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。     

《船用硬质翼面帆评估与检验指南(2020)》发布

正《船用硬质翼面帆评估与检验指南》是CCS基于相关科研项目的研究成果,以及实船验证的经验,制定的适用于硬质翼型风帆助推装置的指南。《指南》为《绿色生态船舶规范》中的"风帆辅助推进系统"附加标志提供了审图和检验依据。《指南》包括5章内容,针对风帆助推船舶设计、风帆装置设计、制作和安装检验、风帆安全操作要求、风帆装置营运检验要求、风帆助推船舶EEDI验证要求等提出了安全性技术标准。     

风帆辅助推进技术对EEDI的贡献度计算方法研究

风帆辅助推进是一种创新型能效技术,有显著的节能效果,能辅助船舶达到能效设计指数(EEDI)第三阶段要求。当前亟待制定一套通用和易于操作的计算方法,为评价风帆辅助推进技术对EEDI的贡献提供依据。论文通过对现有EEDI法规适用性的论证,分析风帆助推技术特点,提出一种针对风帆助推船舶的EEDI计算方法,然后将该方法应用于全球首艘风帆助推超大型油轮,进行了风帆助推技术对EEDI贡献度的计算。     

VLCC风帆船航态及负荷变化对推进因子的影响研究

文章针对一条VLCC风帆助推船舶开展水池快速性模型试验研究,通过开展直航、系列变漂角、系列变舵角等工况的模型阻力和变负荷自航试验,研究船舶在风帆助航工况下由于航行姿态和螺旋桨负荷变化引起推进效率的变化规律.基于系列变漂角、变舵角的试验分析结果,开展了船舶自航因子的统计回归分析,据此可开展VLCC风帆助推船在特定航行工况的节能收益评估.论文研究表明:该VLCC船舶航态及航行负荷变化对船后推进因子和推进效率影响有其规律性;本文开展的试验研究和分析方法可对此类风帆助推船舶的节能收益进行定量评估.     

基于CFD的风帆助航船阻力特性研究

现有关于风帆船的研究大多针对帆型的优化,而对风帆助航船阻力特性的研究相对较少.文中以风帆助航船的阻力预报为研究背景,利用数值模拟软件STAR CCM+,对风帆船的阻力特性进行模拟研究.首先,选取椭圆弧形风帆,利用重叠网格技术模拟计算出不同风向、不同几何攻角下的风帆受力情况.然后,将帆与船作为一个整体,应用VOF方法对不同风向、不同漂角下风帆船的阻力性能进行预报.在研究中得到了不同风向下获得较好助推性能所对应的几何攻角;发现了船舶阻力随漂角的增大而增大,且增大的幅度越来越大;得出了该风帆船在设计航速下,通过风帆角度的调整可使阻力减少23.3%.     

风力助推技术的发展现状

以当前国际航运面临的环境问题为背景，论述创新节能技术——风力助推技术的现状和未来发展趋势，跟踪国际海事组织（IMO）最新提案要求，从风力助推技术的设备工作原理、实船应用案例和节能效果等3个方面介绍风力助推转子、风帆和风筝等3种典型的风力助推设备。     

风浪联合作用下翼型风帆助推船舶稳性分析

为实现碳达峰、碳中和目标,翼型风帆助推技术日益受到重视。海洋风能可借助风帆结构推船前进,达到节能减排目的,但同时也会产生作用于船体的横摇力矩。风、浪随机载荷联合作用,为风帆船舶在波浪中的动稳性预报提出了新挑战。为此,考虑了多组风谱、浪谱、风向和浪向,采用谱分析法和时域分析法研究了风浪联合作用下船舶动稳性。谱分析法未考虑系统的非线性,时域分析法考虑了横摇回复刚度的非线性。研究发现风谱对目标船舶动稳性影响很小,波浪谱影响较大;针对该文算例,横摇非线性不可忽略。研究结论可为风浪随机载荷联合作用下翼型风帆助推船舶动稳性研究提供理论参考。     

差动操帆对风帆船节能的影响评估

利用风能的翼型风帆助推技术是运输船舶满足EEDI高阶段指标的重要技术措施之一。以一左右舷横向对称布置两对翼型风帆的油船为研究对象，选取典型相对风向角，分别采用烟流流动显示试验和风洞测力试验的方法，从定性和定量两个方面分析双帆横向间距变化及不同操帆控制策略对风帆组气动特性的影响；在此基础上，通过求解计及横倾的四自由度MMG非线性运动方程组，评估压载吃水下双帆横向间距及其操纵控制策略对风帆组节能的影响。研究表明：横风作用下，沿船宽横向布置的两帆间存在着相互干扰，通过合理的操纵控制，可提高风帆组的推进性能；两帆横向间距越小，帆-帆干扰效应越明显，为最大限度地发掘风帆组的整体助推潜力，需要差动操帆的角度也越大；相较同步操帆最优状态的推力增量，同时差动操纵背风侧两帆，风帆组推力增量可再提高约7.7%，压载吃水下风帆组的综合节能收益可达22.7%。     

全球首艘安装风帆的超大型油船成功交付

11月13日,大船集团为招商轮船建造的全球首艘安装风帆装置的30.8万吨超大型原油船(vLcc)80号船“凯力”轮成功交付,风帆助推VLCC即将从大连扬帆启航。这是国内造船界、航运界紧密合作的重大创新成果,是大船集团与招商轮船共同打造品牌VLCC的又一重大突破,标志着由大船集团牵头的国内研发团队成功掌握了翼型风帆研发、设计、制造与应用关键技术,填补了国际空白,为抢占未来船舶技术制高点,保持市场竞争优势创造有利条件。     

辅助船舶航行的圆弧型风帆流体动力性能分析

以风能作为动力辅助船舶航行的风帆助航,是新能源应用于船舶航运中的重要途径.采用k-ε紊流模型方程描述圆弧型风帆流体动力学特性,并利用计算流体动力软件fluent,对圆弧型风帆迎风面上的压力分布、风帆产生的升力和阻力、拱度比等圆弧型风帆流体动力特性,以及并排组合风帆的动力特性进行了数值分析.圆筒风帆迎风面上的压力沿着圆筒面,顺风力方向逐渐减小.适当提高圆筒型风帆拱度,有利于风帆驱动船舶迎风航行.应调整风帆受的风力攻角,使风帆产生较大的船舶驱动力.并排风帆组合的各帆之间存在相互影响.针对圆筒型风帆流体动力特性的数值分析和风洞试验的结果一致.分析所得出的结果,可为开发商用风帆助航节能船舶提供一定的指导.     

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。     

国外造船信息

△印度尼西亚最大的船厂——P.T.PAL船厂的改建扩建工程宣告竣工,使该厂的最大造船吨位达到3万吨。根据规划,到1995年该厂的占地面积还将扩大一倍,这家船厂共有职工6000余人,先后建造过一批海军巡逻艇、拖船、油船、浮船坞和水翼艇。目前,该厂正在同日本和联邦德国联合设计开发小型集装箱船和风帆助推船。     

招商308k系列船机电检验心得

正2019年6月22日,全球首艘智能VLCC"凯征"轮成功交付,受到了业界广泛关注。自去年6月至今,本人有幸参与招商308k VLCC系列船型的建造检验工作,其中国内首艘风帆助推VLCC"凯力"轮、全球首艘智能     

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.     

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.     

风帆助航模式主机功率等参数的计算方法

从分析风帆助航对螺旋桨特性的影响入手,导出风帆助航模式主机功率、转速和效率的计算方法,并以某船参数演算证明实际可行且简单,可供进一步定量研究风帆助航船帆、机、桨等的配合和控制参考.     

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。     

改进型帆翼参数对载荷特性影响分析

风帆助航是新能源应用于船舶航运的重要途径。论文以改进帆翼为研究对象,采用标准k-?湍流模型描述改进帆翼流体动力学特性,对拱度比为0.02~0.2的改进帆翼附近的流场压力分布、产生的升力和阻力进行数值分析。求解不同相对风向角时各改进帆翼对船舶产生的最大助推力系数和横向力系数。综合考虑各种拱度比下改进帆翼的升力、最大升阻比随风力几何攻角的变化规律、最大助推力系数随相对风向角的变化规律,拱度比为0.1的改进帆翼为最优翼型。通过进一步的数值模拟得知,拱度比为0.1的改进帆翼最佳几何攻角为27°,最适宜的相对风向角为110°,此时改进帆翼对船舶产生的助推力系数达到最大,为1.721。     

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.     

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.