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三维软帆几何变形及空气动力学特性研究

沙宇  
【摘要】:在能源危机的背景下,风帆助航船开始被人们所重视,而风帆的空气动力性能直接影响风帆的推进能力。风帆主要分为硬帆和软帆,硬帆由于几何形状固定,所以空气动力性能研究相对简单,而软帆由于几何形状随风发生变化,所以空气动力性能研究十分复杂。 本文主要研究软帆中的正交异性软帆和等向性软帆,软帆在高、低攻角下的利用的动力不同,在低攻角下主要利用升力,在高攻角下主要利用阻力。因此,本文将分别研究这两种软帆在高、低攻角下的几何变形及空气动力学特性。 本文在具体研究中,正交异性软帆在低攻角下主要应用涡层分布面元法编程计算其几何形状,软帆在高攻角下应用弹性力学中的胡克定律及势能最小原理编程计算其几何形状,并分别参照文献实验进行算例计算,将所得到的结果和资料比较,验证本文计算方法的正确性。最后用CFD方法计算低攻角下的升力特性,高攻角下的阻力特性,并进行算例计算,将所得结果与理论估算值比较,验证本文计算方法的正确性。值得注意的是本文在研究高攻角下的软帆阻特性时要采用找形和阻力计算迭代的方法,这将是本文研究的难点。


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