风载荷下的大型远洋船舶风帆结构静力学仿真

以大型远洋船舶风帆为研究对象,参考国内外经验,设计一种新的风帆结构,利用Solidworks和ANSYS软件对该风帆进行有限元模型的建立及网格划分,并且对该风帆模型在7~10级风载荷下进行了仿真分析,最终得到了风帆模型在7~10级风载荷下的位移图和等效应力分布图。仿真结果表明,该风帆模型可承受10级及以下风载荷作用,同时也证明了该结构风帆的安全性和可靠性。     

基于ANSYS的船用风帆结构强度有限元模型分析

安装辅助风帆以后，船舶的稳性、偏航及主机输出功率等各种性能都会发生改变，在船舶安装辅助风帆前必须对这些性能变化进行分析计算，为船舶安装辅助风帆进行性能分析及经济性论证提供可靠的依据。以设计制作的A型圆弧形硬帆模型为研究对象，利用ANSYS进行了风帆强度的有限元计算。与试验结果进行对比，结果表明所采用的建模方法是可行的．鼻可以用干囊际斑．棚所串到韵麻由佘新     

基于CFD的无人帆船襟翼帆空气动力研究

为推进无人帆船在海洋环境保护和资源勘测等方面的应用，为一款海上自动航行帆船设计了风帆结构，并进行气动性能分析。建立无襟翼帆、分离式襟翼帆和嵌入式襟翼帆3种翼帆模型，通过Fluent软件进行计算流体力学（CFD）计算分析，比较3种风帆的气动性能，分析变角度襟翼帆对风帆气动性能和对帆船推力提升理论的影响规律。结果表明，嵌入式襟翼帆对无人帆船风帆整体的气动性能具有提升的作用；随着襟翼帆偏转角的增大，风帆的升力系数和升阻比随之增大、帆船的推力系数明显增强，对帆船性能的提升具有较优的影响，促进无人帆船在推力提升方面的研究。     

船用风帆流固耦合研究进展

船用风帆与空气流场的相互作用属于典型的流固耦合问题,近年来受到高度关注,研究船用风帆的流固耦合力学行为对风帆的结构优化设计和船舶的动力性能提升具有重要意义。为全面了解当前船用风帆流固耦合问题的研究现状,该文从数值模拟和试验研究两方面对现有相关文献进行了梳理：从空气流场、风帆结构、流固耦合3个方面对所采用的数值方法进行了归纳总结,从全尺寸和缩比模型试验2个角度对现有试验方法进行归类分析;通过对比不同研究方法的优缺点,分析和探讨了船用风帆流固耦合未来的研究方向。     

巴拿马型风帆助航散货船稳性及桅杆结构安全分析

以某巴拿马型散货船为研究对象,研究其在加装风帆助航装置后的船舶稳性及风帆结构物在不同风级下的安全性,利用COMPASS进行船舶稳性衡准分析,利用ANSYS进行风帆桅杆的建模和应力、变形仿真分析,结果表明该风帆的结构布置满足船舶稳性要求,9级风以下桅杆顶端变形满足要求,并提出风帆控制的必要措施.     

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。     

帆数量对低攻角多翼帆系统推进性能的影响

基于雷诺平均的湍流处理方法，采用SST k-ω方程湍流模型对控制方程进行封闭，时间离散格式为2阶。使用STAR-CCM+商业软件分析帆数量对多帆系统推进性能的影响，并根据国际拖曳水池会议（ITTC）的不确定度分析规程进行数值不确定度分析。将仿真数据与理论方法和试验获得的数据进行对比以保证计算结果的可靠性。研究结果表明：多帆系统风帆数量增加时，其风帆助航力有明显提升，总推力增加，有更好的助航效果；但推进性能并不是随风帆数目的增加而线性增加，具体的风帆数目确定还需综合考虑稳性、操纵性等其他因素。     

风帆助航船非线性横摇倾覆概率研究

风帆助航技术为船舶利用可再生能源提供了途径,但随着横摇的幅度加大,导致船舶倾覆的概率也增大。文章采用数值分析的方法对风帆助航船舶的非线性横摇方程进行分析求解,对有风帆助航与无风帆助航船在风浪作用下产生倾覆的概率作了比较,为采用风帆助航技术的远洋船舶在符合初稳性和气象衡准稳性条件下的横摇倾覆防范提供研究思路。     

中国沿海风帆助航节能的潜力

本文从船舶安装风帆后的受力分析出发，建立了风帆助航节能计算的数学模型。结合我国沿海各主要航线所经海域的全年风向风力资源统计资料，以及现代矩形层流硬帆的试验数据，编制了计算机程序，得到航线上各统计区海域每平方米风面积所能获得的功率增益，从而可以了解中国沿海风帆助航节能的潜力。本文也可作为风帆助航船初步设计时，确定风帆主尺度的依据。     

船舶用风帆自动控制系统研究

风能是一种重要的清洁能源,利用风力风帆协助船舶航行,逐步成为一种理想的船舶节能减排措施。传统搭载风帆的船舶,其风帆的升降和风帆迎风角的改变基本靠人工来完成,这样不仅对于船舶作业人员来说劳动强度大,而且当风向发送改变时不能迅速、自动改变风帆的迎风角,操作具有一定的迟滞性,而且不能较为有效的利用风能。为了克服原始人工操帆过程中存在的这些问题和不足,本文对船舶用风帆自动控制系统进行研究,分析风帆的空气动力性能和控制方法,得到最佳帆位角和最佳操帆曲线的方法。在此基础对系统进行原理性的设计。系统操作简单,当风向改变时能自动改变风帆的迎风角,实现最佳的操帆曲线,为船舶提供最大的推进力,达到节约人力和节省资源的目的。     

风帆助航船操纵性研究

文中首先建立了风帆助航船的数学模型,计算和分析了帆对船在风中的风速限界线和可自由操纵区的影响,利用最优控制理论推导出使船在风中回转战术直径为最小的操帆规律的近似公式。然后对风帆助航船在风中的回转性能进行了数值计算,研究了帆的位置对船舶操纵性的影响。结果表明,风帆助航船若帆的位置布置得当,且适当地操帆,则其在风中的船舶操纵性能比未装帆时要好得多。     

Database of sail shapes versus sail performance and validation of numerical calculations for the upwind condition

A database of full-scale three-dimensional sail shapes is presented with the aerodynamic coefficients for the upwind condition of International Measurement System (IMS) type sails. Three-dimensional shape data are used for the input of numerical calculations and the results are compared with the measured sail performance. The sail shapes and performance were measured using sail dynamometer boat Fujin. This is a boat of 10.3-m length overall in which load cells and CCD cameras were installed to simultaneously measure the sail forces and shapes. At the same time, the sailing conditions of the boat, e.g., boat speed, heel angle, wind speed, and wind angle, were measured. The sail configurations tested were: mainsail with 130% jib, mainsail with 75% jib, and mainsail alone. Sail shapes were measured at several vertical positions for the shape parameters defined by: chord length, maximum draft, maximum draft position, entry angle at the luff, and exit angle at the leech, all of which finally yield three-dimensional coordinates of the sail geometry. The tabulated shape data, along with aerodynamic coefficients, are presented in this article. In addition, numerical flow simulations were performed for the measured sail shapes and the sailing conditions to investigate the capability and limitations of the methods through detailed comparison with the measurements. Two numerical methods were used: a vortex lattice method (VLM) and a Reynolds-averaged Navier–Stokes (RANS)-based computational fluid dynamics method. The sail shape database, in association with the numerical results, provides a good benchmark for the sail performance analysis of the upwind condition of IMS type sails.     

风帆辅助推进船舶操纵可控区研究

加装风帆后的船舶在低速时的航行特性有别于无帆情形。为确保低速航行安全,基于MMG非线性运动方程,计算了有、无风帆情况下的船舶操纵可控区。运动方程中的船体水动力系数、舵模块参数等由经验公式得到,帆/船整体气动力系数由基于滑移网格方法的CFD手段获得。计算结果表明:不同帆攻角下的船舶自由操控区不同,通过合理的帆/舵联合操纵,可以扩大风帆辅助推进船舶低速航行的可自由操控区,增强其在风中的抗风能力。     

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.     

低攻角下二维软帆空气动力特性数值模拟

针对软帆形状随帆面上下压力分布改变而改变的特点,基于涡层分布面元法原理,总结前人研究经验,提出一种可靠的数值模拟方法,编制计算程序,对低攻角情况下二维弓型薄翼软帆在不可压缩、理想流体中的空气动力特性进行数值模拟,结果表明:该方法在低攻角下的模拟结果与试验值吻合良好.这一结果对于进一步开展软帆空气动力特性的数值预报和理论分析研究具有重要参考价值.     

基于CFD的风帆助航技术效能分析

在模型试验的基础上,运用计算流体力学(CFD)方法,分析了基于机翼理论的风翼帆船利用风能辅助推进的特性.在仿真软件Fluent的仿真计算的基础上,当采用风帆助航技术时,对风帆产生的推力及由此引起船舶阻力变化进行了分析,从而对风帆助航技术的效能进行评估与分析,得出了远洋船舶利用清洁能源(风能)在经济性与环保性方面的可行性.并提出风帆助航技术应用于大型远洋船舶后续需要解决的问题.     

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。     

Sail–sail and sail–hull interaction effects of hybrid-sail assisted bulk carrier

In a previously reported study, wind tunnel experiments were undertaken to investigate the aerodynamic characteristics of hybrid-sails in isolation. Such sails are seen as providing a worthwhile reduction in the delivered power to the propeller and hence the engine generated thrust, with a corresponding reduction in the CO₂ production of diesel engine exhaust. In this paper, wind tunnel testing is used to investigate sail–sail interaction effects for two sets of four identical hybrid-sails, and the sail–hull interaction effects for the same two sets of four identical sails in the presence of a bulk carrier hullform. The analysis presented suggests that to build a sail-assisted ship requires an appreciation of the sail–sail and sail–hull interaction effects.     

Sail optimization for upwind sailing: application in a Tornado, the Olympic class catamaran

A study of a boat's motion is carried out in order to analyze the aerodynamic properties of the optimal sail for obtaining the maximum velocity when sailing to windward. The mechanics study shows the optimal C _L and C _D for a given sail and how the shape of the aerodynamic polar of the sail should be. A parametrical analysis of the aerodynamics of a sail is then carried out varying the maximum camber, position of the maximum camber in the chord direction and position of the maximum camber in the mast direction. The parametric analysis is done numerically with a vortex lattice method (VLM) and experimentally in a wind tunnel. The results show that the influence of the relevant parameters studied can be reduced to the variation of two parameters, A and B, defining the polar of the sail, C _D = B + A ² C _L ²; and the influence of parameters A and B on the maximum VMG obtainable are calculated.