双帆助航船能效优化及最小主机功率的研究

发布时间：2020-04-07 10:06

【摘要】：节能减排是现代船舶的发展趋势,EEDI(船舶能效设计指数)是衡量船舶能效水平的重要指标,风帆助航装置可以提高船舶能效,降低主机功率,如何设计风帆形式、优化风帆布局、选定合适的航线进而提高能效是本文研究的重点。2013年5月,MEPC第65届会议中《恶劣海况下船舶维持操纵性的最小主机功率临时导则》(以下简称《临时导则》)作为MEPC.232(65)决议被大会组委会采纳。根据规定,《临时导则》将会应用于EEDI规则实施的第一阶段(Phase0),并对散货船、油船以及兼用船有效,所以在研究过程中要考虑风帆助航船在恶劣海况下的航向稳定性。本文根据安全可靠、工程实用、经济等原则选择76000DWT的巴拿马散货船作为目标船型;结合风帆结构、高度、宽度和外形的相关要求,选择固定翼型NACA0016作为目标船舶的风帆;从两帆间距、来风方向、两帆旋转角度的改变三个方面对能效优化进行研究,确定在两帆间距取最大值5L(125.4m),在来风方向为40°,船首处风帆旋转角度固定为30°,船尾处风帆旋转角度为60°时,风帆可提供的推力最大值为110000 N,EEDI减小的百分比达到最大值13%;本文选取上海-巴拿马航线作为目标航线,将航线分为8个航段,结合北太平洋1月份平均风向分布图和具体航线,确定每个航段的航距、真实风速和相对风速,通过改变两面风帆的旋转角度从而确定每一航段内两帆最佳旋转角度和目标船舶所减少的油耗量,最终求得总航段内加装风帆助航装置后减少的油耗量为29135.43kg。结合《临时导则》,经验证风帆助航船在以服务速度航行时不满足最小主机功率的要求,以《临时导则》规定的最小航行速度航行时满足最小主机功率的要求;进一步探讨EEDI与最小主机功率的内在联系,假设实船额定功率为所求的最小主机功率,由此求得的EEDI为3.149,小于折减系数第三阶段下的EEDI值3.162,则说明考虑实船最小主机功率的EEDI值满足EEDI规范中第三阶段的折减要求。
【图文】：

图ｌ．ｉ新爱德丸号逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｓｈｉｎ邋Ａｉｔｏｋｕ邋Ｍａｒｕ逡逑１９８５年，美国设计、法国建造了世界最大风帆客船之一“Ｗｉｎｄｓｔａｒ”号，如图１．２。逡逑该船装有６个三角帆，该船在航行过程中大部分时间都把风帆展开，有风时航速逡逑达Ｕ－１２ｋｎ。该风帆助航系统也是由电子控制系统和液压装置控制，能控制风帆的逡逑收起和展开，风帆能有较好的稳定效果，确保一定的航向稳定性。逡逑＿逡逑图１．２风之星号逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｗｉｎｄｓｔａｒ逡逑２００８年３月，德国研制的“白鲸天帆号”（ＢｅＩｕｇａ邋Ｓｋｙ邋Ｓａｉｌｓ）投入使用，，如图１．３。逡逑该船的风帆可采用类似风筝的帆提供推力，驱动船舶航行。该帆的帆面积约为逡逑６逡逑

１６０ｍ２，由超轻合成纤维制成，最高可升至３５０ｍ高空，在风帆提供推力最大的情逡逑况下可节省近５０％的燃料。逡逑图１．３白鲸天帆号逡逑Ｆｉｇ．邋１．３邋Ｂｅｌｕｇａ邋Ｓｋｙ邋Ｓａｉｌｓ逡逑２０１０年４月，日本邮船公布了邋ＮＹＫ２０３０超级生态概念船（Ｓｕｐｅｒ邋Ｅｃｏ邋Ｓｈｉｐ邋２０３０）逡逑的概念设计方案，如图１．４。该船可以充分利用风能和太阳能，设置了邋８面可收放逡逑的金属风帆，总面积可高达４０００ｍ２，平均推力为２．６ＭＷ。而且，每片帆面都配置逡逑了可３６０°的旋转的可伸缩桅杆，风帆可以根据来风的方向调整最佳的攻角从而获逡逑取最大推力，当遭遇恶劣海况的时候，风帆可以及时收帆，确保航行稳定。逡逑ｙｊ逡逑图１．４ＮＹＫ２０３０超级生态概念船逡逑Ｆｉｇ．邋１．４邋Ｓｕｐｅｒ邋ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ邋ｃｏｎｃｅｐｔ邋ｓｈｉｐ逡逑德国的Ｅ－ｓｈｉｐｌ号是车辆／集装箱滚吊兼用船安装了转筒型风帆，如图１．５。该逡逑转筒帆直径为４．５ｍ，帆高约２８ｍ。转筒帆的工作原理是利用圆柱体在流动的气流逡逑７逡逑
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U664.1

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本文编号：2617774