速，单位为ms；Vs为帆船速度，单位为ms；α为航向角，θ为帆转角；利用数值计算软件计算所述帆船的船舶阻力包括：数值计算软件利用计算所述帆船的船舶阻力；其中，x1、x2、x3为常系数；x4为常数；所述船舵包括左舵和右舵，利用数值计算软件计算所述帆船的船舵受力包括：数值计算软件利用计算所述帆船的左舵受力、右舵受力；其中，Fd1、Fd2分别为帆船的左舵受力、右舵受力；Cd为阻力系数；ρ2为海水密度；Ad为单个舵叶面积，单位为m2；为舵角；所述船体包括左船体和右船体，利用数值计算软件计算所述帆船的船体受力包括：数值计算软件利用计算所述帆船的左船体受力、右船体受力；其中，Fc1、Fc2分别为帆船的左船体受力、右船体受力；Ac为水线以下船体侧投影面积，单位为m2；所述稳向板包括左稳向板和右稳向板，利用数值计算软件计算所述帆船的稳向板受力包括：数值计算软件利用计算所述帆船的左稳向板、右稳向板受力；其中，Fw1、Fw2分别为帆船的左稳向板受力、右稳向板受力；Aw为单个稳向板侧投影面积，单位为m2；根据所述风帆受力、所述船舶阻力、所述船舵受力、所述船体受力及所述稳向板受力对所述帆船进行受力分析，建立所述帆船保持稳定姿态航行时的平衡方程组，所述平衡方程组包括力矩平衡方程、纵向受力平衡方程和横向受力平衡方程；所述平衡方程组包括：帆转角大于预设角度时的第一平衡方程组和帆转角小于预设角度时的第二平衡方程组，所述预设角度为帆船的前帆力矩方向发生变化时的帆转角角度；其中，所述第一平衡方程组包括第一力矩平衡方程、第一纵向受力平衡方程和第一横向受力平衡方程，所述第二平衡方程组包括第二力矩平衡方程、第二纵向受力平衡方程和第二横向受力平衡方程；所述第一力矩平衡方程为： 所述第一纵向受力平衡方程为： 所述第一横向受力平衡方程为： 其中，a2为主帆压力中心与桅杆支点在甲板上的投影距离，单位为m；b2为桅杆支点与重心在甲板上的投影距离，单位为m；a3为左舵旋转支点与压力中心在甲板上的投影距离，单位为m；b3为左舵旋转支点与重心在甲板上的投影距离，单位为m；L5、L6均为水面以下船体受力中心与重心投影距离，单位为m；所述第二力矩平衡方程为： 所述第二纵向受力平衡方程为： 所述第二横向受力平衡方程为： 利用数值计算软件求解所述平衡方程组，得到所述帆船在所述预设风况下航行时的预测速度、预测舵角和预测航向角。

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权利要求：

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