帆板流體動力性能與最佳航線的研究

第一章 緒論
1.1 帆板運動與流體力學的研究價值
1.2 帆板運動研究現(xiàn)狀及存在的主要問題
1.2.1 訓練與比賽測試器材的研究
1.2.2 帆板運動的流體動力性能的研究
第二章 帆板運動簡介
2.1 帆板運動的格局
2.2 帆板的結構
2.2.1 帆板的分類
2.2.2 我國開展的主要板型介紹
2.2.3 帆板器材各部件的功用
2.3 帆板的競賽規(guī)則簡介
2.4 帆板運動的力學分析
2.4.1 作用于帆板上的力與力矩的分析
2.4.2 帆板運動的基本條件
2.4.3 帆翼推進力產生的空氣動力學原理
2.4.4 帆板運動的推進力學
第三章 帆翼空氣動力性能的試驗研究
3.1 帆翼的空氣動力學概述
3.2 帆翼的空氣動力學試驗內容
3.3 試驗結果的分析與說明
3.3.1 拱度對于風帆空氣動力學影響的試驗結果
3.3.2 風向角■＝0～360度間空氣動力特性試驗
3.3.3 前傾、后傾、正扣、反扣等七種組合的對比試驗
3.4 今后仍需進一步改進的方面
附錄3A 一般多項式回歸
第四章 帆翼空氣動力學的數(shù)值計算
4.1 FLUENT對于帆翼空氣動力性能的數(shù)值計算
4.1.1 N-S方程數(shù)值模擬粘性流場的基本理論
4.1.2 FLUENT的概述
4.1.3 FLUENT求解N-S方程的過程
4.2 渦環(huán)柵格法對于帆翼升力與誘導阻力的理論計算
4.2.1 渦環(huán)柵格模型
4.2.2 定常渦環(huán)柵格法基本方程組
4.2.3 邊界條件
4.2.4 馬蹄渦影響系數(shù)的計算
4.2.5 帆翼三維曲面的構建及網(wǎng)格生成
4.2.6 梯度風的計算
4.2.7 高斯消元求解基元馬蹄渦強的過程
4.2.8 帆翼的升力、誘導阻力的計算
4.2.9 物面上壓力分布的計算
4.2.10 計算模塊說明
4.3 FLUENT與渦環(huán)柵格法的計算結果與討論
4.3.1 λ＝1平板矩形帆翼計算結果
4.3.2 λ＝4平板矩形帆翼計算結果
4.3.3 λ＝1圓孤形帆翼計算結果
4.3.4 λ＝2圓弧形帆翼計算結果
4.3.5 三角形帆翼計算結果
4.3.6 均勻風與梯度風梯形帆翼計算結果
4.4 本章小結及今后仍需進一步改進的方面
附錄4A FLUENT計算結果
第五章 板體水動力性能的研究
5.1 水動力學試驗
5.1.1 試驗介紹
5.1.2 試驗結果
5.2 試驗結果分析
5.2.1 阻力分析
5.2.2 橫向力的分析
5.2.3 實際航行縱傾角隨靜態(tài)縱傾角、船速與橫傾角變化規(guī)律
5.2.4 船體升沉值隨靜態(tài)縱傾角、船速與橫傾角的變化規(guī)律
5.3 經驗計算公式計算驗證
5.3.1 粘性阻力計算經驗公式
5.3.2 板體與附體濕面積的計算
5.3.3 粘性阻力的計算
5.3.4 興波阻力計算
5.3.5 隨著船速的變化粘性阻力與興波阻力的比例
5.3.6 計算結果的分析
5.4 本章小結及今后需進一步改進的方面
附錄5A 梯形法求曲線面積
附錄5B 辛浦遜法求曲線面積
第六章 VPP的結構與實現(xiàn)
6.1 VPP結構模式
6.1.1 帆板運動的平衡方程式
6.1.2 四種VPP計算模式概述
6.1.3 帆翼空氣動力模型和板體的水動力模型的建立
6.1.4 最大推力系數(shù)和橫向力系數(shù)的計算與回歸
6.2 VPP四種計算方法的建立與實現(xiàn)
6.2.1 最小阻力分析法計算模型的建立與實現(xiàn)過程
6.2.2 最大推力分析法計算模型的建立與實現(xiàn)過程
6.2.3 泛函數(shù)分析法計算模型的建立與實現(xiàn)過程
6.2.4 角度分析法預測航速
6.2.5 四種VPP模型計算結果的對比分析
6.3 本章小結以及需進一步開展的工作
附錄6A VPP綜述
附錄6B 非線性方程組求解方法
附錄6C 牛頓迭代法
附錄6D 二分法的基本原理
附錄6E 不同k值下泛函數(shù)分析法船速的計算
第七章 最佳航線的分析
7.1 帆船、帆板航行時間
7.2 逆風航行的航線計算
7.2.1 等腰三角形走法的討論
7.2.2 直角三角形走法的討論_
7.2.3 任意三角形最佳航線的計算
7.2.4 等腰、直角與任意三角形計算結果的對比分析
7.3 左弦風、右弦風走法的對比分析
7.4 水流對于航線影響的定性分析說明
7.5 本章小結以及今后仍需進一步開展的研究工作
第八章 帆板實際航行中運動學參數(shù)的測定
8.1 帆板測定的主要運動學參數(shù)
8.2 運動學測試手段
8.2.1 測角儀
8.2.2 速度儀
8.2.3 光電運動檢測分析系統(tǒng)
8.2.4 影像解析系統(tǒng)
8.3 運動學測試手段在帆板運動中的應用
8.3.1 運用三維影像解析系統(tǒng)的可行性與難度分析
8.3.2 運動學測試參數(shù)在流體動力性能分析中的應用
8.4 本章小結
第九章 誤差分析
9.1 誤差理論
9.1.1 誤差的概念
9.1.2 常見誤差分析處理的方法
9.1.3 風洞實驗與水池實驗的誤差來源
9.2 計算結果誤差分析
9.2.1 升力、阻力關于攻角的回歸結果分析
9.2.2 最大推力系數(shù)的誤差分析
9.2.3 板體阻力一船速回歸結果的誤差分析
9.2.4 VPP計算結果的誤差分析
9.2.5 最佳航線計算結果的誤差分析
9.2.6 基于FLUENT最佳航線計算結果分析
附件9A Van Oossanen（1993）VPP數(shù)據(jù)
第十章 結論與建議
10.1 帆翼試驗的主要結論
10.1.1 五種拱度的對比試驗
10.1.2 帆翼0～360度空氣動力性能試驗
10.1.3 七種前后傾、正反扣組合試驗
10.2 帆翼數(shù)值計算結果與主要結論
10.3 板體水動力學試驗研究的主要結論
10.3.1 板體阻力的分析
10.3.2 橫向力的分析
10.3.3 縱傾角隨靜態(tài)縱傾角、船速與橫傾角的變化規(guī)律
10.3.4 船體升沉值隨靜態(tài)縱傾角、船速與橫傾角的變化規(guī)律
10.3.5 阻力成分的計算
10.4 VPP研究的主要結論
10.5 最佳航線計算的主要結論
10.6 帆板運動研究需要進一步改進的地方
附錄10A 帆板流體動力性能與最佳航線研究的主要程序
參考文獻