风翼助航船动力装置操纵研究

摘要

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焦改变;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。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 风帆的设计与控制

1．2．2 风帆助航技术的实用化

1．2．3 风翼助航船舶运动与操纵

1．3 本文结构与主要内容

第2章 船、桨、翼工作特性分析

2．1 船机桨翼配合关系

2．2 船舶阻力

2．2．1 船舶阻力概述

2．2．2 目标船阻力计算

2．3 螺旋桨工作特性研究

2．3．1 螺旋桨水动力性能分析

2．3．2 目标螺旋桨多元回归计算

2．4 风翼工作特性分析

2．4．1 翼型帆空气动力学特性

2．4．2 风翼作用力及最佳回转角度

2．5 本章小结

第3章 船舶运动数学模型的建立

3．1 船舶受力分析与运动坐标系

3．2 船体流体动力模型

3．2．1 惯性类流体动力

3．2．2 粘性类流体动力

3．3 主机控制模型

3．4 舵力模型

3．5 风干扰力模型

3．6 本章小结

第4章 风翼助航船舶运动模型仿真分析

4．1 船舶运动仿真模型的建立

4．2 船舶运动仿真模型的验证

4．2．1 主机功率对主机转速和船速的影响测试

4．2．2 船速对船舶操纵性的影响测试

4．2．3 船舶回转性能测试

4．3 风翼对船舶操纵的影响分析

4．3．1 风翼作用力模型的建立

4．3．2 风翼助航船舶控制策略分析

4．3．3 风翼对船舶航向航速的影响

4．3．4 风翼对主机转速的影响

4．4 本章小结

第5章 船舶动力装置操纵目标的制定与优化

5．1 动力装置操纵目标的制定

5．2 动力装置操纵方式的优化

5．2．1 风翼使用条件

5．2．2 船舶低航速操纵模式

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢

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