无人帆船柔性风帆性能的流固耦合仿真分析

为了探究柔性风帆在不同风况下的变形结果及变形对气动性能的影响,本研究中进行柔性风帆性能的流固耦合仿真分析:构建1.4 m无人帆船主帆初始形状模型和材料模型,并基于LS-DYNA程序对柔性风帆在不同攻角下进行变形计算,构建变形后的风帆形状;基于STAR CCM+程序在相同条件下对变形风帆和初始风帆进行气动性能计算。结果表明:柔性风帆变形结果主要表现为拱度变化和有效攻角变化,材料本身的拉伸对拱度变化的影响可以忽略不计;当拱度增大带来的升力增大效应强于有效攻角减小带来的升力减小效应时,升力总体上为增大;变形风帆的升力系数随着攻角的变化而更为合理、升阻更大;根据变形风帆的极曲线,获得不同航向角下的最佳攻角和最大推力系数,适用于优化柔性风帆无人帆船横风航行时的控帆策略。

逆风条件下柔性风帆性能的流固耦合研究

[目的]柔性风帆在风载荷下易发生非线性大变形,风帆形状会影响风帆周围的气流特性,为此研究柔性风帆变形对空气动力学性能的影响。[方法]开展柔性风帆变形的流固耦合研究。建立柔性风帆的初始形状模型和材料模型,采用显式有限元分析程序AUTODYN解决柔性风帆非线性大变形问题,构建变形后的风帆形状。利用STAR-CCM+软件预测初始风帆和变形风帆性能。[结果]结果表明,相对风向角为20°的逆风条件下,变形风帆的迎风面整体压力值增大,背风面后缘附近产生的流动分离更严重,拱度增大带来的升力增大效应相对较小,因此升力整体减小。[结论]柔性风帆变形的流固耦合研究适用于精确评估或者优化风帆性能。

无人帆船柔性风帆技术发展现状与展望

风帆系统及其气动性能是决定无人帆船动力性能的重要因素。为了把握无人帆船柔性风帆未来研究方向,首先,介绍国际上具有代表性的柔性风帆无人帆船;然后,从物理特性、安装和固定、调帆等角度总结柔性风帆系统的技术现状,评述数值模拟、风洞试验和水上试验这3种柔性风帆气动性能研究方法的进展,并总结柔性风帆气动性能研究的基本技术路线;最后,对未来无人帆船以及柔性风帆发展的关键技术进行展望。