风筝帆助航技术研究

摘要

据能源专家估计，航运所用燃料的消耗约占全球燃料消耗总量5％左右。随着能源危机和环境危机的加深，人们越来越关注节能和环保，越来越关注船舶的燃油问题。另一方面，由于石油能源的不断匮乏，虽然近来原油价格不断下降，但是原油的价格从长远来看，是会不断攀升。从企业经济利益来看，节能也是非常重要的，另外节能也是我国国民经济可持续发展的一项长期国策。所以科学家和工程师们不断寻求解决办法，有的将原有机械不断改进，有的求助新能源或前辈的智慧。本论文所研究的就是在船舶上安装风筝似的风帆来利用风能，是一种既古老，又创新的方法。 首先，通过风帆数值模拟研究风帆的空气动力性能。对攻角和拱度变化对风帆受力的影响进行研究，并求出风帆的升力系数和风帆阻力系数分别与攻角和拱度的关系。提出了风帆节能效果的计算方法，该方法计算步骤：计算风帆以及相关部件所引起的升力系数和阻力系数；建立风帆运行的数学模型，把各个速度和角度之间的关系化解成一定的数学关系；根据风帆受力与牵引绳索的方向一致的假设，解出风帆周围的相对风速，从而求得风帆所受到的升力和阻力；分析在风帆拉力作用下螺旋桨和主机偏离设计工况的情况，进而得出了节油量，从而得到节油效果。 最后，对帆的推进特性、船体的阻力特性、螺旋桨的推进特性以及主机的速度特性和推进特性分别进行讨论。安装风帆以后，船舶的能量和力的平衡关系发生了变化，所以又对船舶的能量传递和力的平衡关系进行了基本的讨论。这两部分是为最后的风帆助航船航行模式对主机的影响计算分析作准备。通过对一个具体的案例的计算，得出定航速和定功率两种模式下的推进特点，并相应地提出解决办法。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1课题研究的背景与意义

1.2风帆助航技术在国内外的研究动态

1.3本文的主要工作

第2章 天帆系统介绍

2.1天帆系统的组成

2.2天帆系统的运行条件

2.3天帆技术的特点

第3章 风帆的空气动力与节油效果计算

3.1风帆空气动力计算

3.1.1帆翼产生推力的空气动力学原理

3.1.2风帆空气动力性能的数值模拟计算

3.2风帆的节油计算方法

3.2.1风帆升力与阻力

3.2.2风帆动态模型的建立

3.2.3风帆助航的节能计算方法和步骤

3.3本章小结

第4章 风帆助航船舶的航行模式的特点分析

4.1帆、机、桨的推进特性及船舶的阻力特性

4.1.1帆的推力特性

4.1.2船舶阻力特性

4.1.3螺旋桨推进特性

4.1.4柴油机的速度特性和推进特性

4.2帆、船、机、桨的能量传递和力的平衡

4.2.1帆船机桨的能量传递

4.2.2帆船机桨的力的平衡

4.3帆对船舶阻力和主机的一般影响

4.3.1帆对船体阻力的影响

4.3.2帆对主机影响

4.4风帆助航船舶的航行模式特点分析

4.4.1定航速航行模式特点分析

4.4.2定功率航行模式特点分析

4.5本章小结

第5章 结论与展望

5.1论文总结

5.2后续工作展望

参考文献

致谢