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风翼助航船舶典型航次节能潜力计算

大连海事大学学报 2014年第1期40卷 70-73页

作者：冯宝辉黄连忠马冉祺赵志强大连海事大学轮机工程学院辽宁大连116026

选取49 000载重吨的散货船作为目标船,对于拟安装辅助风翼助航的目标船进行受力情况分析,选择一种具有较好空气动力性能的硬质翼型帆作为目标船辅助风翼.根据目标船舶典型航次航海日志和轮机日志的参数记录,选取适宜使用风翼助航的典型... 详细信息

选取49 000载重吨的散货船作为目标船,对于拟安装辅助风翼助航的目标船进行受力情况分析,选择一种具有较好空气动力性能的硬质翼型帆作为目标船辅助风翼.根据目标船舶典型航次航海日志和轮机日志的参数记录,选取适宜使用风翼助航的典型航段,采用加权平均方法计算目标船在该航段内使用风翼辅助的推进功率,推算目标船在该航段内能够节省燃油消耗6.19％～9.59％,说明风翼助航船舶在该典型航线上的节能潜力是巨大的.

关键词：船舶典型航线风翼助航风翼助推功率节能潜力

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风翼助航船动力装置操纵研究

风翼助航船动力装置操纵研究

作者：马冉祺大连海事大学

学位级别：硕士

随着世界经济的迅速发展,能源危机与环境污染日益严重,为了降低船舶营运成本和满足国际公约对船舶废气排放的限制要求,风翼助航技术以其成本低廉,绿色环保等优点获得了航运界的关注。风翼在为船舶提供辅助推力的同时,也改变了船舶动力... 详细信息

随着世界经济的迅速发展,能源危机与环境污染日益严重,为了降低船舶营运成本和满足国际公约对船舶废气排放的限制要求,风翼助航技术以其成本低廉,绿色环保等优点获得了航运界的关注。风翼在为船舶提供辅助推力的同时,也改变了船舶动力装置的操纵方式。本文选取适合加装风翼的散货船“鹏龙轮”为目标船,通过建立船舶运动模型,分析了风翼对船舶操纵的影响,最终制定了风翼助航船动力装置的操纵方式。首先,通过查阅文献选取了适合目标船的阻力估算方法,利用多元回归分析法研究了目标船螺旋桨的工作特性,选取一种高升阻比的多段翼作为目标风翼并通过风洞试验得到了该风翼的空气动力学性能。其次,对目标船进行受力分析并根据目标船参数建立船舶运动模型,进行了船舶快速性与操纵性仿真试验,并将试验结果与目标船试航报告进行对比分析,验证了所建立的船舶运动模型的准确性。然后,根据风翼的空气动力学性能建立风翼作用力模型,利用所建立的船舶运动模型研究风翼对船舶运动的影响。结果显示风翼提供的助推力在定转速模式下使船舶航速变高,在定航速模式下使主机转速降低;风翼提供的侧推力使船舶漂角和用于保持航向的舵角改变;相对风速越高,风翼对船舶运动影响越明显。最后,针对目标船分析得到风翼使用条件为相对风向角大于15°,相对风速大于0m/s,航速大于7kn,最终制定了风翼助航船动力装置的操纵方式,指导船员对风翼助航船进行合理操纵。

关键词：风翼助航船舶运动模型动力装置船舶操纵

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风翼助航船舶航行姿态优化节能方法研究

风翼助航船舶航行姿态优化节能方法研究

作者：孙晓雷大连海事大学

学位级别：硕士

风翼助航船舶通过利用风能作为辅助推进力,能够降低船舶油耗及CO排放量,对提高船舶能效水平具有一定意义,同时也是航运业落实“碳达峰”“碳中和”发展战略的具体体现。在风翼助航船舶运行的过程中,风翼及航行环境因素会对船舶的航行姿... 详细信息

风翼助航船舶通过利用风能作为辅助推进力,能够降低船舶油耗及CO排放量,对提高船舶能效水平具有一定意义,同时也是航运业落实“碳达峰”“碳中和”发展战略的具体体现。在风翼助航船舶运行的过程中,风翼及航行环境因素会对船舶的航行姿态产生一定的影响,进而会影响船舶航行阻力及能效水平,因此,风翼助航船舶最佳航行姿态的优化决策对进一步提升船舶的能效水平具有一定意义,然而,目前尚缺少风翼助航船舶航行姿态优化决策方法的研究,风翼助航船舶能效水平仍具有一定的提升空间。为了进一步挖掘风翼助航船舶能效提升的潜力,本文开展了基于CFD仿真计算的风翼助航船舶航行姿态优化节能方法研究。具体的研究内容如下:(1)基于CFD方法的风翼推力特性和船体阻力计算。建立了目标风翼三维模型,开展了风翼空气动力学特性仿真分析,得到了风翼的升力系数和阻力系数;此外,建立了目标船的裸船体三维模型,并进行了给定海况不同航速条件下的船体阻力仿真计算,获得了不同航速下的船体阻力特性曲线,从而为风翼助航船舶的仿真计算奠定基础;(2)不同姿态下的风翼助航船舶阻力仿真计算。建立了风翼助航船舶三维仿真模型;在此基础上,开展了不同纵倾浮态,以及不同载况下的风翼助航船舶航行阻力的仿真计算,获得了不同工况下的风翼助航船舶阻力特性曲线,以及风翼推力、风翼侧向力及其对应的船舶横倾角度,为风翼助航船舶最佳航行姿态决策提供数据基础;(3)风翼助航船舶最佳航行姿态优化决策方法。在舵阻力增额计算分析,以及不同航行姿态下的船舶主机功率及油耗估算的基础上,获得了满载和压载下的“主机功率-纵倾角”变化曲线,并基于该曲线实现了特定海况下的风翼助航船舶最佳航行姿态优化决策,即满载时艉倾0.90°为最佳节能航行姿态,压载时艉倾1.20°为最佳节能航行姿态。在此基础上,开展了最佳航行姿态航行节能效果对比分析,研究结果表明:所提出的风翼助航船舶最佳航行姿态优化决策方法,在特定海况满载状态下可降低船舶油耗3.96%,在压载状态下可降低船舶油耗4.64%,因此,该方法能够有效地提高风翼助航船舶的能效水平。

关键词：风翼助航航行姿态 CFD仿真动力学特性节能减排

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航线优化对于风翼助航船舶节能的影响

船海工程 2017年第A2期46卷 116-118,121页

作者：孙飞虎黄连忠傅超王寰宇大连海事大学轮机工程学院辽宁大连116026

针对航线优化模型的特点和计算规模，基于动态规划算法对优化模型进行求解，以30万t级的VLCC为目标船，对模型进行仿真。结果表明，优化的航线比大圆航线节省燃油4．41％，而航时只增加4．17h，航程只增加4．46％。

关键词：仿真风翼助航航线优化动态规划

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复杂海况下风翼助航船舶主机运行特性研究

复杂海况下风翼助航船舶主机运行特性研究

作者：王英楠大连海事大学

学位级别：硕士

风翼助航船舶利用风能作为辅助推进船舶前进动力,可以有效地降低燃油消耗和污染气体排放。同时,风翼推力影响船舶主机的运行,主机的限制特性也反过来影响风翼的使用。因此必须研究风翼助航船舶柴油主机的耦合问题,确定复杂海况下主机的... 详细信息

风翼助航船舶利用风能作为辅助推进船舶前进动力,可以有效地降低燃油消耗和污染气体排放。同时,风翼推力影响船舶主机的运行,主机的限制特性也反过来影响风翼的使用。因此必须研究风翼助航船舶柴油主机的耦合问题,确定复杂海况下主机的运行特性,才能保证在复杂海况下风翼助航船舶主机安全和高效的运行。本文以世界首艘风翼助航超大型油轮(VLCC)“凯力”轮为研究对象,针对其在复杂海况下主机安全高效运行问题,提出了一种复杂海况下风翼助航船舶主机运行特性分析方法,该方法充分考虑复杂海况,基于船舶营运数据,建立风翼助航船舶柴油机耦合模型。本文主要研究内容如下:(1)目标海域的海况聚类。通过目标海域气象数据与实船营运数据的相关性,改进K-means聚类算法,对目标海域的海洋气象数据进行分析聚类,获取目标海域四种典型的海况数据,为复杂海况下风翼船舶主机运行特性分析提供研究基础。(2)风翼助航船舶柴油机耦合模型的构建。通过建立风翼助航船舶柴油机物理模型与灰箱模型,构建复杂海况下的风翼助航船舶柴油机耦合模型。利用目标船实际航行数据对模型进行验证,结果显示该模型的整体误差在5%以内,满足船舶主机运行特性分析的使用需求,为复杂海况下风翼助航船舶主机运行特性分析奠定理论基础。(3)复杂海况下风翼助航船舶主机运行特性分析。基于目标海域气象数据所聚类的4种海况,作为仿真分析的通航环境数据,设定2种风翼助航船舶航行模式,即定主机转速航行模式和定航速航行模式,分别分析复杂海况下主机的扭矩、功率、燃油消耗率的变化规律,进行风翼助航船舶的主机运行特性研究。研究成果可为风翼助航船舶主机的安全高效运行提供操作指导,对于提高风翼助航船舶的安全性具有重要的实际应用价值。

关键词：风翼助航海况聚类耦合模型主机运行特性仿真分析

基于Maxsurf软件的风翼助航船舶稳性分析

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基于Maxsurf软件的风翼助航船舶稳性分析

作者：何智勇大连海事大学

学位级别：硕士

风翼助航技术对于现代全球节能减排的需求具有重大意义。本文的主要目的是对风翼助航船舶的稳性进行计算与分析。本文通过比较船舶在加装风帆前后的静稳性差别;分析加装风帆之后的船舶在不同的船-波位置中的稳性变化;模拟船舶航行时的... 详细信息

风翼助航技术对于现代全球节能减排的需求具有重大意义。本文的主要目的是对风翼助航船舶的稳性进行计算与分析。本文通过比较船舶在加装风帆前后的静稳性差别;分析加装风帆之后的船舶在不同的船-波位置中的稳性变化;模拟船舶航行时的随机风浪从而计算船舶在加装风帆前后航行的安全可靠性,从而为风翼助航船舶的设计和建造提供了理论基础。本文所分析的目标船舶为一艘46000t成品油/原油油轮,首先根据目标船舶的船型数据,例如:型值和型线等基本资料,在Maxsurf软件中进行三维建模,并结合软件本身的重心估算法求得船舶在已知吃水和排水量下的重心高度。然后将模型导入Hydromax模块中计算比较目标船舶有无加装风帆情况的静水稳性,并根据我国《海船法定检验技术规则》对目标船舶静水稳性进行校核,检验本文所计算的稳性方法的准确性。其次,将航行时船舶与波浪的相对位置分成四种情形,分别讨论波长船长比和波高波长比对船舶在这四种不同情形时的稳性变化。结果表明,当波谷位于船中部时,船舶的稳性相对于静水稳性有所提高,而当波峰位于船中部时,船舶的稳性相对于静水稳性会下降,并且当波长近似等于船长时,船舶的稳性会有较大的下降变化量。在分析了船舶在船-波位置的不同情形下的稳性变化之后,选择波峰在船中部且波长近似于船长这种对稳性影响最大的情况。结合实验室项目,使用MATLAB软件选取随机数的方法模拟船舶航行时遭遇的随机风浪,根据蒲福风级表选择4-8级风级下的风速和参考波高,对船舶在各个风级下的航行安全可靠性进行计算并分析。针对船舶在8级风级下的最危情况可以看出,加装风帆后的船舶航行安全性要低于没加风帆的船舶,并且存在4.77%的倾覆概率。风翼助航技术的应用虽然可以提高全球节能减排的需求,但同样降低了船舶航行的安全性。本文对风翼助航船舶的稳性研究不仅具有重要的理论和现实意义的,同时也会对船舶的设计和营运方面提供一定的参考意见。

关键词：风翼助航三维建模大倾角稳性可靠性

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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

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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船舶典型远洋航线上风力资源时空分布特征

大连海事大学学报 2010年第2期36卷 39-41,46页

作者：李元奎张英俊孙培廷张永宁大连海事大学航海学院辽宁大连116026 大连海事大学轮机工程学院辽宁大连116026

为利用海洋风力资源实现对船舶的辅助推进,对全球海洋风场数据进行分析和处理,实现海洋风场在全球电子海图上的叠加显示.选取超大型油船(VLCC)中东航线和散货船巴西航线为典型航线,对航线周围海域的风力资源进行时空分布特征分析,初步... 详细信息

为利用海洋风力资源实现对船舶的辅助推进,对全球海洋风场数据进行分析和处理,实现海洋风场在全球电子海图上的叠加显示.选取超大型油船(VLCC)中东航线和散货船巴西航线为典型航线,对航线周围海域的风力资源进行时空分布特征分析,初步实现远洋船舶利用风力资源进行辅助推进的有效性评估,为远洋船舶新型风翼助航系统的研发提供理论依据.

关键词：船舶远洋航线海洋风力资源时空分布特征风翼助航

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风翼回转液压系统控制策略仿真及实验研究

机床与液压 2015年第15期43卷 83-87页

作者：闫亚胜赵志强黄连忠林虹兆刘绪儒大连海事大学轮机工程学院辽宁大连116026 中国船舶工业系统工程研究院北京100036

风翼回转液压系统是风翼助航船舶必不可少的一部分。在实际运行过程中,要求此液压系统能够稳定运行,压力波动小。对风翼回转液压系统在AMESim中建立仿真模型,在给定4种不同起动和制动控制信号的情况下,分别在仿真模型和实验台液压系统... 详细信息

风翼回转液压系统是风翼助航船舶必不可少的一部分。在实际运行过程中,要求此液压系统能够稳定运行,压力波动小。对风翼回转液压系统在AMESim中建立仿真模型,在给定4种不同起动和制动控制信号的情况下,分别在仿真模型和实验台液压系统中比较压力波动和峰值压力,找出最适宜的起动和制动信号。在确定控制信号的基础上,通过对比不同起制动时间下系统的动态特性,最后确定系统最佳起动和制动时间。为风翼的实船应用奠定了基础。

关键词：回转液压系统控制策略风翼助航液压仿真