风帆船动力装置的建模与仿真研究

摘要

国际石油市场形势日趋紧张，船用燃油价格波动剧烈，人类环境保护意识日渐强化，对船舶行业提出了更高的要求。国际上的各大航运企业都在积极寻找船舶节能减排的新方法，加大对可再生清洁新能源在船舶上应用的关注和投入，发展可再生能源已成趋势。
　　 风能相对其他清洁能源，具有分布广泛、无限可再生的优点，风能运用于船舶推进历史悠久，作为小型船舶辅助动力装置的技术较为成熟，风帆助航技术又重新引起人们的关注，但将风帆助航技术运用于大型远洋船舶的实例较少，在这方面的研究意义显得尤为深远。通过本课题的研究，对现有帆翼的类型、空气动力性能进行了系统的研究，并在此基础上完成了风帆船动力装置的仿真研究，为研究风帆船动力性与经济性提供一定的参考依据。
　　 本文主要研究内容分为四个部分：首先，对已有风帆类型进行资料搜集与整理，并从帆型的结构形式、空气动力性能、实现自动控制的难易程度，三个方面进行综合比较选取合适的帆型。其次，运用翼型理论，对帆翼的工作原理进行分析，并通过风洞试验对帆翼的空气动力性能进行分析，对影响帆翼空气动力性能的主要因素，如平面形状、展弦比、剖面形状、拱度比等，进行了分析研究。再次，选取目标船，对目标船典型航线的历史气象进行统计分析，以满足船舶稳性为前提，最大限度为船舶提供推力为目标，对帆翼的主要参数进行设计，并确定风帆动力装置在船舶上的布置形式，完成风帆船动力装置的匹配计算。最后，运用空气动力学理论，建立帆翼的数学模型，对传统船舶动力装置的数学模型进行分析改进，并在Simulink中建立仿真模型，完成仿真研究，并对仿真结果进行分析。