1。2国内外研究现状 

1。2。1国外研究现状

1。2。2国内研究现状

1。3本文的主要研究内容

本文研究的主要内容有以下几个方面：

（1）选定数值模拟所用风帆

作为风帆助航实验的前期工作，首先需要了解目前所有风帆的种类及其不同的运用领域。针对实验要求选定风帆型号及其参数。

（2）基于CFD对传统型风帆开展有限元分析

选定风帆型号及参数后，利用GAMBIT进行建模，建模完成后导入FLUENT中，对其空气动力特性做出详细分析，获得升（阻）力系数、升（阻）力、推力及压力云图等等。得到数据后，本文通过对数据进行分析，可以初步设计出实验方案。

（3）风帆数值模拟结果分析及风帆之间的对比分析

本文中将会选取传统型风帆在相同风速不同攻角下以及相同攻角不同风速下这两类不同工况进行详细对比分析。着重研究二者的改变对风帆性能的影响。

文中还将选取风帆与同组风帆进行对比分析，从而增加本文所得结论的普遍性，也更好的为下面设计实验方案提供便利。

除此之外，在对数值模拟结果的分析过程中，本文还研究了在大攻角下的风帆性能。

（4）实验方案设计

结合数值模拟的详细分析结果，首先可以提出对实验结果的假想及预估，在对可能出现的实验结果进行预分析之后，再对实验方案进行初步设计，这样可以保证实验方案的可行性及可靠性。

第二章 风帆流场计算的基本理论

2。1 空气动力学

空气动力学[5]是力学的一个重要分支，是研究飞行器或者其他物体在与空气或其他气体作相对运动情况下的气体的流动规律、受力特性和伴随发生的物理化学变化。而在空气动力学当中，机翼理论是本文研究能够顺利开展的前期重要理论。

2。1。1 机翼理论

机翼理论是研究支持水翼船飞腾、飞机升空的重要理论。在航空、舰船等工程上应用最多，在研究船舶的操纵性时，可以将船体的水下部分看成是一个机翼（短翼）。当然，在对于风帆的研究中也起着相当重要的作用，机翼理论同样可以运用于风帆助航研究当中，风帆升力的产生原理与机翼理论十分相似，所以该理论可以为本文进行研究及对风帆模型的研究提供前期理论支持。

2。1。2 风帆升力线理论论文网

从空气动力学的观点看，风帆与其他机翼式螺旋桨升力面的差别，是风帆通常在高升力系数下工作。因此，本文中对风帆的计算部分采用升力线理论会有更好的近似性。

在进行风帆的相关计算中，虽然风帆的负荷很重，但是由于诱导角较小，仍然可以用线性理论来估算空气动力。针对作用在单帆上的所有力和力矩，可以用升力线理论对两者的数值大小进行估算。单帆升力线理论，揭示了许多关于最佳展向载荷分布的知识。在升力大小一定的情况下，存在最小诱导阻力的条件是诱导角恒等。对于带有两个帆及两个以上帆的船，可以从存在相互作用的升力线理论的方向讨论。在升力线理论[6]的限度内，升力、诱导阻力和侧倾力矩可以将帆压缩成升力线交错排列的等价理论来计算。

通过结合升力线理论，可以使本文中升力系数及阻力系数的计算结果更为接近实际，从而使得后期实验方案的设计相对较为可靠。

2。1。3 边界层理论

当流体运动的条件为在大雷诺数时，可以将流体的粘性及导热看成作用在流体外表面的薄层上，这个薄层即边界层。根据边界层[7]的这一特点，可以简化纳维-斯托克斯方程，接着并对所知方程加以求解，就可以得到阻力和传热一般规律。