運動帆翼空氣動力性能數(shù)值模擬與試驗研究.pdf

1、本文以夏季奧運會級別帆船帆翼作為研究對象，利用數(shù)值模擬與試驗方法對帆翼空氣動力性能進(jìn)行研究，對帆翼空氣動力特性進(jìn)行了全面分析，為運動員根據(jù)不同外界條件調(diào)帆提供科學(xué)依據(jù)。 首先討論了帆翼模型進(jìn)行數(shù)值計算時計算區(qū)域的大小以及網(wǎng)格類型對于計算精度的影響，確定了帆翼遠(yuǎn)場前、左右、上取6倍帆翼底邊弦長，遠(yuǎn)場后取10倍帆翼底邊弦長，底部采用實際距離海平面距離；采用混合網(wǎng)格進(jìn)行網(wǎng)格劃分，能夠得到既節(jié)省計算時間、又精度較高的模擬結(jié)果。討論了數(shù)值

2、計算時來流處理方式不同對于計算結(jié)果的影響，確定本論文采用來流不變而轉(zhuǎn)動帆翼，重新生成網(wǎng)格的方法來模擬不同攻角的帆翼周圍流場。討論了不同湍流模型對于計算結(jié)果的影響，根據(jù)分析以及與試驗結(jié)果比較，確定了帆翼數(shù)值模擬采用Realizableκ-ε模型。討論了均勻風(fēng)和梯度風(fēng)情況下帆翼周圍流場的差異，發(fā)現(xiàn)梯度風(fēng)帆翼周圍流場與均勻風(fēng)差異不大，為了更加接近實際比賽情況，在數(shù)值模擬中宜采用梯度風(fēng)進(jìn)行數(shù)值模擬。 本文對帆翼兩種不同帆型的空氣動力性能

3、進(jìn)行了全面討論。通過比較，發(fā)現(xiàn)桅桿對于帆翼空氣動力特性影響較大，在比賽中盡量選用可調(diào)整的流線型的桅桿。討論了不同扣角和傾角對于帆翼空氣動力特性影響。研究發(fā)現(xiàn)向內(nèi)扣角盡管升力系數(shù)也相應(yīng)減小，但是其垂直水平面向上的力會增加很大，這對于減小船體阻力，提高帆船速度有利。帆翼后傾有利于提高帆翼的升力系數(shù)，對于提高帆船速度有利。討論了兩種不同帆型的空氣動力特性，發(fā)現(xiàn)拱度較大的帆翼其升力系數(shù)較大，對于提高帆船速度有利，但是其傾斜力矩增加了，其壓力中心

4、也增加了。所以，綜合考慮帆船整體行駛性能情況下，一般大風(fēng)用拱度較小的帆翼，小風(fēng)中使用拱度較大的帆翼。 本文利用風(fēng)洞試驗進(jìn)行了帆翼空氣動力性能研究，通過改變帆翼的攻角，得到在不同航向角帆翼的空氣動力性能數(shù)據(jù)及曲線，其結(jié)果與實際基本吻合。 根據(jù)計算與試驗結(jié)果，比較了兩種不同帆型在不同航向角下推力系數(shù)、側(cè)向力系數(shù)，得到了不同帆型在不同航向角下帆翼的最佳攻角范圍。討論了兩種不同帆翼推力系數(shù)和側(cè)向力系數(shù)在不同航向角下隨攻角變化情況

5、。分析了不同航向角下最大推力系數(shù)以及對應(yīng)的側(cè)向力系數(shù)，得到了帆翼在所有航向角下最大的推力系數(shù)以及對應(yīng)的操帆角。同時討論了兩種帆型不同航向角下第二大推力系數(shù)及對應(yīng)的側(cè)向力系數(shù)。最后，根據(jù)數(shù)值模擬和試驗方法得到的帆翼空氣動力性能特點，詳細(xì)系統(tǒng)介紹了在起航航段、迎風(fēng)航段、橫風(fēng)和側(cè)順風(fēng)航段、尾風(fēng)航段、終點線前航段和各標(biāo)旁附近帆翼調(diào)整方法。運動員應(yīng)該掌握各航段上調(diào)帆的基本原則并應(yīng)用于實踐中，最終的目的是戰(zhàn)勝對手，取得優(yōu)異的成績。 本論文研