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基于无人帆船的风帆载荷与水动力载荷分析
| 论文题名： | 基于无人帆船的风帆载荷与水动力载荷分析 |
| 关键词： | 无人帆船;风帆载荷;水动力载荷;风场环境;数值模拟 |
| 摘要： | 在现如今的二十一世纪，海洋资源越来越受到重视。当今世界上每一个拥有丰富海洋资源的国家都将海洋资源的有效开发与利用作为国家发展战略的重点。同时，人们越来越认识到地球能源的有限性，日益提倡可持续发展的清洁能源。与传统的海洋环境监测装备与工具相比，无人帆船有着不受燃料与电池限制、所使用能源为清洁能源、投放回收方便、海上适应能力强等优点，在长航程，长航时海洋检测应用方面具备优势。随着计算机飞速发展，数值模拟方法成为研究船舶载荷问题一大有力工具。 在无人帆船的载荷方面，海上无人帆船为小尺度船，其所处风场为近波面风场，边界条件特殊，气液耦合效应明显，而目前的研究主要集中在大型船舶的风帆助航问题与风帆在定常风场中风载荷的问题，针对于小尺度帆船在近海面风场内的研究较少。因此，本文以无人帆船为研究对象，采用STAR-CCM+软件数值模拟的方法，对无人帆船所在风场环境、翼帆载荷、水动力载荷等方面进行了数值模拟仿真计算。并对近海面波浪对风场的影响、近海面风场对翼帆的影响进行了对比与分析，得出无人帆船的翼帆在波浪上方受到的阻力与升力。对翼帆进行分区域的检测，得出翼帆不同区域在近海面风场下的升力阻力的大小关系以及受梯度风场升力变化的敏感度。结果表明，翼帆在波浪上空下三分之一区域内所受升力较小，且升力变化波动较大。根据小型无人驾驶帆船帆结构在风荷载和空气流场梯度之间的关系，给出无人帆船翼帆结构设计方面可以采用倒梯形帆型的优化方案。 |
| 作者： | 曹金梦 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 万磊 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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