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航线优化对于风翼助航船舶节能的影响研究

航线优化对于风翼助航船舶节能的影响研究

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作者：傅超大连海事大学

学位级别：硕士

本文针对全球节能减排的重大需求以及远洋运输船队降低燃料消耗、控制运营成本的迫切需要,研究了风翼助航船舶航线优化的问题,为其有效利用海洋风力资源提供了理论基础和技术支撑。本文首先利用欧洲天气预报中心发布的近20年的月平均海... 详细信息

本文针对全球节能减排的重大需求以及远洋运输船队降低燃料消耗、控制运营成本的迫切需要,研究了风翼助航船舶航线优化的问题,为其有效利用海洋风力资源提供了理论基础和技术支撑。本文首先利用欧洲天气预报中心发布的近20年的月平均海洋风场数据,对海洋风场的风速风向分布特征进行了分析。结果表明,目标航线的风场在夏季风和冬季风影响的较长时间保持稳定,有较大的利用空间。基于此提出了风翼助航船舶通过优化船舶航线,在全局最优的前提下允许适度"绕航",以充分发挥海洋风场的助推效能,达到节能减排、提高营运效率的新思想。其次,通过对风翼助航船舶的运动分析,建立了目标船舶的MMG分离型运动模型,根据目标风翼风洞试验的结果,对目标风翼进行了仿真实验,通过变换相对风向角和风翼操帆角确立不同风向角下的最佳攻角,获得了最大助推力系数与相对风向角的关系,并利用目标船的试航数据,对比无风场条件下的模拟航行数据,验证了模型的准确性,为航线优化计算提供基础。在船期确定的情况下,风翼助航船舶可以降低主机输出功率,借助风场辅助推力保持定航速航行,从而达到节能效果。以此为优化目标,本文构建了定航速航行条件下的计算风翼助航船舶主机输出的模型以及航线优化模型评价准则,进而建立"最节能"航线优化模型。针对航线优化模型的特点和计算规模,本文基于动态规划算法对模型进行求解,并以30万吨级的VLCC为目标船,对模型进行了仿真。结果表明:优化的航线比大圆航线主机功率输出减少4.41%,而航时只增加4.17小时,航程增加4.46%.本文研究成果可用于风翼助航VLCC船舶,能够有效解决其航线优化问题,指导现代船舶合理利用海洋风场作为辅助能源,从而对船舶的节能优化问题提供一定的指导意义

关键词：节能减排风翼助航风洞试验航线优化定航速动态规划

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