[发明专利]一种航海模拟器模拟船冰交互过程的海冰计算方法

说明书

本发明公开了一种航海模拟器模拟船冰交互过程的海冰计算方法，即根据当前海况信息将海冰计算具体划分为破冰计算模块和刚体运动模块，然后对破冰过程中的海冰力、海冰碎冰形状及海冰运动状态进行计算分析，生成的结果传入船舶运动模型以及冰区视景系统。本发明弥补了航海模拟器中海冰计算方法的空白，将半无限平面弹性地基理论、楔形梁结构以及能量守恒理论应用于相对应的模块中，计算了碎冰形成条件、破冰弯曲应力、碎冰能量分布及运动状态。本发明可以在航海模拟器冰区仿真视景中很好的表现海冰物理特性，而且作为船冰交互过程可视化的物理基础，可以逼真对破冰过程进行动态模拟，并为船舶运动模型提供可靠的海冰受力反馈。

技术领域

本发明涉及冰区航海视景仿真技术领域，特别涉及一种航海模拟器模拟船冰交互过程的海冰计算方法。

背景技术

航海模拟器中冰区视景研究对于完善航海模拟器的多功能性，以及对相关海事领域的人员培训、海事评估及科学研究等方面都起到了不可或缺的作用。针对于海冰数值计算，国内外的相关的研究主要集中在工程海冰数值模型的分析和应用上，如：海冰生成运移特征及物理力学性质、冰与结构相互作用的理论和试验方法、抗冰结构和海冰设计作业条件等。在国内外研究中，冰区航行视景仿真领域属于新兴学科，而针对船冰交互过程中海冰计算的相关研究仍属于探索阶段，国内研究领域仍处空白。

在实际冰区航行中，船冰交互作用是一个十分复杂的物理过程，该过程也是冰区视景系统的重要组成部分。在冰区视景系统中的每一个时间步长内，海冰计算将进行以下两个基本步骤：

1、根据水文气象条件、船冰相对位置和当前海冰状态等因素，海冰计算模型仿真计算出海冰破碎情况和海冰对船舶的作用力，并将船舶受到的海冰力情况提供给船舶运动模型；

2、最终，海冰计算模型将海冰状态(包括海冰动态变化及破碎情况)提供给冰区视景系统作为海冰场景可视化的数据基础。

在我国现有的航海模拟器系统中，由于缺少海冰计算过程，冰区航行视景系统无法保证场景模拟的真实性，也无法满足IMO对模拟器功能完备性的最新要求，所以研究适用于航海模拟器的海冰计算方法迫在眉睫。

本发明涉及参考文献如下：

[1]金一丞,尹勇《STCW公约马尼拉修正案下的航海模拟器发展战略[J]》，中国航海,2012,35(3):5-10。

[2]中华人民共和国海事局译《1978年海员培训、发证和值班标准国际公约马尼拉修正案[M]》，大连海事大学出版社,2011。

[3]丁德文《工程海冰概论[M]》，北京:海洋出版社,1999。

[4]季迎顺《工程海冰数值模型及应用[M]》北京:科学出版社,2011。

[5]唐茂宁,刘钦政,刘煜等《渤海海冰季节演变的数值模拟[J]》海洋预报,2010,27(2):48-52。

[6]Lau,Michael.Preliminary Modelling of Ship Manoeuvring in Ice Usinga PMM[R].Ottawa:National Research Council Canada,2006。

[7]John Tucker,Anthony Patterson,Glenn Fiander,Carl Harris,DonSpencer.Simulation and Modeling of Navigating in Ice[C].InternationalNavigation Simulator Lecturers’Conference(INLSC-14)，July 3-7,2006。