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。     

基于Femap的风帆基座局部强度分析

以上海海事大学教学实习船"育明"轮为对象,研究船舶加装风帆装置的船体结构强度问题,通过局部加强风帆基座和船体连接部分来保证风帆安装部位的结构稳定性。利用Solidworks和Femap软件建立了风帆基座和船体的有限元模型,计算得到该模型在10级风载荷下受风角度从0°~60°的应力和应变。最终结果表明,在10级风载荷下,该船风帆基座和局部加强后的船体的强度符合要求。     

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%.     

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。     

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。     

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。     

太阳能风帆及其姿态角调整系统设计

以SS30全自动采样无人船为基础船,选取合适的风帆类型和太阳能电池板,设计太阳能风帆及其姿态角调整系统,包括姿态角水平驱动装置和竖直回转驱动装置,实验分析研究其可行性。结果表明,太阳能电池板发电功率随其安装倾斜角而变化,存在最优倾斜角;风帆为使船获得最大推力和推进功率,存在最优攻角。通过采集太阳能风帆不同工况下的实验数据,优化太阳能和风能在船舶上的综合利用。     

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。     

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。     

全球首艘机帆混合动力VLCC即将“扬帆”启航

<正>2017年9月1日,由大船集团牵头承担的国家高技术船舶科研计划"风帆技术示范应用开发"项目风帆制作开工仪式在大船集团舵轴公司机加工车间举行。在VLCC实船上进行风帆示范应用尚属首次,全球首艘超大型风帆动力油船即将"扬帆"启航,标志着中国船企大型货船节能减排技术研发进入全新风能利用阶段。风帆项目是国家工信部批准的围绕主力船型节能减排的创新性重点项目。该项目自2015年启动以来,经     

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。     

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。     

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。     

风帆助航渔船的稳性及经济性分析

风帆助航是船舶节能减排的重要途径。本文以1条鱿鱼钓船作为研究对象,根据该船的特点选择NACA0006型帆和圆弧型帆作为辅助风帆,然后利用Fluent软件建立所选风帆模型,对这2种风帆的空气动力性能进行数值模拟计算。根据软件的计算结果估算风帆助航时鱿鱼钓船的每年节油量以及所减少的二氧化碳排放量。通过对风帆助航鱿鱼钓船的稳性进行计算分析,可以确定只要合理地安装和操作风帆,风帆助航渔船是能满足稳性要求的。     

圆弧型风帆空气动力性能的试验研究

为了节能的需要,在现代船舶上采用风帆推进装置的方案又被重新提出。在国外,已成功地发展了机主帆副的船舶(或称风帆助航节能船舶)。据统计,由于利用风帆而得到的节能效果约15％左右,每平方米帆面积平均获得的功率约0.3～0.4马力,我国也已开展这方面的研究工作,并准备用之于实船。 本文结合有关任务,对圆弧型风帆的流体动力性能进行了试验研究,探讨风帆的形式及参数等对空气动力性能的影响。文中给出的资料可供设计风帆时计算推力、横向力及编制风帆自动控制程序之用。     

世界最大的风帆游船

闻名遐迩的法国“地中海俱乐部”联合集团曾制造出全球第一流水准和规模的新型游船。最近它与法国另一家造船企业共同设计制造的世界上最大的风帆游船,将在地中海亮相。 1986～1988年间,该联合集团就向航运界连续推出了3艘长度各为134米的风帆游船,这些大型风帆游船航行于世界各大洋之间,赢得了各国乘客的青睐。去年底竣工取名为“LA FAYETTE”的特大型风帆游船设计新颖、规模庞大。该船     

浅谈我国沿海的风力助航

风与人类生息相关,有史以来人们自觉或不自觉地利用风能、风帆的文字记载,就有三千多年的历史了。风帆作为船舶航行的一种动力,一直受到人们的极大重视。我国是世界最早发明和利用风帆的国家之一,在夏禹时期就开始利用风帆助航了。在《物原》上有这样的记载:“燧人以瓠济水,伏羲     

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.