近年来,石油资源价格低廉,但其储藏量有限且不可再生。无限制的开采与使用,对于经济能源的可持续发展极为不利。因此新船型的开发必须向低耗油的方向发展,并应同时减小对环境产生的不利影响。国际海事组织(IMO)、欧盟(EU)等,对船舶排放废气的监管越发严格。在这种大背景下,“绿色船舶”的理念应运而生,其核心便是实现节能减排。利用风帆来辅助船舶航行,是新能源应用于船舶运输中的典型方式。但现有的研究大多是针对帆型优化展开的,而对风帆助航船阻力特性的研究相对较少。因此本文以风帆助航船的阻力预报为研究背景,利用数值模拟软件STAR-CCM+,对风帆船在不同风向角、不同漂角下的阻力性能进行数值仿真计算。并对模拟结果加以分析,得出不同风向下如何适当调整风帆角度以获得较大的推力,并总结风向、漂角、舵角等对船舶阻力特性的影响。本文的主要研究内容可以概括为以下几点:(1)帆型的优化及空气动力特性的研究。首先,选取常规翼型NACA0012为验证翼型,利用软件STAR-CCM+的重叠网格技术对其进行数值仿真计算。将模拟所得的翼型气动特性结果与试验数据进行对比,验证数值模拟方法的可行性。然后选择目标帆型—椭圆弧形风帆,对其外拱拱度比、厚度比、展弦比等参数进行变化并分别模拟计算出不同风向、不同几何攻角下的推力系数,得出不同风向下获得较好助推效果的风帆几何攻角。并对结果进行对比,选择出助推效果较好的帆型参数。(2)目标船型(45000t散货船)的阻力预报及CFD方法验证。分别对不同航速下船舶的阻力进行预报,采用VOF方法捕捉自由液面,并在进出口及左右边界进行阻尼消波。预报过程中分别对不同湍流模型、不同网格数量、不同加密区域下的船舶阻力进行数值仿真计算,并将结果与已有船模试验数据进行对比,验证模拟软件的可行性及网格、条件设置的可靠性。(3)风帆助航船在直航(漂角为零)及不同漂角下阻力特性的研究。在针对直航状态下不同风向的阻力预报时,分别对布置两帆及四帆两种情况进行模拟,比较分析风帆之间的相互干扰,并得出风帆助航船在不同风向角下的助航效率及变化规律。之后对固定风向下,不同漂角时风帆助航船的阻力性能进行研究,并与经验公式阻力增值进行对比,总结出风帆助航船阻力性能随漂角的变化规律。(4)舵角对风帆助航船阻力特性的影响分析。主要通过舵角的调整以消除风帆使船舶产生的漂角,达到直航的效果。分别对不同风向下,不同舵角时的阻力性能进行预报,分析舵的受力及其对船舶产生的影响,然后对不同风向和不同舵角下的船舶阻力及旋转力矩进行分析计算,进而找出对应风向下旋转力矩为零(即漂角为零)时所对应的舵角,并展开了不同风向时对应舵角影响下的阻力性能分析。