[发明专利]一种帆船速度预测方法

权利要求书

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，F_f1为前帆受力；F_f2为主帆受力；C_S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m/s；V_s为帆船速度，单位为m/s；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，F_d1、F_d2分别为帆船的左舵受力、右舵受力；C_d为阻力系数；ρ₂为海水密度；A_d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，F_c1、F_c2分别为帆船的左船体受力、右船体受力；A_c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，F_w1、F_w2分别为帆船的左稳向板受力、右稳向板受力；A_w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。

2.根据权利要求1所述的帆船速度预测方法，其特征在于，所述预设角度为57.9°。