多帆运动帆船操纵运动船体流场数值模拟研究及应用

It's an important fluid performance of manoeuvring characteristics of multi-sails yacht that would affect the result of the sailing match. The research will aim at the international advanced level and advanced subject, numerical simulation and application study of flow field of multi-sails yacht of ship manoeuvring motion will be carried out based on CFD (computational fluid dynamics, CFD) method. By numerical simulating on 3D unsteady viscous flow field, the hydrodynamics of the hull and appendages could be gained during the leg of the starting, windward, downwind and the front of the finish line and the side of all the mark if the sailing yacht will be maneuvered. The athletes should keep a firm grip on the principle of the whole leg and use them to trim the sail. By this research,the software system of intellectual property rights owned by itself will simulate flow field of multi-sails yacht of ship manoeuvring motion. The researches will have applied to supervise the testing and compete of the civil national sailing team and were contributed to get the copper brand and break through the brand of the civil sailing in the Olympic Games.

运动帆船操纵性是帆船重要的动力性能，是帆船比赛的最终成绩具有决定性影响的因素之一。本项目拟瞄准国际先进水平和前沿课题，开展CFD方法应用于奥运会多帆运动帆船在粘性流体中作操纵运动的流场数值模拟和流体动力计算研究，以及船舶操纵性预报方面的关键共性技术基础研究，通过对帆船在迎风、横风和顺风等各阶段作操纵运动引起的三维非定常粘性流动的系列数值模拟，计算作用在船体及附体上的水动力，以期揭示操纵运动帆船引起的复杂流动中流体动力作用机理，进而研究提出可用于指导我国健儿奥运会帆船训练、比赛的技战术方案。通过本项目的研究，可望应用CFD技术开发得到我国具有自主知识产权的操纵运动多帆运动帆船流动模拟和水动力计算的数值方法及相应的软件系统，为我国体育部门利用现代先进技术辅助运动员训练、比赛提供一种高效、便利的工具，使我国在帆船操纵性研究方面追赶上国际先进行列，为我国帆船健儿在世界大赛上取得佳绩提供技术指导。

运动帆船操纵性是帆船重要的动力性能，是帆船比赛的最终成绩具有决定性影响的因素之一。本项目拟瞄准国际先进水平和前沿课题，开展CFD 方法应用于奥运会多帆运动帆船在粘性流体中作操纵运动的流场数值模拟和流体动力计算研究，以及船舶操纵性预报方面的关键共性技术基础研究，通过对帆船在迎风、横风和顺风等各阶段作操纵运动引起的三维非定常粘性流动的系列数值模拟，计算作用在船体及附体上的水动力。综合运用计算流体动力学、运动生物力学、运动训练学等交叉学科优势，对帆船船体水动力特性进行了全面分析。.本研究利用CFD方法和采用SST K-ω湍流模型、VOF方法模拟了470级帆船船体不同吃水时的水动力性能。研究了单独稳向板在不同攻角条件下的水动力性能、单独船体（裸船体）在不考虑兴波的条件下水动力性能、稳向板与船体组合装配时稳向板和船体的水动力性能。研究发现，在不同攻角时，随着航速的增加，稳向板、裸船体的阻力增大幅度变大。单独稳向板在攻角为30°时阻力达到最大值。稳向板和船体组合会使稳向板和船体的阻力均增大，在船体平浮直航阶段，运动员可以在保证安全的前提下适当收起稳向板减小帆船总阻力，使得帆船以较快的速度完成比赛。基于数值计算结果分析讨论了470级船舵组合体中舵体和船体的相互影响。在船舵组合体计算中，舵体的失速角处于30°-35°之间，舵角在10°-25°时舵体升阻比较高。.课题组基于GPS帆船航线监控分析系统进行帆船比赛场地实地使用和测试，通过训练期间长时间、多航次的航线参数的搜集和对比，结合运动员、教练员的本体感觉以及不同运动员之间的航线对比，完成最佳航线的选择。本论文研究成果在备战2016年伦敦奥运会期间应用到中国国家帆船队训练、比赛实践中，为我国帆船夺得一枚宝贵的银牌、实现我国帆船470级项目世锦赛金牌零的突破做出了贡献。