[发明专利]一种帆船速度预测方法

说明书

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。

技术领域

本发明涉及船舶航行技术领域，尤其是涉及一种帆船速度预测方法。

背景技术

帆船具有远海作业、实时数据传输功能、低营运成本的优势，帆船的航行速度是指单位时间内帆船相对于海底所航行的距离，它影响着帆船的运输周期、营运成本以及航运竞争能力，是运输船舶的重要技术指标。

现有技术中通常根据帆船的位置、类别、航行轨迹等参数计算得到帆船的航行速度，但帆船设计通常是基于经验公式，在帆船设计之初不能得到帆船的速度、舵角和航向角与风速和风向的关系，对于帆船动力特性没有清晰的结果。对于帆船的动力性能评估，特别是帆船速度预测，现有技术中缺少有效的评估和预测方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种帆船速度预测方法，以解决现有技术中在帆船设计之初不能科学有效地预测帆船速度的技术问题。

本发明的目的，可以通过如下技术方案实现：

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；

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；

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。

可选地，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。

可选地，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；V_s为船速，单位为m/s。

可选地，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；