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基于ITTC-57的帆船动力分析与运动仿真研究

王芳  
【摘要】: 帆船运动是一项海上运动项目,在航行时帆和风向之间的夹角,帆和船之间的夹角,风向和风力的大小等都不是固定的,尤其是风向和风力,不仅影响船的航向,而且还直接决定了船的前进速度,并且船的各项参数都和船速有关。因此,如何应对这些复杂因素以提高帆船航行性能和运动员的成绩水平,便成为一项十分有意义的研究课题。 随着计算机信息技术的不断发展,越来越多的学者致力于帆船运动的研究,其研究方向大都侧重于帆船的自动舵、航速、操纵性等。在仿真方面,虽然也陆续有帆船运动仿真方面的文章发表,但大都集中在帆船性能仿真方面,具体到帆船动力和运动的仿真研究,并考虑到帆船的阻力和海水的影响,以直观的方式得到帆船在海上运动的模拟效果,并建立船速和风速之间关系的数据库,目前还没有这方面报道的研究成果。 基于此,本文从帆船运动的力学原理出发,首先推导了帆船船体运动的数学模型、分析了船帆的受力情况、帆船的动力来源以及帆船运动速度的数学模型;然后详细介绍了船舶阻力的一般知识,重点探讨了计算粘性阻力时所用到的摩擦阻力经验公式ITTC-57和船体湿面积的计算方法;接着利用3ds max软件和reactor动力学系统进行建模和仿真,建立了船速与风速之间关系的数据库,通过分析理论船速值与仿真船速值的关系曲线,表明了该仿真方法的可行性;最后对全文进行了总结,阐明了论文工作的主要创新点,并探讨了尚需进一步解决的问题及今后有待研究的方向。


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