□ 钟川

近日,国内首艘安装风帆装置的30万吨级超大型油轮(VLCC)顺利出坞。在这背后,凝聚了七〇二所风帆技术研发团队十年来潜心研究的成果。

系统研究积累

构建技术体系

节能环保一直是近年来航运业关注的热点。在从船舶线型、主机、推进器等方面改进优化船舶设计的同时,七〇二所更敏锐地将目光放到了新能源利用上。风能作为绿色、清洁、可再生能源,是船舶最原始的驱动方式,而随着空气动力学技术以及船舶设计手段的进步,采用基于现代翼型设计理论的升力帆技术为船舶提供辅助推进,在提高船舶能效方面有着巨大的潜力。为此,自2008年起,七〇二所组建成立了风帆技术研发团队,联合中远集团等国内优势单位,围绕风帆技术展开系统性研究。

此时的研发团队在风帆技术方面的基础实际上是一片空白,但他们毫无退缩,而是迎难而上。通过查阅资料、调研、研讨,逐步形成清晰的技术研发路线;充分利用七〇二所水池、风洞等试验研究资源,系统性地开展大量试验,进行设计、评估、验证、优化设计、再评估验证的反复迭代。

历经十年深耕,七〇二所研发团队先后突破了风帆系统设计技术、加装风帆船舶综合航行能力预报与能效评估技术、风帆-推进-操纵系统联合控制技术、风帆船舶集成技术等一系列关键技术,形成了完备的风帆技术研发的能力体系。

自主知识产权

彰显“中国设计”

风帆的剖面翼型直接影响着风能利用的效率。研究之初,研发团队选用传统的风帆翼型进行论证分析,试验显示出了节能效果,验证了可行性。研发团队看到曙光的同时,也深知传统的风帆翼型远算不上高效风帆翼型,国内外文献中查阅到的各种翼型也都存在一定局限性,在自主风帆设计方面还有大量工作要做。

随后,研发团队采用参数化建模方法,形成系列风帆剖面翼型设计方案,并逐一进行评估验证,最终提出了具有完全自主知识产权的U型风帆剖面方案,与国内外已知各种风帆剖面方案比具有最优的升力特性,彰显了“中国设计”的力量。

实用可靠性

接受实船考核

虽然风帆技术在试验室环境下验证了无数次,但研发团队始终渴望着能够在实船上实现安装应用,也为了达到这个目标不懈努力着。而实船应用又迎来了更多工程方面的问题:除了风帆自身的设计建造,安装风帆后对船舶的安全性会带来影响吗?对船舶操纵性和耐波性会造成怎样的变化?需要如何操控才能发挥风帆最大效能?风帆实船节能效果如何评判等等……

研究应用越深入,需要回答的问题就越多。为此,研发团队持续攻关,针对目标船先后完成风帆布局设计研究、风帆样机气动载荷评估、风帆船综合航行性能评估、船载直升机作业影响评估、风帆船联合控制策略以及节能效果评估方法研究等工作,为工程应用奠定了坚实基础。

2015年,依托科技部863项目支持,在中远集团50000吨级“鹏龙号”散货船上进行了风帆样机安装和海试。同年起,在工信部高技术船舶科研的支持下,七〇二所风帆技术研发团队和大连船舶重工集团公司、招商局能源运输股份有限公司、中国船级社、中国造船工程学会、大连海事大学、大连理工大学等单位组成“国家队”,针对招商局能源运输股份有限公司30万吨级VLCC开展风帆设计、建造和实船示范应用。目前该船已正式出坞,即将扬帆起航。