【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种船用助航翼伞的型谱架构设计方法，属于绿色船舶的风力助航。
技术介绍
1、随着全球能源日趋短缺和温室效应增强，国际海事组织(imo)于2023年实施现有船舶能效指数(eexi)与碳排放强度指数(cii)，这一措施将促进船舶燃料消耗减少和碳排放的降低。同时我国大力发展可再生能源，要加快风力助航等船用节能低碳技术的研发应用。传统的船舶风力助航系统是利用风帆结构捕获风能，助力于船舶航行，节省自身燃料使用，是一种重要的绿色节能、低碳环保运输方式，被广泛应用于船舶设计和生产中。
2、目前，常见的船舶风力助航系统主要利用转筒风帆、翼型风帆等刚性帆结构，但其重量大、占用甲板面积多、制造困难。而采用柔性翼伞作为船用助航动力系统是一种新兴的风力助航方式，该方式是未来利用高空风能、实现低碳航行的重要新装置。柔性翼伞在流场作用下可形成良好的气动外形，借助风力长期滞空，有效利用高空稳定而强劲的风力，在不工作时可以收拢折叠，且包装体积小、重量轻，不需要占用大面积甲板空间，对于现有船舶改造更为方便，对于船舶风能助航技术是理想的实现方式。(可参考formosaw,sant t,demarco muscat-fenech c,et al.wind-assisted ship propulsion ofa series 60shipusing astatic kite sail[j].journal ofmarine science and engineering,2023,11(1):117.)。但是柔性翼伞助航船舶尚处于起步研究阶
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是提供一种船用助航翼伞的型谱架构设计方法，采用全新求解思路方法，能够快速计算得到船舶翼伞助航过程中的柔性伞衣总面积，从而进一步对船用助航翼伞的型谱架构设计提供指导。
2、本专利技术为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本专利技术公开了一种船用助航翼伞的型谱架构设计方法，用于实现不同排水量目标船型的适配翼伞尺寸获得，进而设计出船用助航翼伞的全系列型谱架构表的获得，包括如下步骤：
3、步骤a、根据目标船型排水量δ0，船长l，船宽b，船吃水t，棱形系数cp，船中横剖面系数cm，弗劳德数fr，雷诺数re，船体形状，水的密度ρs，标准航行速度v，重力加速度g，水的粘度v，船湿面积s，获得目标船型标准航行阻力系数c0，进而获得目标船型标准航行阻力f0，然后进入步骤b；
4、步骤b、根据目标船型在标准排水量δ0下的航行阻力f0，根据海军系数法获得目标船型在不同排水量δt时船舶航行阻力ft，进而获得无翼伞时船舶主机牵引力fp，主机功率p，然后进入步骤c；
5、步骤c、根据有翼伞时的节能比k，获得有翼伞时船舶主机功率p′，船舶主机牵引力fp′，然后进入步骤d；
6、步骤d、对助航翼伞进行选型设计，并根据所选翼伞翼型，获得目标翼伞在不同攻角α、侧滑角β下的气动阻力系数cd，然后进入步骤e；
7、步骤e、基于牛顿-欧拉定律，建立翼伞助航过程中船舶的动力学平衡方程：
8、
9、其中，m是船舶和翼伞组成系统质量，获得翼伞气动阻力fd，然后进入步骤f；
10、步骤f、根据空气密度ρq，翼伞空速u，获得适配翼伞总面积a，最终，求解出船用助航翼伞的全系列型谱架构表。
11、作为本专利技术的一种新型技术方案：所述步骤a中，根据目标船型排水量δ，船长l，船宽b，船吃水t，棱形系数cp，船中横剖面系数cm，弗劳德数fr，雷诺数re，船体形状，水的密度ρs，标准航行速度v，重力加速度g，水的粘度v，船湿面积s，分别按如下公式：
12、
13、获得目标船型标准航行阻力系数c0，进而获得目标船型标准航行阻力f0。
14、作为本专利技术的一种新型技术方案：所述步骤b中，根据目标船型在标准排水量δ0下的航行阻力f0，目标船型不同排水量δt，分别按如下公式：
15、
16、获得目标船型在不同排水量δt时船舶航行阻力ft，进而获得无翼伞时船舶主机牵引力fp，主机功率p。
17、作为本专利技术的一种新型技术方案：所述步骤c中，根据有翼伞时的节能比k，分别按如下公式：
18、
19、获得有翼伞时船舶主机功率p′，进而获得船舶主机牵引力fp′。
20、作为本专利技术的一种新型技术方案：所述步骤d中，对助航翼伞进行选型设计，并根据所选翼伞翼型攻角α、侧滑角β，分别按如下公式：
21、cd＝f2(α，β)
22、获得目标翼伞在不同攻角α、侧滑角β下的气动阻力系数cd。
23、作为本专利技术的一种新型技术方案：所述步骤e中，基于牛顿-欧拉定律，建立翼伞助航过程中船舶的动力学平衡方程，基于四阶龙格库塔方法求解，获得获得翼伞气动阻力fd。
24、作为本专利技术的一种新型技术方案：所述步骤f中，根据空气密度ρq，翼伞空速u，按如下公式：
25、
26、其中u是空速，根据翼伞所处高度处风速减去航速获得，进而获得适配翼伞总面积a，最终，求解出船用助航翼伞的全系列型谱架构表。
27、作为本专利技术的一种新型技术方案：所述步骤a至步骤f的执行，用于针对不同排水量的目标船型在助航过程中，实现船用助航翼伞全系列型谱架构表的获得。
28、本专利技术所述一种船用助航翼伞的型谱架构设计方法，采用以上技术方案，具有以下技术效果：
29、本专利技术公开了一种船用助航翼伞的型谱架构设计方法，综合考虑到目标船舶型号、尺寸、主机效率、航行阻力以及助航翼伞气动性能等多种因素。具体包括：(1)明确目标船型、稳定航行速度、助航翼伞飞行高度，并计算不同排水量下的船舶阻力；(2)开展船用柔性翼伞的翼型选型设计，并针对所选翼伞确定气动特性参数；(3)根据牛顿-欧拉定律建立目标船型的动力学平衡方程，并求解可得到不同排水量下的适配翼伞总尺寸，进而设计出船用助航翼伞的全系列型谱架构表，实现船用助航翼伞伞衣的系列化、标准化配置，提高使用效率，降低制造成本。
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1.一种船用助航翼伞的型谱架构设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述一种船用助航翼伞的型谱架构设计方法，其特征在于：所述步骤A中，根据目标船型排水量Δ，船长L，船宽B，船吃水T，棱形系数Cp，船中横剖面系数Cm，弗劳德数Fr，雷诺数Re，船体形状，水的密度ρs，标准航行速度v，重力加速度g，水的粘度v，船湿面积S，分别按如下公式：
3.根据权利要求1所述一种船用助航翼伞的型谱架构设计方法，其特征在于：所述步骤B中，根据目标船型在标准排水量Δ0下的航行阻力F0，目标船型不同排水量Δt，分别按如下公式：
4.根据权利要求1所述一种船用助航翼伞的型谱架构设计方法，其特征在于：所述步骤C中，根据有翼伞时的节能比k，分别按如下公式：
5.根据权利要求1所述一种船用助航翼伞的型谱架构设计方法，其特征在于：所述步骤D中，对助航翼伞进行选型设计，并根据所选翼伞翼型攻角α、侧滑角β，分别按如下公式：
6.根据权利要求1所述一种船用助航翼伞的型谱架构设计方法，其特征在于：所述步骤E中，基于牛顿-欧拉定律，建立翼伞助航过
7.根据权利要求1所述一种船用助航翼伞的型谱架构设计方法，其特征在于：所述步骤F中，根据空气密度ρq，翼伞空速u，按如下公式：
8.根据权利要求1至7中任意一项所述一种船用助航翼伞的型谱架构设计方法，其特征在于：所述步骤A至步骤F的执行，用于针对不同排水量的目标船型在助航过程中，实现船用助航翼伞全系列型谱架构表的获得。
...【技术特征摘要】
1.一种船用助航翼伞的型谱架构设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述一种船用助航翼伞的型谱架构设计方法，其特征在于：所述步骤a中，根据目标船型排水量δ，船长l，船宽b，船吃水t，棱形系数cp，船中横剖面系数cm，弗劳德数fr，雷诺数re，船体形状，水的密度ρs，标准航行速度v，重力加速度g，水的粘度v，船湿面积s，分别按如下公式：
3.根据权利要求1所述一种船用助航翼伞的型谱架构设计方法，其特征在于：所述步骤b中，根据目标船型在标准排水量δ0下的航行阻力f0，目标船型不同排水量δt，分别按如下公式：
4.根据权利要求1所述一种船用助航翼伞的型谱架构设计方法，其特征在于：所述步骤c中，根据有翼伞时的节能比k，分别按如下公式：
5.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：张思宇，于发亭，卢金树，吴文锋，
申请(专利权)人：浙江海洋大学，
类型：发明
国别省市：
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