(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210630365.7 (22)申请日 2022.06.06 (71)申请人 中国船舶科 学研究中心 地址 214082 江苏省无锡市滨湖区山水东 路222号 (72)发明人 刁峰　张海华　陈京普　程红蓉　 王伟　万熠璟　 (74)专利代理 机构 无锡华源专利商标事务所 (普通合伙) 32228 专利代理师 过顾佳 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 一种平整 冰中船舶回转数值模拟方法 (57)摘要 本申请公开了一种平整冰中船舶回转数值 模拟方法， 涉及船舶技术领域， 该方法将船舶在 平整冰中的按照舵角和初始运动参数展开的破 冰回转过程离散为若干个时间步长， 并在每个时 间步长内基于MMG分离建模思想进行迭代 求解构 建得到船舶在水平面内三自由度的微分运动方 程， 在时域内应用逐步积分法求解得到船舶的回 转运动数值模拟结果。 该方法兼顾船体运动和受 力的耦合效应， 基于经典MMG分离建模思想以及 船‑冰相互作用物理机理， 实现平整冰回转数值 模拟， 相比于在敞水操纵运动数学模 型基础上对 连续破冰阻力采用经验估算进行处理的方法具 有更高的可靠性和稳定性， 且精度满足工程应用 需求。 权利要求书3页 说明书6页 附图1页 CN 114925458 A 2022.08.19 CN 114925458 A 1.一种平整冰中船舶回转数值模拟方法， 其特 征在于， 所述方法包括： 将船舶在平整冰中的按照舵角 δ和初始运动 参数展开的破冰回转过程离散为若干个时 间步长， 并在每个时间步长内基于MMG分离建模思想进行迭代求解构建得到船舶在水平面 内三自由度的微分运动方程； 所述船舶在任意第k个时间步长内在水平面内的微分运动方 程 其中， M为质量矩阵， A为附加质量矩阵， M和A基于所述船 舶的船舶设计参数拟合得到； 表示所述船舶在第k个时间步长内达到预设收敛条件时的 航行加速度； F_icek是所述船舶在第k个时间步长内达到预定收敛条件时的冰阻力， F_hy dk 是所述船舶在第k个时间步长内达到预定收敛条件时的水动力； F_icek基于所述船舶的实 时运动参数和实时冰层结构迭代计算得到， F_hydk基于船舶设计参数以及船舶的实时运动 参数拟合得到； 在时域内应用逐步积分法求解船舶在破冰回转过程的各个时间步长内的微分运动方 程， 得到所述船舶的回转 运动数值模拟结果。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 质量矩阵 附加质量矩阵 其中， m为船舶设计参数 中的船体质量， I66是所述船舶沿着随船坐 标系的z方向的转动惯量， 且 基于船舶设计 参数中 的船舶排水量 拟合得到； A11是所述船舶在随船坐标系的x方向的附加质量， A22是所述船 舶在随船坐标系的y方向的附加质量， A66是所述船舶在随船坐标系的z方向的附加质量； A11、 A22、 A66均基于船舶设计参数中的船体质量m、 船长L、 船宽B、 船舶吃水T以及船舶方形系 数Cb拟合得到 。 3.根据权利要求2所述的方法， 其特 征在于， 其中， g是重力加速度。 4.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述船舶受到的水动力包括船体的水动力 FH、 螺旋桨的水动力FP以及舵的水动力FR， 船体的水动力FH基于船舶设计参数以及船舶的实权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114925458 A 2时航速拟合得到， 螺旋桨的水动力FP以及舵的水动力FR基于船舶设计 参数结合 净推力Tnet和 流体速度Vf拟合得到 。 5.根据权利要求4所述的方法， 其特征在于， 船体的水动力 FH在水平面三个自由度上的 分量分别为： 其中， XH、 YH、 NH分别为FH在随船坐标系的x方向纵荡的分量、 在随船坐标系的y方向横荡 的分量、 在随船坐标系的z方向艏摇的分量； 船舶设计参数包括船体湿表面积Sω、 船体纵向 各剖面位置x处的吃水D(x)、 船长L以及船体纵向各剖面位置x处的拖曳力系数CD(x)； 船舶 的实时航速包括船舶在随船坐标系的x方向的纵向速度u， 以及船舶纵向各剖面位置x处的 横向速度v(x)； 表示雷诺数， λ是运动学黏 性系数， ρw是流体密度。 6.根据权利要求4所述 的方法， 其特征在于， 螺旋桨的水动力FP和舵的水动力FR在水平 面三个自由度上的分量 为： 其中， XP、 YP、 NP分别为FP在随船坐标系的x方向纵荡的分量、 在随船坐标系的y方向横荡 的分量、 在随船坐标系的z方向艏摇的分量； XR、 YR、 NR分别为FR在随船坐标系的x方向纵荡的 分量、 在随船坐标系的y方向横荡的分量、 在随船坐标系的z方向艏摇的分量； 船舶设计参数包括舵面积Ar、 舵的纵向位置xr、 拖曳力系数CD以及升力系数CL， 舵的纵向 位置表示舵作用力中心与船舶重心之间的距离， 且船舶艏部的舵 的纵向位置为正、 船舶艉 部的舵的纵向位置为负； ρw表示流体密度。 7.根据权利要求5或6所述的方法， 其特 征在于， 式中， Λ为舵的展弦比， Λ＝b2/Ar， b为舵宽； δ为舵角； CQ为阻力系数且与舵型相关， Rer ＝ub/ ν 为舵 雷诺数。 8.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述得到所述船舶的回转运动数值模拟结权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114925458 A 3