“文竹海”轮风帆助航时船机桨帆配合操纵分析

论文摘要

全球经济的增长与世界贸易量的不断增加,促使船舶运输量的增长,轮船承载了世界上90%的货物运输任务。航运是耗能和污染的主要窗口,节能减排是国际趋势和国家政策的要求,也符合企业发展的需求,利用可再生清洁能源也是我国能源发展战略的需求。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,在新能源的开发上加大投入,根据海上条件,航运新能源开发以风能为主。作为一种清洁、无污染、取之不尽的自然能源,风能一直得到人们的青睐,人类也一直在探索利用风能的各种技术,目前,多个国家的经验已经证实风帆助航既节约能源,又减少污染,我国也已加强研究。本文针对船舶采用风帆助航时船、机、桨匹配控制进行学习研究。首先,对螺旋桨水动力性能、螺旋桨推进特性进行分析研究,简要分析船、机、桨配合特性,在此基础上对风帆助航时的螺旋桨特性及运行特点进行研究,利用敞水特性图谱对螺旋桨效率和转速进行分析。对船舶采用风帆助航时的定航速和定功率两种航行控制模式进行分析得出其特点以及控制方案。分析其阻力特性,对风帆助航时由于用舵所产生的阻力增额和由偏航所引起的船体阻力增额进行简单估算,将其结果与水动力试验进行对比验证。通过对风帆受力情况的简单分析,利用fluent软件对风帆进行数值模拟计算,对其结果进行简要分析,估算风帆在不同情况下提供的推进功率大小。通过对柴油机油耗率的分析和查阅实验船柴油机工程指南计算出不同风帆推力时的油耗量。最后,综合本文对风帆船采用风帆助航时机、桨、帆三方面的分析和计算结果,根据风帆助航时的特点,初步建立匹配数学模型,绘制出船、机、桨、帆的匹配控制图谱,为风帆船的船、机、桨、帆匹配控制提供理论依据,提出风帆船的操纵管理和船舶改装建议。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 论文背景与意义
• 1.2 风帆船介绍
• 1.2.1 国内外风帆助航船发展与现状
• 1.2.2 风帆助航试验船"文竹海"轮介绍
• 1.3 论文结构
• 第2章 螺旋桨特性分析
• 2.1 螺旋桨水动力性能
• 2.2 螺旋桨推进特性
• 2.3 无帆船的机桨配合概述
• 2.4 本章小结
• 第3章 "文竹海"轮风帆助航时性能分析
• 3.1 船机桨帆系统的动力传递模式
• 3.2 风帆助航模式分析
• 3.2.1 风帆助航船定航速控制模式
• 3.2.2 风帆助航船定功率控制模式
• 3.3 风帆推力特性及帆的受力分析
• 3.3.1 风帆的受力
• 3.3.2 Fluent计算结果
• 3.4 "文竹海"轮航行姿态改变所引起的阻力变化分析
• 3.4.1 船舶阻力
• 3.4.2 "文竹海"轮船舶阻力的估算
• 3.4.3 船体阻力增额估算
• 3.4.4 舵阻力增额的估算
• 3.4.5 "文竹海"轮船模水动力实验
• 3.5 螺旋桨转速与效率关系分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 风帆助航时船机桨帆匹配及经济性分析
• 4.1 风帆助航时经济性分析
• 4.1.1 柴油机油耗率
• 4.1.2 柴油机油耗量计算
• 4.2 风帆船的船机桨帆配合
• 4.2.1 船机桨帆匹配模型的建立
• 4.2.2 "文竹海"轮船机桨操纵方案及管理建议
• 4.3 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 研究生履历