帆板摇帆运动帆气动力特性的数值模拟研究
帆板运动是一项涉及气象学、水文学、海洋学、流体力学、空气动力学、体育学和材料科学等多学科边缘交叉的水上竞技项目，帆板运动水平的提高不仅需要运动员付出长期、系统、科学和艰苦的训练以及临场技术与战术的优异发挥以外，还有赖于对帆板摇帆运动帆气动力特性的深刻了解和灵活运用。因此探讨和研究帆板的空气动力学性能和帆板摇帆推进机理，为运动员的训练和比赛提供科学依据与理论指导，提高运动员的技术水平和比赛成绩，为实现2008年奥运帆船项目金牌零的突破做出贡献。
摇帆是帆板运动中的关键技术，它是在关键时刻超越对手、影响对手、提高航速的有利武器。但是对于帆板摇帆的动态过程、摇帆过程中的风帆空气动力学特性却鲜有国内外学者进行研究，其基础理论问题的探讨对于科学地指导运动员的训练和比赛，提高比赛成绩至关重要。
摇帆可以增大帆气动力，从而能提高航速，是从实践经验中总结出来的。传统的空气动力学只注意翼型在定常气流中的升力，但不能解释为什么在帆板比赛过程中通过摇帆能够提高航速。近几年来计算流体动力学飞速发展，数值模拟逐渐成为流体力学研究的另一重要手段，从而为帆板摇帆运动帆气动力特性的研究和分析开辟了新途径。
本文介绍了帆板摇帆的基本动作和摇帆方式，通过分析帆板的受力情况得出其空气动力学特性，在对帆板摇帆运动研究的基础上，对帆板的摇帆运动进行了初步分析，并以此为依据建立了相关的数学模型，合理的描述了帆板摇帆运动过程；帆板的摇帆运动是复杂的三维运动，因此帆板的摇帆运动模拟是一个非常复杂的过程，本文借鉴国内外对帆船运动的研究情况，借助网格划分软件Gambit和计算流体力学软件FLUENT，使用动网格模型(dynamic mesh model)、用户自定义函数(User-Defined Function，UDF)来描述帆板的平摇和转摇的运动方式，对帆板摇帆运动过程进行动态数值模拟，得出了帆板摇帆运动过程中作用到帆面上的压力分布变化、升力系数、阻力系数以及流线变化情况，并对不摇帆的运动状态进行了数值模拟。通过各个参数的对比，得出比赛过程中的最佳迎角，初步分析了研究了帆板摇帆运动的气动特性。
帆板;摇帆运动;扑翼理论;数值模拟;空气动力学;帆气动力
中国海洋大学
硕士
工程热物理
王树杰
2007
中文
G861.7;V211
63
2007-08-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）