某新型无人帆船的结构设计及翼帆气动性能分析

简介

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重要意义。