为了满足无人帆船在进行海洋调查时航时长、范围大和寿命高的要求,本文设计了一款新型无人帆船。通过SolidWorks软件建立无人帆船的三维模型,并采用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)对翼帆的气动性能进行分析。在考虑帆船航行实际工作状态的前提下,通过比较柔性帆、刚性帆和翼型对称截面与非对称截面的性能,确定了主帆为NACA 0021,尾翼为NACA 0018翼型的对称刚性帆,以提高帆船的气动性能。同时,采用与飞机升降舵类似结构的尾翼控制翼帆与来流的攻角,极大地降低了控帆的难度与功耗。为分析翼帆的气动性能,选用SST k-ω模型在Fluent中进行模拟分析。研究结果表明,翼帆的升力系数较大,空气流动平稳,并未出现涡流区,同时,翼帆表面压力呈现平滑的过渡现象,使气流可以平稳的从主帆表面分离,满足设计要求。该研究对使用无人帆船探索海洋具有...

为了促进无人帆船在海洋调查等方面的应用,对一种无人帆船的刚性翼帆进行了气动性能研究。首先,对翼帆模型进行参数化建模,运用Fluent软件的SST模型对其进行CFD分析,得出襟翼位置、展弦比、锥度比和倾斜角对翼帆气动性能的影响规律。其襟翼距离主帆较近时会减小翼帆的升力系数,襟翼上下位置对翼帆的升力系数不产生影响;主帆采用大展弦比会提高翼帆气动性能,其次,采用锥形主帆,当锥度比τ=0.45时,可以降低主帆重心和根部的弯曲载荷,同时翼帆仍具有较好的气动性能;随着主帆倾斜角度的增加,翼帆气动中心降低、升力系数减小。

针对翼帆回转控制实验中出现的起动升速、制动降速过程转速曲线的非线性特征,建立翼帆转速与调速阀电流关系的数学模型及其逆函数模型。基于翼帆回转液压实验台的阀控调速开式液压系统,采用非线性前馈补偿控制和实验研究方法对调速阀电流进行补偿控制。实验结果表明：该补偿方法能够得到线性度较高的升速、降速曲线,同时也能够提高转帆精度,是翼帆回转前馈补偿控制研究的关键步骤,为翼帆回转控制器设计和翼帆的实船应用奠定基础。

翼帆回转液压系统工作应具备稳定性，在所搭建的翼帆回转液压实验台上，翼帆回转可以通过对该液压系统中的比例调速阀缓慢开启、关闭动作进行缓慢起动、制动，在对比例调速阀非线性补偿控制的基础上，将不同类型的起动、制动控制信号分别施加于比例调速阀，以可靠性和稳定性为评价标准，最终确定最佳控制信号，为翼帆回转实验台控制器设计奠定基础，同时为翼帆回转系统设计和实船应用提供实验研究基础。

根据翼帆空气动力学特性和受力分析结果,设计并搭建翼帆回转液压实验台.将不同类型的控制信号和控制时间分别施加于电磁调速阀,从而对系统进行控制信号起动、制动的实验研究.为了使翼帆能够安全、精确地回转,以可靠性和稳定性为评价标准,最终确定最佳控制信号和控制时间,为翼帆回转实验台控制器设计奠定实验研究基础,同时为翼帆回转机构及其液压驱动系统设计和实船应用提供理论基础.