可收缩式双尾襟翼帆设计及性能研究

为了在保证船舶航行安全的前提下,促进船舶航运业充分利用海上清洁能源(风能),达到节能减排的目的。文中提出一种新型船舶助航风帆装置——可收缩式双尾襟翼风帆,其具有较传统风帆更自动、灵活的结构特点,即在有利风况下能伸展出更大的展帆面积,有效利用风能,同时保证在不利风况及船舶进出港口和装卸货时能自动折叠收帆,占用较小甲板面积,不影响船舶航行与货运安全.同时利用CFD软件对翼型的气动特性进行了数值模拟计算,并与传统风帆实验数据进行对比,证明其具有高升高阻的特性且推力系数较之传统风帆有显著提高.

基于机翼-帆尾的高纬度跨年驻留太阳能飞机总体参数设计方法

拓展太阳能飞机在较高纬度地区的跨年驻留性能有助于促成太阳能飞机的广泛实用化。建立了适用于任意高度、任意纬度、任意指向的光伏组件面功率模型,并考虑了光伏组件的温度效应,通过能量仿真得出:在方位角跟踪方式下,滚偏角为90°的主动式光伏组件的日均面功率最优。然后在布局与能源综合设计思想指导下,建立了一套基于机翼-帆尾的太阳能飞机总体参数设计方法,其组成模块包括各部件质量方程、气动效率方程、用于构建气动布局参数与全机光伏组件面功率特性之间映射关系的Kriging代理模型,以及参与总体参数匹配优化设计的量子粒子群优化(QPSO)算法及其多目标评价函数。面向高纬度与跨年驻留的设计指标,开展了机翼-帆尾太阳能飞机的方案实例设计,其中驻留纬度与高度指标分别为45°N和18km。详细分析了此方案在23.5°N^55°N纬度域内的可持续高度包线。研究结果表明:与传统布局形式相比,机翼-帆尾布局形式大幅提升了高纬度地区冬季附近的光伏组件面功率,有效地减小了翼展尺度、机翼面积并提升了巡航速度,具有良好的应用优势。方案设计实例也验证了基于机翼-帆尾的太阳能飞机总体参数设计方法的可行性。