目的:探讨环境风对跳台滑雪空中飞行气动特性的影响。方法:通过计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法数值模拟预测了不同环境风下跳台滑雪空中飞行空气动力学特性,并探究了水平方向环境风、竖直方向环境风以及侧向环境风对气动特性的影响。将跳台滑雪运动员与滑雪板看成一个多体系统,建立在空中飞行某一种普遍姿态下此多体系统的精细化三维几何模型与网格模型,采用部分时均(partially averaged Navier-Stokes,PANS)湍流模型进行数值模拟,提取多体系统的受力及力矩情况,直观地显示多体系统周围的流场信息。数值预测涉及的水平方向风风速包括-4 m/s、-2.5 m/s、-1 m/s、0 m/s、1 m/s、2.5 m/s、4 m/s等工况;竖直方向风风速包括-8 m/s、-4 m/s、-2.5 m/s、-1 m/s、0 m/s、1 m/s、2.5 m/s、4 m/s、8 m/s等工况;侧向风风速包括1.5 m/s、3.0 m/s、4.5 m/s、7.5 m/s、10.5 m/s、13.5 m/s等...

目的:分析研究滑雪板夹角对跳台滑雪飞行阶段气动特性的影响。方法:建立精细化三维几何模型与网格模型,采用部分时均(partially averaged Navier-Stokes,PANS)湍流模型对气动特性进行计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)数值模拟,获取不同滑雪板夹角下(24°、28°、32°、36°和40°)力和力矩、压力分布以及流场形态。结果:1)总升力与总阻力、升力系数与阻力系数、总力矩与滑雪板力矩均随滑雪板夹角增大先减小后增大最后小幅减小,但总升阻比基本保持不变,总体呈略微下降趋势;2)滑雪板升力随滑雪板夹角增大呈现单调递增的趋势,而滑雪板阻力随滑雪板夹角增大先减小后增大;3)滑雪板正面压力分布规律基本相同且比较均匀,而滑雪板背面下半部分压力随滑雪板夹角变化比较明显;4)运动员身后以及滑雪板身后的流场形态主要以回流涡形式出现,滑雪板背面回流涡...

目的探明迎风阶段摇帆频率和幅度组合方案对帆翼推进性能的影响,为运动员在迎风起航、紧急避让及迎风航行等过程提供个性和科学的摇帆调控建议,助力运动员对帆翼的科学操控。方法确定运动员摇帆特征并建立帆翼运动模型,采用URANS方法,调用SST k-ω湍流模型,求解迎风摇帆时帆翼空气流场气动力变化规律。基于力学分析建立帆翼推进性能评价方法,并研究攻角20°的帆翼在风速3 m/s迎风、频率0.67~2.00 Hz和幅度2°~10°组合工况下的帆翼推力系数和能耗系数。结果摇帆频率为0.67~1.00 Hz时,推力系数和偏航力系数平均值随幅度增加而增大;摇帆频率为1.30~2.00 Hz时,推力系数和偏航力系数平均值均随幅度增加呈现先增大后减小的趋势,配合幅度8°摇帆可使推进性能最优;摇帆能耗系数随幅度和频率增加而增大,高频大幅摇帆能耗是低频大幅的25倍,是高频小幅的10倍。...

目的探索帆翼摇帆因素(风速、攻角、频率和幅度)对帆翼气动特性和推进特性的影响。方法通过低湍流度风洞和改装扑翼测控系统开展RSX帆翼模型风洞试验,模拟实际比赛中帆翼在迎风航段滑行和以不同频率、幅度围绕前进方向正弦摇帆的情况。结果在滑行状态下,帆翼气动力随攻角和风速增加而增大,风速在5 m/s和6 m/s时帆翼的升力系数接近,但风速为6 m/s时的阻力系数明显小于5 m/s时。在摇帆状态下,帆翼气动力特征符合周期性变化;升力随摇帆频率的升高而增大,阻力随摇帆频率升高呈小幅减小。航向角35°航行时,推力系数未随攻角增加明显增大,但存在相位差,瞬时能耗系数明显增大;增加摇帆频率或幅度可以提升帆翼推力特性,同时,瞬时能耗成倍增加,但摇帆频率的增加比幅度的增加所需能耗更高。结论帆翼摇帆比滑行能更有效地改善帆翼的气动力;风速是...

目的:探讨姿态不对称(包括偏航旋转与翻滚旋转)对跳台滑雪飞行阶段气动特性的影响。方法:将跳台滑雪运动员与滑雪板作为一个多体系统,采用部分时均(partially averaged Navier-Stokes,PANS)湍流模型并通过计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法数值模拟预测了多体系统姿态不对称情况下跳台滑雪飞行阶段空气动力学特性。偏航旋转角计算工况包括2.5°、5.0°、7.5°、10.0°、12.5°和15.0°,翻滚旋转角计算工况包括2.5°、5.0°、7.5°、10.0°、12.5°和15.0°。结果:1)受偏航旋转影响或翻滚旋转影响,多体系统明显产生偏航力、偏航力矩、翻滚力矩,且数值均呈现单调增大趋势;2)偏航旋转或翻滚旋转均对多体系统的升力、阻力以及俯仰力矩产生较大影响,当偏航旋转角为15.0°时,多体系统总升力减小10.14 N,总阻力增大36.71 N,总升阻比减小0.439,俯仰力矩数值增大2.59 N·m;当翻滚...