帆板搖帆的空氣動力性能數(shù)值模擬.pdf

1、本文以夏季奧運會女子級別的NP帆板帆翼作為研究對象，利用數(shù)值模擬方法對NP帆翼在定常和非定常狀態(tài)下的空氣動力性能進(jìn)行研究，運用理論流體力學(xué)、計算流體力學(xué)對帆翼空氣動力特性進(jìn)行了較為全面的分析，為運動員根據(jù)不同外界條件搖帆提供科學(xué)依據(jù)。
　　 研究首先采用STAR CCM+軟件對文獻(xiàn)資料中的帆翼SAIL1進(jìn)行了定常狀態(tài)下的數(shù)值計算，其計算結(jié)果與試驗結(jié)果能較好吻合，驗證了文獻(xiàn)資料中采用的計算方法及STAR CCM+軟件的適用性。NP

2、帆翼的計算區(qū)域是以帆翼底邊弦長為基準(zhǔn)的前面8倍、上面8倍、左右8倍、后面16倍的長方體區(qū)域，采用6面體核心網(wǎng)格劃分計算區(qū)域及其內(nèi)部的帆翼。對NP帆翼定常狀態(tài)下的數(shù)值模擬根據(jù)實際帆板競賽所需最小風(fēng)速條件，選取2 m/s和3m/s風(fēng)速作為入口邊界條件，計算并對比了NP帆翼在不同風(fēng)速、不同攻角下的升力系數(shù)和阻力系數(shù)，分析了NP帆翼的壓力分布、流線分布及速度矢量分布在不同攻角下的變化情況。
　　 對NP帆翼非定常狀態(tài)下的數(shù)值模擬根據(jù)運動

3、員搖帆時帆翼的運動狀態(tài)，將需要模擬研究的帆翼運動簡化為三種運動方式：1、帆翼繞帆面展向方向來回轉(zhuǎn)動；2、帆翼繞帆面弦向方向來回轉(zhuǎn)動；3、帆翼沿垂直于帆面的方向來回振動。非定常狀態(tài)下的計算區(qū)域內(nèi)部構(gòu)建了新的區(qū)域，以有效減小網(wǎng)格變形區(qū)域、避免計算量過大，同時保證數(shù)值計算的精度。數(shù)值模擬首先針對不同來流攻角下的NP帆翼繞展向方向來回轉(zhuǎn)動的運動方式進(jìn)行，得到了不同攻角下?lián)u帆的升力系數(shù)、阻力系數(shù)和升阻比并進(jìn)行了分析；針對NP帆翼繞展向方向轉(zhuǎn)動時的

4、最大升力系數(shù)及升阻比對應(yīng)的攻角，模擬了不同運動方式下NP帆翼隨幅度和頻率變化的空氣動力，得到了在不同狀態(tài)下?lián)u帆時的升力系數(shù)、阻力系數(shù)和升阻比，根據(jù)模擬結(jié)果研究了繞帆面弦向和繞帆面展向方向搖帆過程中帆翼面上的壓力分布變化，分析討論了NP帆翼在不同狀態(tài)下的空氣動力性能隨幅度和頻率的變化關(guān)系。研究數(shù)據(jù)表明搖帆能有效提高其空氣動力性能，沿帆面展向方向來回轉(zhuǎn)動搖帆時能較好保證航行狀態(tài)的穩(wěn)定性，一定轉(zhuǎn)角下沿帆面弦向方向來回轉(zhuǎn)動搖帆采用較大頻率時能獲