基于风洞试验的奥运会RS:X级帆板摇帆推进特性研究

简介

目的探索帆翼摇帆因素(风速、攻角、频率和幅度)对帆翼气动特性和推进特性的影响。方法通过低湍流度风洞和改装扑翼测控系统开展RSX帆翼模型风洞试验,模拟实际比赛中帆翼在迎风航段滑行和以不同频率、幅度围绕前进方向正弦摇帆的情况。结果在滑行状态下,帆翼气动力随攻角和风速增加而增大,风速在5 m/s和6 m/s时帆翼的升力系数接近,但风速为6 m/s时的阻力系数明显小于5 m/s时。在摇帆状态下,帆翼气动力特征符合周期性变化;升力随摇帆频率的升高而增大,阻力随摇帆频率升高呈小幅减小。航向角35°航行时,推力系数未随攻角增加明显增大,但存在相位差,瞬时能耗系数明显增大;增加摇帆频率或幅度可以提升帆翼推力特性,同时,瞬时能耗成倍增加,但摇帆频率的增加比幅度的增加所需能耗更高。结论帆翼摇帆比滑行能更有效地改善帆翼的气动力;风速是影响滑行与摇帆状态下帆翼气动特性和推进特性的主要因素;运动员根据比赛中的风力调整攻角是保证帆翼可操纵性的基础;增加摇帆频率可提升帆翼推进特性,但瞬时能耗较大,需要运动员具备较强的身体素质和控帆能力。总之,摇帆频率和幅度的配合是帆翼高效能推进的保障。