帆板流體動力性能與最佳航線的研究

內(nèi)容概要

　　《帆板流體動力性能與最佳航線的研究》緊緊圍繞國家帆板隊備戰(zhàn)奧運會亟待解決的問題，將流體力學(xué)的知識與帆板運動實踐有機結(jié)合起來，以作者博士論文的基礎(chǔ)、2008年奧運科技攻關(guān)課題為依托，系統(tǒng)地開展了帆翼的空氣動力學(xué)、板體的水動力學(xué)、航速預(yù)測（VPP）與最佳航線的設(shè)計等幾個方面的研究，構(gòu)建了一套帆板流體力學(xué)的研究方法，這在國內(nèi)實屬開創(chuàng)性研究工作。帆船帆板運動是集娛樂性、觀賞性、探險性、競技性于一體的體育項目，它是借助風(fēng)帆推動帆船帆板在規(guī)定距離內(nèi)竟速的一項水上運動，目前已經(jīng)成為世界沿海國家和地區(qū)最為普及的體育活動之一，越來越受到人們的喜愛。

作者簡介

柏開祥，男，1967年8月出生，工學(xué)博士，湖北鐘祥人。現(xiàn)任武漢體育學(xué)院運動生物力學(xué)專業(yè)副教授，碩士研究生導(dǎo)師，中國體育科學(xué)學(xué)會會員。1985年考入北京體育大學(xué)(原北京體育學(xué)院)運動人體科學(xué)系(原體育生物科學(xué)系)本科學(xué)習(xí)，1989年畢業(yè)分配進入武漢體育學(xué)院運動生物力學(xué)教研室任教。1997年考入武漢體育學(xué)院研究生部，師從張昌亨教授，2000年獲得教育學(xué)碩士學(xué)位。同年考入武漢理工大學(xué)研究生院，在武漢理工大學(xué)王德恂教授、武漢體育學(xué)院韓久瑞教授的指導(dǎo)下攻讀流體力學(xué)博士學(xué)位，2006年6月獲得工學(xué)博士學(xué)位。近年來，已在國內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表論文20余篇，出版著作1部，主編教材1部，承擔(dān)和參與課題10余項。

書籍目錄

第一章  緒論1.1 帆板運動與流體力學(xué)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(xùn)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(jié)構(gòu)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(xué)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(chǎn)生的空氣動力學(xué)原理2.4.4 帆板運動的推進力學(xué)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(xué)概述3.2 帆翼的空氣動力學(xué)試驗內(nèi)容3.3 試驗結(jié)果的分析與說明3.3.1 拱度對于風(fēng)帆空氣動力學(xué)影響的試驗結(jié)果3.3.2 風(fēng)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(xué)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(dǎo)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(gòu)建及網(wǎng)格生成4.2.6 梯度風(fēng)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(dǎo)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(jié)果與討論4.3.1 λ＝1平板矩形帆翼計算結(jié)果4.3.2 λ＝4平板矩形帆翼計算結(jié)果4.3.3 λ＝1圓孤形帆翼計算結(jié)果4.3.4 λ＝2圓弧形帆翼計算結(jié)果4.3.5 三角形帆翼計算結(jié)果4.3.6 均勻風(fēng)與梯度風(fēng)梯形帆翼計算結(jié)果4.4 本章小結(jié)及今后仍需進一步改進的方面附錄4A FLUENT計算結(jié)果第五章  板體水動力性能的研究5.1 水動力學(xué)試驗5.1.1 試驗介紹5.1.2 試驗結(jié)果5.2 試驗結(jié)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(jīng)驗計算公式計算驗證5.3.1 粘性阻力計算經(jīng)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(jié)果的分析5.4 本章小結(jié)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(jié)構(gòu)與實現(xiàn)6.1 VPP結(jié)構(gòu)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(yù)測航速6.2.5 四種VPP模型計算結(jié)果的對比分析6.3 本章小結(jié)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(fēng)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(jié)果的對比分析7.3 左弦風(fēng)、右弦風(fēng)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(jié)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(xué)參數(shù)的測定8.1 帆板測定的主要運動學(xué)參數(shù)8.2 運動學(xué)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(xué)測試手段在帆板運動中的應(yīng)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(xué)測試參數(shù)在流體動力性能分析中的應(yīng)用8.4 本章小結(jié)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(fēng)洞實驗與水池實驗的誤差來源9.2 計算結(jié)果誤差分析9.2.1 升力、阻力關(guān)于攻角的回歸結(jié)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(jié)果的誤差分析9.2.4 VPP計算結(jié)果的誤差分析9.2.5 最佳航線計算結(jié)果的誤差分析9.2.6 基于FLUENT最佳航線計算結(jié)果分析附件9A Van Oossanen（1993）VPP數(shù)據(jù)第十章  結(jié)論與建議10.1 帆翼試驗的主要結(jié)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(jié)果與主要結(jié)論10.3 板體水動力學(xué)試驗研究的主要結(jié)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(jié)論10.5 最佳航線計算的主要結(jié)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(xiàn)

編輯推薦

《帆板流體動力性能與最佳航線的研究》由中國地質(zhì)大學(xué)出版社出版。

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