[发明专利]一种游艇模拟器中游艇运动数学模型的阻力通用计算方法

说明书

本发明公开了一种游艇模拟器中游艇运动数学模型的阻力通用计算方法，包括以下步骤：读取游艇型线数据并简化游艇几何模型；划分游艇运动体积傅汝德数区间；游艇阻力计算；阻力计算与游艇模拟器结合。本发明将游艇几何模型做棱柱形艇型简化，降低了游艇几何模型的数学表达难度，从而减小了游艇阻力建模的难度和计算的复杂度，为游艇阻力的建模和实时计算提供了方便。本发明通过划分游艇运动状态的方法分段求解游艇阻力，解决了模拟器中现有阻力算法对游艇滑行航行阶段阻力计算不准确的问题和平板滑行理论在游艇排水航行阶段不适用的问题，能够较好应用于工程应用，且满足现阶段游艇模拟器实对游艇运动数学模型阻力计算精度的要求。

技术领域

本发明涉及游艇模拟器，特别涉及一种游艇模拟器中游艇运动数学模型的阻力通用计算方法。

背景技术

随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，游艇逐渐走入人们休闲娱乐的视野，游艇产业也随之迅速兴起。随着游艇数量的增加，游艇驾驶人员的需求也越来越大，海事局对游艇驾驶人员的从业资格认证也愈加严格。此外，由于海上环境的复杂性与危险性，游艇驾驶人员需具备扎实的业务水平与随机应变的处置能力。在此背景下加强游艇驾驶人员的培训尤为重要。从事游艇驾驶培训的机构大多采用实艇培训的方法训练驾驶员，该方法存在经费成本高、训练效率低、过程风险大等问题，而采用模拟器进行培训可有效解决上述问题。

游艇运动数学模型是游艇模拟器的关键技术，而游艇的阻力计算是游艇运动数学模型的重要内容之一。与常规船舶不同，游艇的阻力具有以下特点：船舶低速航行时，游艇所受阻力比普通排水型船舶稍高，二者阻力的形成因素相同，阻力变化趋势相似，随船速的增加而增大。当船舶进入高速时，普通排水型船舶阻力成因不变，阻力仍随船速增加而增大，游艇在高速时进入滑行状态后，阻力构成发生变化，其浮力忽略不计，船舶重力由水动升力提供，船舶阻力趋于稳定，随航速增加几乎不发生变化。如何高效、准确的计算游艇阻力是一个十分具有挑战性的课题。

游艇阻力预报多采用系列滑行艇模型试验资料进行估算，较为常见的系列模型包含：系列62(美国系列62和荷兰系列62)、系列65和美国海军学院系列等。随后有模型试验法和半经验半理论方法进行阻力预报，前者使用船模在试验水池中进行一系列试验的方法进行阻力预报，后者采用棱柱形滑行平板理论结合经验修正的方法进行阻力预报。试验水池方法计算所得阻力最为准确，但是该方法存在成本高，普适性差的问题，建造水池和船模需要巨大财力物力，每一船模只能针对某一特定的游艇，对形状不同的游艇并不适用。半经验半理论方法基于一定的理论基础，且普适性较高，但该方法计算精度受游艇船速影响较大，排水阶段游艇阻力计算误差较大。目前，由于计算机性能的迅猛提升和理论计算的飞速进步，计算流体力学方法成为游艇阻力预报的主要方法，国内外专家学者基于粘性流或势流理论对游艇阻力进行了大量研究。该方法计算精度高，试验成本小，但存在对计算设备性能要求较高，计算过程较为耗时的问题，在工程应用方面较为薄弱。游艇模拟器是一套面向大众的实时计算仿真程序，对算法的效率以及算法的计算成本有着非常高的要求，因此需要提出一种高效、经济、准确、普适性强的阻力算法用于游艇运动数学模型仿真。

本发明的参考文献如下：

1、朱珉虎，游艇概论，上海交通大学出版社，2012:20-25。

2、董文才、郭日修，滑行艇阻力研究进展[J]，船舶力学，2000(4):68-81。

3、De Jong P，Seakeeping Behaviour ofHigh Speed Ships:An Experimentaland Numerical Study(Ph.D.diss.).DelftUniversity ofTechnology，2011。