风能驱动航行器是一种利用风能作为驱动力的新型航行器,它利用自动风帆提供驱动力,只需携带少量电池供给传感器和驱动电机使用即可实现长航时和长航程水面航行,即可达到对大范围海洋区域表层相关气象和水文参数的长时间在位观测。翼帆作为风能驱动航行器的驱动模块,其对风能驱动航行器的航行特性有着重要影响。目前,传统翼帆模块不具备变面积功能,无法适应海面风速、风向的时变性。对此,本文提出一种新型可折展翼帆设计方案,且基于ANSYSFLUENT流体力学计算,集成风模型、风能驱动航行器受力模型建立了航行特性计算方法,对不同的风速、风向,翼帆处于不同攻角、不同面积下的风能驱动航行器的航行特性进行了研究。论文研究成果可为设计新型高性能风能驱动航行器提供重要参考。为适应海面风速、风向的时变性,仿海洋旗鱼背鳍变形方式,提出了一种新型单自由度可折展翼帆设计方案。该折展翼帆由折展翼帆构型、自锁机构、线驱动组件组成。通过自锁机构可实现折展翼帆构型在特定位置的锁定,进而实现4种翼帆面积的调整,从完全展开到完全折叠状态,可实现约92%的折叠率。由于该折展翼帆具备变面积功能,可根据不同航行工况调整翼帆面积和攻角,使翼帆具有较好的气动性能,使风能驱动航行器在不同的风况下长期自主航行。基于风能驱动航行器稳态航行机理,建立横倾状态下的风模型、航行器水平面受力模型和横剖面力矩模型。运用ANSYS-FLUENT流体力学计算软件进行了翼帆气动力参数、航行器水动力参数的计算。另外,基于折展翼帆变形机理,进行了不同形态翼帆的质心位置参数的求解。基于横倾状态下的风模型、风能驱动航行器受力模型,建立了航行特性计算方法。研究了翼帆攻角、翼帆面积、外界风速、外界风向对航行特性的影响。研究结果表明,在不同的风速、风向下,调整翼帆为不同的攻角、不同的面积,可使风能驱动航行器达到一个较高的航速和适宜的横倾角,即可使风能驱动航行器具有较为稳定的航行状态。对所设计的风能驱动航行器实验模型开展了水池试验。获取了在特定风速、不同风向、不同翼帆攻角、不同翼帆面积下,航行器稳态航行时的航速和横倾角,并与通过航行特性计算方法计算得到的航速、横倾角进行了比对,相对误差均在20%以内。结果表明,基于横倾状态下的风模型和风能驱动航行器受力模型所建立的航行特性计算方法可靠,可用于指导后续风能驱动航行器的优化设计。