Trots den ökande forskningen om aerodynamiken hos styva vingsegel för vindassisterad fartygsframdrivning är optimering av tvåelementskonfigurationer fortfarande otillräckligt utforskad, särskilt för ett brett spektrum av skenbara vindvinklar (AWA) och med hänsyn till de dynamiska interaktionerna mellan elementen. Denna studie etablerar en geometriskt tolkbar parametrisering och utvecklar ett optimeringsramverk baserat på en regimberoende formulering av framdrivningskraften, vilket möjliggör konsekvent optimering över olika AWA-regimer. Parametriseringen omfattar avståndet mellan elementen, huvudelementets tjocklek, klaffens tjocklek, förhållandet mellan klaffens och huvudelementets korda, klaffens gångjärnsposition samt klaffutslag. Tredimensionella instationära Reynolds-medelvärdesbildade Navier–Stokes-ekvationer, kopplade till Bayesiansk optimering, används för analysen. Optimeringsmålet definieras genom ett viktat medelvärde av framdrivningskraften över intervall av AWA, under förutsättning av en fast anfallsvinkel för huvudelementet på 12° och ett Reynolds-tal på 5,7 × 10⁶. När hela AWA-intervallet beaktas leder optimeringen till konfigurationer som domineras av lyftkraft. När större vikt däremot läggs vid kryss- eller länsregimer (AWA mindre respektive större än 90°) erhålls andra optimala konfigurationer på grund av att motståndskraftens bidrag till framdrivningen ökar. Detta indikerar att klaffutslaget spelar en avgörande roll för genereringen av motståndskraft. Känslighetsanalysen identifierar gångjärnspositionen och avståndet mellan elementen som de mest betydelsefulla parametrarna i samtliga regimer, medan klaffrelaterade parametrar är av sekundär betydelse och varierar mellan olika regimer. Studien visar betydelsen av att beakta regimberoende förhållanden vid optimering av vingsegel och ger fysisk förståelse för övergången mellan framdrivningsmekanismer som domineras av lyftkraft respektive kombinerar lyft- och motståndskraft.

Despite increasing research on rigid wingsail aerodynamics for wind-assisted ship propulsion, optimization of two-element configurations remains insufficiently explored, particularly under a wide range of apparent wind angles (AWA) and considering dynamic interactions between the elements. This study establishes a geometrically interpretable parameterization and develops an optimization framework using a regime-dependent thrust formulation that enables consistent optimization across AWA regimes. The parameterization comprises inter-element gap, main element thickness, flap thickness, flap-to-main chord ratio, flap hinge position, and flap deflection. Three-dimensional unsteady Reynolds-averaged Navier–Stokes equations, coupled with Bayesian optimization, are used. The thrust objective is defined through weighted averaging over AWA intervals, under fixed main-element angle of attack of 12° and Reynolds number of 5.7E6. A full AWA range results in lift-dominated optimization. However, when emphasizing regimes to upwind or downwind (AWA below or above 90°), optimal configurations are different due to increased drag contribution to thrust. This infers the critical role of the flap deflection in drag production. Sensitivity analysis identifies the hinge position and gap as dominant parameters across regimes, while flap-related parameters are secondary and regime-dependent. This study demonstrates the importance of regime-dependence in wingsail optimization and provide physical insight into the transition between lift-dominated and drag-assisted propulsion mechanisms.