无人帆船柔性风帆性能的流固耦合仿真分析

为了探究柔性风帆在不同风况下的变形结果及变形对气动性能的影响，本研究中进行柔性风帆性能的流固耦合仿真分析：构建1.4 m无人帆船主帆初始形状模型和材料模型，并基于LS-DYNA程序对柔性风帆在不同攻角下进行变形计算，构建变形后的风帆形状；基于STAR CCM+程序在相同条件下对变形风帆和初始风帆进行气动性能计算。结果表明：柔性风帆变形结果主要表现为拱度变化和有效攻角变化，材料本身的拉伸对拱度变化的影响可以忽略不计；当拱度增大带来的升力增大效应强于有效攻角减小带来的升力减小效应时，升力总体上为增大；变形风帆的升力系数随着攻角的变化而更为合理、升阻更大；根据变形风帆的极曲线，获得不同航向角下的最佳攻角和最大推力系数，适用于优化柔性风帆无人帆船横风航行时的控帆策略。