基于力学分析的470级帆船转舵应用研究

帆船船体及附体的水动力性能对运动成绩具有重要影响,而舵是470级帆船运动时调整航向和平衡帆船的重要附体。为了得到470级帆船舵的水动力特性,基于计算流体力学方法(Computational Fluid Dynamics,CFD),采用雷诺平均纳维尔-斯托克斯方程(Reynolds-averaged Navier-Stokes Equations,RANSE)对470级帆船船舵组合体的粘性流场进行了模拟。研究表明,在排水量为280 kg、航速为2 m/s^8 m/s时,舵的失速角为30°;随着航速的增加,船体尾流将影响舵体有效面积和展弦比,当航速为10 m/s时船舵组合体舵失速角为35°;舵角在10°~25°时舵体升阻比较高。帆船比赛中如果要进行较大角度转向,建议舵角为30°~35°;当帆船比赛中接受绕圈判罚时,可以提高帆船速度,同时采用升力系数较大的舵角进行回转,这样可以有效地节约处罚所耗费的时间。结合帆船运动规则和帆船航行路线,基于数值模拟结果探索了舵在帆船转向、绕标和挣脱判罚时的应用规律。

中国帆船470级项目参加北京奥运会比赛的分析

中国帆船470级项目参加北京奥运会成绩不够理想,竞技水平与世界强队有较大差距,这与中国队对该项目制胜规律的认识不够深入,训练针对性不强有关。通过对我国帆船队参加北京奥运会470级比赛情况分析,就该项目奥运会比赛规则和项目特点进行深入研究,奥运会规则对器材进行的调整以及气象、水域分析研究力度不够是影响比赛成绩的原因所在。

奥运帆船470级稳向板在不同攻角下的水动力性能研究

470级帆船是一种操控性能很好的奥运会竞赛帆船,帆船运动员在竞赛中的成功是依靠驾驶技巧,这就要求运动员对船体的操纵性能有一定的了解。稳向板是帆船重要的附体,对船体水动力性能具有较大影响。目前对470级帆船附体研究很少,为了让运动员对帆船附体水动力性能具有更科学的认识,采用计算流体力学CFD数值仿真技术,研究了稳向板在不同攻角条件下的升阻力系数、压力分布等水动力性能;并结合帆船比赛实际情况,分析了运动员在训练和比赛过程中调节稳向板的策略,为帆船成绩的提高提供了参考依据和技术指导。

湍流模型对470级帆船船体水动力性能的影响研究

470级帆船是奥运会比赛项目,其船体水动力性能对运动员成绩具有重要影响,为了得到适合470级帆船船体水动力数值计算的湍流模型,利用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法,通过求解雷诺平均纳维尔-斯托克斯方程(Reynolds-averaged Navier-Stokes Equations,RANSE)对470级帆船船体在不同湍流模型下的周围黏性绕流场进行了数值模拟研究。计算网格采用结构化网格,自由液面采用VOF(volume of fluid,VOF)的方法进行处理。讨论SST k-ω模型、Standard k-ω模型、Standard k-ω模型、Realizable k-ω模型、RNG k-ω模型5种湍流模型对帆船水动力性能数值模拟计算结果的影响与原因,根据计算结果与经验公式估算结果比较分析,确定了470级帆船船体数值模拟采用RNG k-ω模型与经验公式更为接近。研究结果为下一步数值模拟帆船船体水动力性能打下了基础。

基于数值模拟的运动双人帆船船体与稳向板操控优化

470级帆船是奥运会双人操控的帆船级别,为了优化船体与稳向板操控策略,利用数值模拟方法开展了470级帆船船体与稳向板相互影响时船体系统的水动力性能特性研究,得到了阻力随航速(2 m/s、4 m/s、6 m/s、8 m/s、10 m/s)变化的规律,数值模拟控制方程为RANS方程和连续方程,模拟中采用RNG k-ε湍流模型。研究发现:稳向板和船体水动力会相互影响,两者配合时阻力特性相比单独时发生改变;不同航速下对水动力影响程度不相同,在较低航速时,稳向板对船体阻力影响程度较明显;航速越高船体对稳向板的阻力影响程度越大。因此,稳向板对470级帆船船体阻力的影响不可忽略;由于470级帆船是双人操控,在比赛过程中运动员可以根据实际需要适当调节稳向板,减小船体总阻力从而改变船体的航速,提高比赛成绩。