Сопряженная модель для интерактивной симуляции движения парусного судна при воздействии нерегулярного волнения и ветра

Abstract

Разработка интерактивных сопряженных моделей динамики плавающих тел, подверженных изменчивым внешним воздействиям ветра и нерегулярного волнения, -- чрезвычайно важная задача. В работе предложен экономичный вычислительный подход, который реализует упрощенные, но физически оправданные модели, интегрированные в единую расчетную среду. В качестве объекта моделирования выбрана реалистичная геометрическая модель парусного судна с рулевым управлением и регулируемыми парусами. Нерегулярные ветровые волны моделируются путем вероятностного описания с использованием быстрого обратного преобразования Фурье на основе данных наблюдений морской поверхности. Сложные конфигурации корабля и объектов на поверхности воды, а также колеблющаяся водная поверхность описываются подробными треугольными сетками. Интегральная модель включает динамику погруженного твердого тела с шестью степенями свободы. В рамках подхода реализован метод расчета ветровых нагрузок на регулируемые паруса произвольной формы, а также на корпус, судовые надстройки, мачты и т.д. Волновой след за движущимся судном, который распространяется и отражается от препятствий, моделируется с использованием линеаризованной теории поверхностных волн в сочетании с операциями двумерной свертки и маскировки, применяемыми к полю высоты волны. Объединение указанных вычислительных технологий в рамках интегрированной модели позволяет проводить сопряженное моделирование динамики корабля, находящегося под воздействием ветра и нерегулярных волн, в режиме реального времени. Скоростные характеристики виртуального корабля сравниваются с экспериментальными полярами скорости реального парусного судна.