翼帆优化及其助航节能效果综合分析方法

摘要

本文基于翼帆的空气动力学原理设计出一种优化翼型风帆,其升阻比比常规的圆弧形风帆有较大提高;本文还对翼帆助航节能效果综合分析方法进行了研究,分析了由于安装翼帆使船舶产生的助航推力及其节能效果计算方法,还研究了由于安装助航风帆而产生的船舶初始横倾角及编航角对船舶阻力造成的不利影响的计算修正方法,并以投资回收期指标分析了船舶安装翼帆的经济可行性.具体为当拱度比为0.14时，拱形帆的最大升阻比为17.7，圆弧形帆的最大升阻比为21.12，本文翼帆的最大升阻比为23，比圆弧形帆的升阻比提升了5.16%，比拱形帆提升了29.97%。提出了一种考虑横倾角和偏航角影响的翼帆助航节能效果综合分析方法。本文翼帆助航船舶航行于1月份的吉达一青岛航线理论上可以节省主机功率8.39%，而经本文考虑由于风帆的横向力使船产生初始横倾角及偏航角对阻力的修正后实际节省主机功率7.11%，两者相差1.28%。可见，由于安装风帆产生的船舶初始横倾角和偏航角对船舶节能效果的影响是不能忽略的。一般来讲，装帆船舶在0度到40度范围内摆舵即可克服由于安装风帆引起的偏航角，该舵角对船舶节能效果的不利影响较小。翼帆初始投资回收期为3.38年，表明船舶安装风帆助航具有较好的经济回报。