基于单向流固耦合的不同攻角下奥运会帆板帆翼空气动力特性数值模拟

摘要：

目的:探讨奥运会级别Neil Pryde RS:X帆板帆翼空气动力性能随攻角变化的规律,为帆板运动员合理调整帆翼攻角提供指导.方法:通过求解雷诺时均方程(Reynolds Averaged Navier-Stokes Equations,RANSE),基于单向流固耦合对风速为6 m/s、攻角为20°～50°及80°～100°、间隔为5°时的工况进行数值仿真,获取帆板帆翼单向流固耦合时粘性流场、结构场的变化情况.结果:攻角为20°～25°时帆翼升力系数随攻角的增加而增加;超过25°后,升力系数逐渐减小,帆翼失速角处于25°附近;当攻角>90°时,随着攻角的继续增加,升力系数和阻力系数均随攻角的增加而增大.帆翼最大变形发生在帆顶角处,迎风航段攻角为20°～25°时,最大变形量随攻角逐渐增大,且增大幅度较为明显;当攻角达到失速角之后,攻角继续增大时,帆翼最大变形仍继续增加,但幅度变小.顺风航段攻角<90°时,随着攻角的增加,帆翼的最大变形量减小;攻角>90°时,最大变形与之前相比有明显增大.帆翼表面存在应力集中的现象,桅杆顶端与帆上角连接处等效应力的数值最大,应力分布最为集中,帆翼后帆边也存在较大的等效应力,而桅杆中下部以及帆翼底部等效应力较小,帆板帆翼的主要受风区域位于桅杆中上部,后帆边的中下部,以及两者之间的区域.结论:帆翼的失速角位于25°附近,迎风及横风航段最佳攻角为20°左右,顺风航段应尽量减小攻角;帆翼的最大变形发生在帆顶角处,帆面存在等效应力集中现象.

关键词：Neil Pryde RS:X、单向流固耦合、攻角、升力、阻力

所属期刊栏目：57

分类号：G804.65(体育理论)

资助基金：国家自然科学基金项目;武汉体育学院东湖学者计划

在线出版日期：2021-03-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共11页

页码：81-91