如何借助仿真改进划桨方法

要在划船比赛中具有竞争力，需要桨手们具有强健的身体、争分夺秒的时间观念、协调一致的动作，以及相互配合的精神。一开始，这听上去似乎很容易。无非是把船桨伸到水中，再用力向后划水，船就能向前移动了。而事实证明，针对不同的情况，实际上可以使用很多不同的划桨动作。

划桨过程中对抗强风

划艇运动是我的一大爱好。事实上，我过去常在波士顿美丽的查尔斯河上参加划龙舟比赛。如果您在晴朗的夏日来到这个美丽的城市，我强烈建议您租一条木舟，沿河划船。

在查尔斯河上一享划龙舟的乐趣。

不过，波士顿的天气变化莫测。当您开始划着小船顺流而下时可能还风平浪静，一转眼就可能刮起大风，把您的划艇吹得东倒西歪。您每次举起船桨时都能感受到风的阻力。在您向前摆动船桨时，就会冲击到被风掀起的小浪的波峰。遇到这种情况，免不了会打湿衣服，更糟糕的是，还会让船身失去平衡。如此一来，要换成哪种划桨动作才能摆脱这种困境呢？

富有经验的桨手可能会开始使用印第安划法，也称为加拿大钩形划法，这是众多划艇桨法中的一种。它是典型动力冲程中向后移动船桨的划法。这种方式不需要把船桨抽出水面，桨手通过转动桨柄，使桨叶在回程中与行驶方向平行。

说到印第安划法的优点，这里做了很好的演示，即在于桨叶绝不会暴露在风中，因此不会冲击任何波峰。由于这种划法适合在速度较慢时采用，因此很少用于比赛中。这种方式要求能够强有力地控制船桨，并且非常了解如何在对水移动中划动桨叶。

借助 COMSOL Multiphysics，您可以对划桨动作进行分析并做出改进。我们将向您展示分析原理。

使用 COMSOL Multiphysics 为划桨动作建模

让我们把问题变得简单一些。我们要考虑的是一种简化的划桨动作，然后在二维平面上建模。尽管我们假设在 z 方向（水深）没有变化，但我们可以从这里开始做进一步思考。待研究的模型由一个填满水的矩形流体域组成。该示例包括一个舟状图样和一个表示船桨的矩形图样。

要建模的船桨沿已知路径来回移动、并绕自己的中心旋转。我们可以根据已知的平移和旋转运动来指定桨叶的流体速度。划艇壁的流体速度为零，且模型空间周围是开放的边界条件。

建模域考虑了划艇附近船桨的平移和旋转运动。小船是从左向右移动。

在之前的博客中，我们强调了域的一般平移建模以及旋转和线性平移方法。 综合使用这些技巧可以对船桨的变形和旋转进行建模。以下动画演示了这些技巧，通过一个全冲程来显示网格。网格面可以相对于彼此进行滑动，但仍在这些不相连的网格界面之间保持解的连续性。

该动画描绘网格的移动情况。为便于说明，显示的网格非常稀疏。

由于现已完全定义桨叶的平移和旋转运动，此时只需解决一个问题：移动域上的 Navier-Stokes 方程。在本次分析中，我们假定这是层流。并且划艇非常重，无法移动。以下动画非常形象地演示了最初几次划桨的结果。

划桨过程中的流体流动。

尽管这是一个相对简化的案例，但您已经对桨叶周围的流型进行了可视化，您又会如何改进自己的划桨动作呢？在您确定最佳的划桨动作后，您甚至可能想要考虑就在波士顿加入一个极具竞争力的龙舟团队，或者在其他任何地方—这正是运用 COMSOL Multiphysics 建模技巧的一种健康而有趣的方式！

您还能想到适合使用这种方法的其他情形吗？我们非常乐意收到您的反馈。如果您有兴趣使用 COMSOL Multiphysics 为船桨建模，或将其用于其他形式的流体-结构相互作用，请联系我们。