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风帆船动力装置的建模与仿真研究

卢俊  
【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。


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