帆板搖帆運動帆氣動力特性的數(shù)值模擬研究.pdf

1、帆板運動是一項涉及氣象學、水文學、海洋學、流體力學、空氣動力學、體育學和材料科學等多學科邊緣交叉的水上競技項目，帆板運動水平的提高不僅需要運動員付出長期、系統(tǒng)、科學和艱苦的訓練以及臨場技術與戰(zhàn)術的優(yōu)異發(fā)揮以外，還有賴于對帆板搖帆運動帆氣動力特性的深刻了解和靈活運用。因此探討和研究帆板的空氣動力學性能和帆板搖帆推進機理，為運動員的訓練和比賽提供科學依據(jù)與理論指導，提高運動員的技術水平和比賽成績，為實現(xiàn)2008年奧運帆船項目金牌零的突破做出

2、貢獻。 搖帆是帆板運動中的關鍵技術，它是在關鍵時刻超越對手、影響對手、提高航速的有利武器。但是對于帆板搖帆的動態(tài)過程、搖帆過程中的風帆空氣動力學特性卻鮮有國內(nèi)外學者進行研究，其基礎理論問題的探討對于科學地指導運動員的訓練和比賽，提高比賽成績至關重要。 搖帆可以增大帆氣動力，從而能提高航速，是從實踐經(jīng)驗中總結(jié)出來的。傳統(tǒng)的空氣動力學只注意翼型在定常氣流中的升力，但不能解釋為什么在帆板比賽過程中通過搖帆能夠提高航速。近幾年來

3、計算流體動力學飛速發(fā)展，數(shù)值模擬逐漸成為流體力學研究的另一重要手段，從而為帆板搖帆運動帆氣動力特性的研究和分析開辟了新途徑。 本文介紹了帆板搖帆的基本動作和搖帆方式，通過分析帆板的受力情況得出其空氣動力學特性，在對帆板搖帆運動研究的基礎上，對帆板的搖帆運動進行了初步分析，并以此為依據(jù)建立了相關的數(shù)學模型，合理的描述了帆板搖帆運動過程；帆板的搖帆運動是復雜的三維運動，因此帆板的搖帆運動模擬是一個非常復雜的過程，本文借鑒國內(nèi)外對帆船

4、運動的研究情況，借助網(wǎng)格劃分軟件Gambit和計算流體力學軟件FLUENT，使用動網(wǎng)格模型(dynamic mesh model)、用戶自定義函數(shù)(User-Defined Function，UDF)來描述帆板的平搖和轉(zhuǎn)搖的運動方式，對帆板搖帆運動過程進行動態(tài)數(shù)值模擬，得出了帆板搖帆運動過程中作用到帆面上的壓力分布變化、升力系數(shù)、阻力系數(shù)以及流線變化情況，并對不搖帆的運動狀態(tài)進行了數(shù)值模擬。通過各個參數(shù)的對比，得出比賽過程中的最佳迎角，