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。     

大型远洋风帆助航船舶节能效率分析

对大型远洋船舶可采用的帆型进行了对比,分析了硬帆的展弦比或拱度比的不同所带来的空气动力特性影响,介绍了风帆助航船舶的节能效果预报方法,通过气象资料对加装风帆助航装置的巴拿马级散货船在某些航线上的节能效率进行了估算.     

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。     

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。     

高速布置型船舶的风帆设计及综合效能分析

针对国内研究较少的高速布置型船舶的风帆助航问题,基于船舶特点及风帆升阻力特性选定了帆型,设计了一套风帆加装方案。在结合历史气象统计数据的基础上,对风帆长期综合效能进行了分析。以一艘大连-烟台航线上高速客滚船为例,结合实船统计得到的此航线上的历史风场资源时空分布,对该船加帆后长期综合效能进行了计算,结果表明,所设计的风帆可较为显著地降低耗能并减少温室气体排放,具有良好的推广应用前景。     

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。     

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。     

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.     

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%。     

海上航线风能资源的调查与分析

根据英国水文局发布的2016年海图资料,整理出2016年全球9条典型航线上不同风力、不同风向的概率数据。分析这些数据,获得各往返航线4级以上可用风天数、5级以上强风顺风天数,发现香港→新加坡的南海航线、科伦坡→新加坡的马六甲海峡孟加拉湾航线、亚丁湾→科伦坡的印度洋阿拉伯海航线、上海→香港的东海航线、毕晓普岩→努瓦迪布的北大西洋航线和横滨→洛杉矶的北太平洋航线都有较好的风能资源,特别是后3条航线的风能资源最丰富,是未来运用风帆助航技术的最佳航线。对有效助推强风的顺风天数和风能资源的有效性进行分析,提出风能资源的强度指数、综合风能资源强度指数和综合有效强度指数,用来衡量海上航线风能资源的综合强度和有效性,可作为未来风帆助航船舶航线优化的重要选择指标。     

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     

风帆助航实船推进性能分析

本文通过风帆助航试验船“舟渔机研壹号”的试验工作和实船微电脑数据采集,提出了风帆助航船舶推进性能的反平衡分析方法。并提出了帆机实船工况匹配、风帆推进实船节能等分析和计算方法。     

《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。     

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。     

基于EEDI能效指数的船舶风帆助航效能

航运业的CO_2排放量一直倍受环保组织的关注,因此降低船舶能效设计指数(Energy Efficiency Design Index,EEDI)也成为国际船舶标准研究的焦点。基于风帆气动特性及受力分析,结合风洞实验的推力系数极图,建立综合风帆推力效益模型,设计一型风帆助航方案,并对风帆在复杂风况下长时期工作的综合效能进行计算。结合台湾海峡气象数据,以一艘散货船为例,对厦门至高雄航线的船舶装帆后的经济、环保综合效益进行分析。综合计算结果表明,风帆助航船的节能效果显著,船舶能效指数显著降低。     

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。     

面向风帆助航的海洋风力资源分析方法

为分析风帆助航条件下海洋风力资源对远洋船舶的辅助推力,将风场与航线数据在电子海图上叠加显示.通过设计算法,建立任意航线上风向变化与色彩变化的映射关系,以色彩的变化直观显示航迹带内的风向分布特征,利用矩阵实验室(MATLAB)对海洋风场数据进行读取和可视化,并对风速进行统计分析.研究结果表明,海上风速、风向在一定海域内保持稳定,为航行船舶风帆助航的可行性以及最优航线设计提供了理论依据和数据支持.     

风帆助航与天帆系统

介绍风帆助航的特点与应用,分析其在节能、安全和航行性能方面可能存在的问题,阐述一种新型的高科技风帆系统——天帆系统的原理、航线优化设计和安全措施。     

120吨级风帆助航机动船

利用风能助推船舶节能效果明显.本文介绍衡阳市民运处设计制造的120吨级风帆助航机动船的船型、帆型、性能和风帆操作系统的结构方案,以及风帆助推的经济效益.