风帆助航与天帆系统

２）１ 【 年 １ 总 第 ）改变力的作用点和 ３ 牵引角减少力对于船的作用 ； （ ）主绞车对于极限 ４
阵 风 风 力 主 动 作 出反 应 并 通 过 船舶 动 力 系 统进 行 补 偿； （ ５）收 回牵 引天 帆 ； （ 在 紧 急情况 下牵 引风 ６） 筝急 速 放气 。 ２０ 年 １月 １ ０ ７ ２ ５日，全 球第 一艘 用 巨大 的风筝 提供 部 分动 力 的货 船 “ 白鲸天 帆”号 （ ｅ ｇ Ｓｙ ａｓ Ｂｌ ａ ｋ Ｓｉ ）， ｕ ｌ 在 德 国汉 堡 的一 个 港 口下 水 ，以风 力 辅 助 发 动 机 运
转 。德国Ｂ ｌｇ公司确认 每平方米风筝帆面积的平均 ｅ ａ ｕ 功率是０ Ｗ，使用风力优化航线每平方米风筝面积 ．ｋ ５
所示
系统航 线优化 设计 由四个模块 组成 ：天气 预报 ， 性 能计算 ，决 策制 定和航 线建 议 。即在现 代大 气预报
的帮助下 ，获 得一个 恒定 的 、能量 充沛 的驱动 力 ，允
分 利用 风力 优势 ，完 成快 速 、准确 的航 次 。 现代气象 预测 可以精确 预测５ 内的大气状 况 ，还 ｄ 可 以预测 更长 时 问的宏观 天气状 况 和气象形 势 ，即使
上 升 。风 筝 帆最 高 能够 升至 ５ ０１，根 据 不 同高 度 风 ０ Ｉ Ｔ
２ ０
为 了确 保 船舶 的安全 ，天 帆系 统 由６ 的安伞 措 级 施来 保 汪 ： （ ）通过 定期 的天 气预 报避 免 不利 的天 １ 气情 况 ，并 对 下 降风 和 阵风进 行 预警 ； （ ２）改变 机
在 天 帆 上使 用 了一 个经 改 装 后 的 机 自动 导航
船 舶安装 风 帆 ，风 帆所增加 的倾 侧力 矩会改 变船 舶 的稳性 、浮态 等各 种性 能 ，并 可能 引起 船舶 的偏 航
及操 纵性 的改变 。由于风 速和风 向不稳 定 ，风 帆提供
仪 。 自动导航 仪 和船上 的计算 机相 连 。控 制 系统根据
气 瓶和 泵组 成 。
２ 舷 线 优 化 设 圩 ．
三 、新型风帆助航 系统——天帆 系统
天 帆系统是 德 国工程 师瑞格 发 明的新 型高科技 风 帆 ，它是 由一个 巨大 的 、充 满氦 气 的天帆 ，也 叫风筝 帆及相 应 的索具 组成 ，利用 上层 最稳定 而强 劲 的风力 驱 动 船 舶 前 进 ，天 帆 系统 的 组 成 及 工 作 原 理 如 图 １
短期 的气 象情 况 ，也可 以在半 天之前 预测 来 ，这就 为航线 确定 起到 了关 键作用 ，确保 了船舶 的安 伞 。 输 入 天气预报 的数 据可进 行天 帆性 能 汁算 ，预洲
通 过天 帆推进 系统 可获得 的风 力 ，并考虑 到不 同船舶
的特性参 数 ，然后 计算 出使用 天帆 系统 的船速 和预计
２ 节 能与安 全 的相 互关 系 ．
的方 向和强度 ，帆 的高 度可 在 １０～５０ｍ内调整 ，以 ０ ０
最 大 限 度 地 利 用 风 能 ，确 保 町 以 获 取 足 够 的 推 进
能量 。
风 帆助航 与船舶 安全 是一对 互相 对立 又可 以互 相
优化 的矛盾 体 。从尽 可能 多地利 用风 能 、节 约能 源 的 角度来 看 ，希望 有足 够强 的风力 吹动 风帆 ，产生 足够 强 的力推进 船舶 。然 而 ，如果风 力过 大 ，则 会对 船舶 安 全造 成 威 胁 ，也 不 利 于 船 上人 员 对 船 舶 的操 纵 和
到港时 间 。
图 １天 帆 系统
船公 司可 以设 定船 的某些参 数 ，渚如最 大燃 油消 耗率 和最 迟到 达时 间等都 町输入 系统 ，然后 计算 优化
航线 。
３ 系统安 全措施 ．
１ 天 帆 系统 ．
天 帆 ，也称 为风筝 帆 ，其形状 类似 于滑翔 机 的机 翼 ，由纺织 品构 成 ，面积可达 ２０ ００ ，工作 时充满 氦 ｍ 气 ，由充气骨 架支 撑结 构提供 必要 的机械 强度 。由于 匕比空 气轻 ，即使 一点 风也没 有 ，风筝 帆也可 以稳定
为 了达到 节能 与安全 的最优 ，风 帆助航 既要考 虑
空气 流体 动力 ，又要兼 顾安 全性 （ 强度 、稳 性 、自动 化操 纵等 ）。船 舶采 用何 种方式 ，需要 针对 航线 的气 候条 件 ，因地 制 宜 。
３ 风 帆 对 船 舶 航 行 性 能 的 影 响 ．
缆 车控制 牵 引索 的长度 。它将 牵引缆 的力传 递 到船体 并推动船 前进 ，每 条船 的连接 系统都 不相 同 。牵 引缆 作 用点 的位 置是变 化 的。 因为牵引 力需要 同横 向阻力 在 同一 条线 上 ，这取 决 于船体 的形状 和船速 。
控制 。
天帆 向船上传 递力 是通 过一根 牵引缆 。控制 缆位 于牵引缆 和 帆之 间 ，控制 和平 衡天 帆 。风 筝 帆的所有 缆 绳采用 强 度高 、重 量低 的现代 尼龙 纤维 。 牵 引缆 与船体 之 间的连接 装置 采用滑 车方式 ，它
可 以在轨 道上 移动 ，轨道 固定 在船 的外板 ， … ・
风 向 、风速 、船 的航 向和船速 自动 调整 天帆 的位置 。
的辅 助推 力也不 稳定 ，要保 证风 帆 和螺旋 桨获得 最佳 的综 合推 进效率 ，需 分析 机 、帆 、桨 的配合 特性 ，实 现 机 、帆 、桨 ｊ者 的最 佳 匹配 ，以 获 得 理想 的节 能
效果。
收放 帆系统 用于 收 回和 放 出天帆 的牵引索 ，它 由 控制机 构 、索收放 系统 以及 氦气 的填充 和放 泄系统组 成 。由于风 筝完全 是 由纺织 品构成 的 ，这使得 它易 于 存 放 ，在船 上只 占很小 的空 间 。充 放气机 构控 制将 氦 气 充入 天帆 的气囊 或将氦 气放 出 。氦气 系统 由高 氦