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多功能船用风帆设计及其特性研究

陈鲁愚  
【摘要】:随着人类环保意识的增强,世界石油资源的日益匮乏、石油价格高涨,当前IMO对船舶温室气体排放和污染物排放的标准日益严格,节能减排呼声日益高涨,人们逐渐将目光转向清洁能源,由于风能具有分布广泛、无污染的特点,因此风帆助推技术又重新回到人们视线中。不同以往的是现代风帆助推装置多为船舶提供辅助推进力,而并非作为主推进装置。文中以多功能船用风帆为研究对象,对风帆的设计、翼型的选择、模型试验方法和风帆节能效率进行了探索性的研究,以期为多功能船用风帆在船舶上的进一步应用提供一些思路和依据。 文中主要针对风帆的总体设计方案、翼型空气动力性能仿真计算、小型模型在风洞中的试验内容及根据试验数据分析风帆特性等几个方面展开研究工作。首先,文中对主要风帆类型进行搜集和整理,对其基本原理、应用情况、存在的问题等进行了分析,对主要帆型的结构形式、空气动力性能等要素对比分析研究,并根据设计的主体理念,针对所选择目标船的特点,进行风帆主要参数的针对性设计。其次从翼型理论的角度对风帆叶片的工作原理进行分析与研究,对几种翼型进行了仿真计算分析,设计了两种试验模型采用的翼型;再者根据风洞工作原理和试验相似原理,设计了风洞适用模型、确定了试验风速及模型在风洞中的试验内容;最后对试验数据进行分析整理,完成多功能船用风帆的设计,分析了包括风帆发电效率、推进效率和工作模式切换点等在内的特性。 在风向对船舶航行不利的情况下,本文设计风帆可以取得比原有风帆更好的节能效果。


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