【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电子与信息科技，尤其涉及一种帆船操纵仿真方法、系统、应用及电子设备。
技术介绍
1、帆船运动是利用自然风力对帆船的作用而进行帆船航速比赛的水上运动项目，由于场所、运动器材等原因，我国大部分地区的群众对帆船认识有限，对帆船操作训练知识了解不足。
2、现有技术中也有一些相关研究可以实现帆船操纵的仿真，但是现有的技术方案中由于未考虑建立多帆帆船运动模型或多种环境因素对多帆帆船的影响、以及用户对多帆帆船的多种操纵策略等要素，导致现有的方案仿真程度不够高，不能真实模拟多帆帆船在复杂海况中的航行情况。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种帆船操纵仿真方法、系统、应用及电子设备，用以解决现有的方案在复杂航行环境下仿真程度不够高，不能真实模拟用户在多帆帆船航行时施加多种操纵策略的问题，该专利技术可以提高多帆帆船仿真的真实感和模拟效果，可以提高用户的学习效率以及提高用户体验。
2、本专利技术提供一种多帆帆船操纵仿真方法，包括：
3、构建四自由度多帆帆船操纵运动模型，前进、横漂、横摇、艏摇四个自由度，四自由度多帆帆船操纵运动模型包括多帆的空气动力学模型、水动力学模型和运动学模型；
4、对帆船的航行环境进行仿真；
5、进行帆船操纵仿真，实现用户模拟操纵多帆帆船训练。
6、根据本专利技术提供的多帆帆船操纵仿真练习方法，多帆的空气动力学模型通过如下方式构建：
7、对包含多帆及船体的整体帆船进行cfd数值模拟，并
8、将每个帆翼产生的气动力分别分解到四个自由度上，建立多帆的空气动力学模型。
9、根据本专利技术提供的帆船操纵仿真方法，对包含多帆及船体的整体帆船进行cfd数值模拟，并计算各个帆翼产生的气动力，包括：
10、构建包含多帆及船体的整船三维结构模型，以及建立与整船的三维结构模型对应的计算域，并进行网格划分和加密；
11、对整船所处流体环境建立n-s方程，引入湍流模型，并设置流体属性和边界条件，进行cfd数值模拟求解n-s方程；
12、监测模拟过程中气动力的变化，分析和评估求解结果，并对整船的三维结构模型、求解条件、网格划分方式等进行调整，直至计算结果趋于稳定；
13、调整帆翼开合角度与船体航向，重复上述模拟实验，获得不同迎风角下的气动力数据，包含船体迎风角、主帆角、前帆角和升阻力等参数，建立气动力数据库。
14、根据本专利技术提供的多帆帆船操纵仿真方法，水动力模型通过如下方式构建，包括：
15、基于船体、龙骨、舵受到的纵向力以及航行环境产生的纵向力确定前进自由度上的合力；
16、基于船体、龙骨、舵受到的横向力以及航行环境产生的横向力确定横漂自由度上的合力；
17、基于船体、龙骨、舵受到的横倾力矩以及航行环境产生的横倾力矩确定横摇自由度上的合力矩；
18、基于船体、龙骨、舵受到的转首力矩以及航行环境产生的转首力矩确定艏摇自由度上的合力矩。
19、根据本专利技术提供的多帆帆船操纵仿真方法，构建四自由度多帆帆船操纵运动模型中的运动学模型，包括：
20、基于多帆帆船的三维结构与牛顿运动定律，确立附体坐标系与惯性坐标系；
21、基于多帆帆船的空气动力学模型和水动力学模型的分解结果，在前进、横漂、横摇、艏摇四个自由度上进行合力或力矩的计算，建立四自由度多帆帆船运动学模型；
22、根据本专利技术提供的帆船操纵仿真方法，帆船的航行环境包括海风和海浪，对帆船的航行环境进行仿真，包括：
23、通过随机算法对海风添加扰动，以模拟日常环境下的海风环境效果；
24、基于海浪谱与尾迹拓展公式建立可交互海浪模型。
25、根据本专利技术提供的多帆帆船操纵仿真方法，基于海浪谱与尾迹拓展公式建立可交互海浪模型，包括：
26、在帆船随海浪四自由度运动的基础上，通过增加帆船所受浮力，模拟海浪对帆船起伏的影响；
27、通过帆船在海面上航行生成的尾迹来模拟帆船对海浪的影响。
28、根据本专利技术提供的帆船操纵仿真方法，进行帆船操纵仿真，包括：
29、基于四阶龙格-库塔法，实现四自由度多帆帆船操纵运动模型进行帧同步解算，满足帆船操纵运动实时仿真的需要。
30、同时结合仿真航行环境，实现包含多功能模块的多帆帆船模拟操纵系统。该系统具备帆船控制功能模块、音效功能模块、ui功能模块。其中，帆船控制功能模块，包含用户对多帆帆船的各个帆的协同操作及压舷、掌舵等基础操作的逻辑控制，用以实现各种帆船操作的控制策略。
31、本专利技术还提供一种帆船操纵仿真训练系统，包括：
32、帆船运动建模模块，构建四自由度多帆帆船操纵运动模型，包括前进、横漂、横摇、艏摇四个自由度，四自由度多帆帆船操纵运动模型包括多帆的空气动力学模型、水动力学模型和运动学模型；
33、环境仿真模块，用于对帆船的航行环境进行仿真；
34、操纵仿真训练模块，进行帆船操纵仿真，实现用户模拟操纵多帆帆船训练。
35、本专利技术还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现如上述任一种帆船操纵仿真方法。
36、本专利技术还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种帆船操纵仿真方法。
37、本专利技术还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种帆船操纵仿真方法。
38、本申请的方案具有如下有益效果：
39、（1）帆船仿真系统方面，首先引入了多帆协同的操作方式，相对于单帆的操作方式，用户可以通过独立控制球帆、前帆、主帆的张力、角度和方向多帆可以提供更加灵活的推进力，进而提升航行的性能，此外，多帆操作方式拓展了帆船仿真的应用领域，使仿真目标不局限于单帆的帆船，而是可以兼容包含但不限于三帆的各种帆船船型。
40、（2）操纵运动模型方面，本文基于多帆输入的四自由度操纵运动模型进行帆船的仿真，相对于单帆单桅的动力学模型,它可以考虑不同帆之间的协同作用以及更加全面考虑帆船受到风力和海浪的影响，进而提供更精确、更真实的帆船运动仿真结果，此外，多帆动力学模型还能为用户提供更多的操纵选项和控制参数, 可以实现更加准确灵活的模拟效果。
41、（3）海风及海浪等环境因素的仿真上，通过综合考虑海风和海浪等环境因素，仿真系统能够提供更真实的环境模拟。本系统基于海浪谱方式实现海浪环境仿真，并通过海浪场的高度信息与j80船体浸水高度的差值控制帆船上下波动；海风的模拟是通过实时更新帆船运动姿态及场景信息的变化实现。海风和海浪对帆船的航向、速度和稳定性等产生重要影响，在本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.帆船操纵仿真方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的帆船操纵仿真方法，其特征在于，所述多帆的空气动力学模型通过如下方式构建：
3.根据权利要求2所述的帆船操纵仿真方法，其特征在于，所述对包含多帆及船体的整体帆船进行CFD数值模拟，并计算各个帆翼产生的气动力，包括：
4.根据权利要求1所述的帆船操纵仿真方法，其特征在于，所述水动力模型通过如下方式构建，包括：
5.根据权利要求1所述的帆船操纵仿真方法，其特征在于，所述运动学模型通过如下方式构建，包括：
6.根据权利要求1所述的帆船操纵仿真方法，其特征在于，所述帆船的航行环境包括海风和海浪，所述对帆船的航行环境进行仿真，包括：
7.根据权利要求6所述的帆船操纵仿真方法，其特征在于，所述基于海浪谱与尾迹拓展公式建立可交互海浪模型，包括：
8.根据权利要求1所述的帆船操纵仿真方法，其特征在于，所述进行帆船操纵仿真，包括：
9.帆船操纵仿真训练系统，其特征在于，包括：
10.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存
...【技术特征摘要】
1.帆船操纵仿真方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的帆船操纵仿真方法，其特征在于，所述多帆的空气动力学模型通过如下方式构建：
3.根据权利要求2所述的帆船操纵仿真方法，其特征在于，所述对包含多帆及船体的整体帆船进行cfd数值模拟，并计算各个帆翼产生的气动力，包括：
4.根据权利要求1所述的帆船操纵仿真方法，其特征在于，所述水动力模型通过如下方式构建，包括：
5.根据权利要求1所述的帆船操纵仿真方法，其特征在于，所述运动学模型通过如下方式构建，包括：
6.根据权利要求1所述的帆船操纵...
【专利技术属性】
技术研发人员：解翠，胡伟成，吕欣锴，潘旭岐，董军宇，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：
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