翼型风帆的气动力学分析研究

在NACA0006翼型和圆弧型风帆的基础上,针对船用助航风帆的特点设计出一种新型翼型风帆,并采用标准κ-ε模型,利用FLUENT软件对翼型在8个不同风向角下的空气动力特性进行了数值模拟计算,获得翼型风帆在8种不同风向角下的升力系数和阻力系数,并对计算风帆模型进行风洞试验,风洞试验得到的升力系数和阻力系数结果与模拟计算结果有较好的吻合,通过试验结果对比证明其升力系数比常规的矩形圆弧风帆有很大提高.     

高级曲面风帆助航系统与结构设计

随着自动化技术的发展,风帆助航系统在以下方向发展成为可能:①利用计算机实现对风帆的自适应操纵;②风帆与主动力装置的优化配合,以经济航速航行;③复杂型线风帆的操纵、应用和推广成为可能。风帆的型线设计在近代有着较大的改进,机翼形、组合翼型、圆弧形、圆筒型、百叶窗型、多翼面高升力型等。我校在前期针对圆弧型风帆的设计,通过对其流体动力特性的数值分析和风洞试验结果,在型线方面进行改进,分析了贝壳式迎风面中部卸载,并在卸载区域假设风轮机增加风帆在特殊风向攻角下的综合性能。采用Pro\E进行风帆的三维曲面设计,并利用有限元分析软件Ansys对贝壳式风帆迎风面上的压力分布、风帆产生的升力和阻力等流体动力特性进行了数值分析。贝壳式风帆中部的风轮机在风向大攻角下,类似圆筒风帆起到辅推作用。该款复合型线设计风帆的分析结果,可为开发商用风帆助航节能船舶提供一定的指导。     

基于翼型理论的风帆助航技术分析

分析目前船舶利用风能辅助推进的方式,在模型试验的基础上,分析翼型风帆和传统风帆的动力特性.对船舶应用基于翼型理论的风帆助航技术的经济性进行分析,提出在当前形势下船舶采用风帆助航技术的必要性及后续需要解决的问题.     

基于CFD和试验的襟翼帆设计研究

对远洋船舶利用风能的特点进行了分析,设计了一种带有缝翼和襟翼形式的襟翼帆,来提高船舶风帆的升力。首先,对该襟翼帆模型的大量参数进行仿真优化,得出了不同参数对模型空气动力学特性的影响规律,并确定了该模型较为理想的参数值,仿真条件下该模型的最大升力系数在2.75左右;然后,对缩小后的模型进行风洞试验,该模型试验的空气动力学特性与仿真吻合较好,最大升力系数在2.52左右(在允许误差范围之内);最后,给出了在海况条件下该模型的相关仿真和实验控制特性曲线图,两者基本吻合,进一步证明了设计的准确性。     

海面梯度风下一种翼型风帆的数值计算

引入一种近海面梯度风场的计算方法,通过Spalart—Allmaras湍流模型求解三维不可压流体的N—S方程,计算近海面风场实际分布下一种翼型风帆的气动表现。比较了定值风速气动特性与梯度风表观气动特性的升阻比,同时讨论了在所述条件下,应用定值风速气动特性分析海面实际风场下风帆表现引起的误差。     

一种折叠式船舶风帆助航设计方案探讨

基于现有风帆助航船舶的设计方案,根据横向力系数和推力系数随拱度比的变化趋势选定风帆参数。该文设计了可折叠帆面、双列布置的风帆方案,解决风帆助航船舶风帆装置对甲板空间占用过大的问题,风况不利、船舶进出港以及装卸货物时亦可实现良好的收帆效果。该文以80000t船为例检验该设计方案对船体稳定性的影响,得出了该新型风帆设计方案可有效降低燃油消耗实现船舶节能减排,并满足船舶安全要求的结论。     

粒子群算法在翼型剖面优化中的应用

为设计出具有良好升阻比性能的翼型剖面,采用智能优化领域新兴的粒子群优化算法(PSO)结合面元法对翼型进行优化设计。文中给出了PSO算法的数学模型及其在翼型优化设计中的主要计算过程,并以Naca66mod翼型为原型进行设计。获取了翼型优化过程中每一步处的翼型剖面形状、翼型表面压力系数分布以及翼型的升力系数、阻力系数和最大厚度比,结果分析表明经过优化后的翼型与原型相比,具有升力系数增加,阻力系数减小这一有利的特征改变。同时采用CFD方法对两种翼型进行数值模拟计算,获得同上的结论,进而验证了PSO方法在翼型优化设计中的可行性。     

“育明”轮风帆助航经济性分析

为"育明轮"拟安装四个圆弧型风帆,并借助流体动力软件Fluent,建立圆弧型风帆模型,并分析其空气动力特性,得出风帆的升力/阻力系数以及最优操帆曲线。另外,采用初步估算方法,分析"育明轮"加装风帆对主机耗油和CO2排放方面的影响,结果表明"育明轮"采用风帆助航技术,具有很好的环保与经济效益。     

翼型风帆助推船舶EEDI计算方法研究

针对新实施的指南文件计算加装风帆的船舶能效设计指数（EEDI）主机负荷可能超限等情况，采用以固定航速为主、固定功率为辅的思路，研究一种基于4自由度直航操纵运动数学模型和全球主要海运航线的风况概率统计数据，考虑螺旋桨推力、扭矩及推进效率等随进速的变化以及主机油耗随负荷的变化，得到船舶加装翼型风帆后的EEDI计算方法。结合风洞、水池试验结果以及构建的与有义波高、周期相关的波浪漂移力数据库，考虑辅机和操帆功耗，计算翼型风帆组的EEDI贡献度，并与采用指南方法的计算结果进行对比。结果表明指南方法会高估翼型风帆组的EEDI贡献度。该研究可为加装风力助推系统的船舶进行EEDI计算分析提供参考。     

基于海上航线风能资源特征的船舶风帆选型

将风帆装置的气动特性、船舶航线信息和典型航区风能资源特征相结合，提出一个船舶风帆选型方法。根据风洞试验数据分别计算并归一化圆弧形翼帆、滚筒帆、涡轮帆和天帆的风力助推系数和横漂系数；考虑不同航线上风力、风向的概率数据计算出不同风帆的助推指数和横漂指数，将每年12个月的助推指数和横漂指数相加得到总助推指数和总横漂指数；以不同风帆的总助推指数较大，兼顾较小总横漂指数的优选原则，确定最佳的风帆类型。以上海—香港航线和横滨—洛杉矶西段航线为例，利用这种风帆选型方法，计算出2个航线不同风帆助航装置的综合助推指数、横漂指数和总评价指数，确定了2条航线的最佳风帆装置，为船舶风帆的选型设计提供依据。