风能在船舶领域的应用历史悠久
早在公元前3100 年前后
古埃及就出现了第一艘风帆船
之后依靠风能推进的船舶
成为了古代航运的主力军
在中国明代甚至出现了
长达135米，宽48 米
排水量达2 万吨的
巨型风帆船
郑和下西洋的宝船模型
近代以来
随着以蒸汽机、内燃机为代表的
工业革命的兴起
传统风帆船由于其操纵繁琐
动力较小等特点逐渐被淘汰
然而随着电脑信息技术
和现代风帆理论研究的发展
风帆船再一次焕发出勃勃生机
各型各样现代风帆船相继问世
本期我们来介绍
目前大型远洋船舶上
最常用的风帆类型之一
——
翼型帆
翼型帆的剖面与机翼的剖面相似
常见的翼型帆为
矩形帆和三角形帆
矩形帆结构如上图所示
??现代翼型帆船舶推进原理与机翼类似，当翼型遭遇与其弦线成一定夹角（可称为攻角）来流时，翼背流速大，另一侧流速小、压强高。
??根据伯努利定律，气流绕过翼型时流速大的地方流体压强较小，流速小的地方压强较大。所以翼型的上下表面由于流速的不同产生了压差。
风帆助航的节能效率
秘诀就藏于以下三个方面
——
风帆有效使用面积
船舶航线上可利用的风力资源
风帆的空气动力学特性
1?风帆面积受到船舶稳性和船舶操纵性能及甲板布置情况的影响，主要由船舶长度和宽度或者船舶排水量来决定。
2?提高风帆节能效率则主要通过改变风帆的剖面形状获得比较好的空气动力学特性。按照剖面曲线形状，帆型可分为层流型、圆弧型、普通型和卧背型，如下图。研究表明，层流型空气动力特性最佳，圆弧型次子，普通型和卧背型则较差。
风帆的剖面形状
回首现代风帆船
在我国的研究历史可以发现
虽然相比国外起步较晚
但成果丰硕
上世纪80年代初
我国沿海、沿江地区兴起了
现代风帆研究的浪潮
很多高校、研究院所
及船舶企业纷纷进行了
相关的研究工作
其中，上海交通大学
武汉理工大学、大连海事大学
浙江交通厅等单位成绩显著
如在上世纪80年代
上海交通大学和舟山渔机所
合作研制了国内首艘
微电脑控制新型软帆渔船
年节油率达10%
由武汉理工大学
（武汉水运工程学院）设计
湖南岳阳水运公司船厂制造的
长江300吨风帆助航综合节能货船
“长风”号则是我国第一艘
采用电脑——液压自动控制的
现代翼型刚性骨架风帆助航船
综合节能可达25%左右
“长风”号风帆助航船
进入新世纪以来
我国依然没有停止
对风帆助航船的研究步伐
2008年起
中国船舶集团七〇二所
组建成立了风帆技术研发团队
围绕风帆技术展开系统性研究
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 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
2018年11月13日
由中国船舶集团旗下大船集团
为招商轮船建造
全球首艘安装翼型帆装置的
30.8万吨超大型原油船（VLCC ）
“凱力”号成功交付
“凱力”号
“风帆技术示范应用开发”项目是大船集团围绕主力船型节能减排的创新性重点项目，在VLCC实船上的应用尚属国内首次，该项目不论从风帆样机的尺寸，还是所安装船舶的吨位，均属国内和国际业界的创新和填补空白项目。
“凱力”号的成功交付，充分证明了翼型帆方案在超大型船舶节能减排方面的有效性，标志着我国在船舶风力资源推广应用方面取得重要进展。
2020年11月25日
世界工业设计大会
在山东省烟台市举办
同期举行了
中国优秀工业设计奖颁奖仪式
大船集团设计建造的
全球首艘翼型风帆助推VLCC项目
获得产品设计金奖
也是辽宁省和船舶行业唯一的获奖项目
2021年3月9日
国家高技术船舶科研计划
“翼型风帆助推系统工程化应用研究”
（风帆二期）项目
风帆制作开工仪式
在大船集团举行
风帆二期项目效果图
??“翼型风帆助推系统工程化应用研究”项目是中国船舶集团推进船舶节能减排的重点项目，也是国家工信部重点支持的主力船型节能减排创新性重点项目。该项目于2019年工信部批复后正式立项，由大船集团牵头，联合七〇二所、中船综合院、招商轮船、中国船级社（CCS）、中国造船工程学会、大连海事大学、大连理工大学等单位，依托招商轮船在大船集团订造的VLCC开始了“风帆二期”项目研究。
??风帆二期项目与一期相比，重点是推进工程化应用。实船翼型帆应用由一对增加到两对，帆叶由金属变更为非金属，整体为金属与非金属混合结构，是国内大型船舶首次应用碳纤维材料，标准化、轻量化、智能化将成为未来研发的重点方向。
中国船舶集团上海船院长期以来
致力于风能在船舶上的应用
2021年5月12日
由上海船院联合法国VPLP Design等
开发的“Trade Wings 2500”
低碳2500TEU集装箱船
获得法国船级社（BV）
颁发的原则认可（AiP）证书
“Trade Wings 2500”
由6个风帆和吊舱推进系统联合推进
在码头
风帆可通过垂直的滑杆机械装置
进行部分回收
以减小对装卸货的影响
该船采用LNG作为船用燃料
在相同航速下
较传统方式最高可减少
35%的二氧化碳排放量
配置四冲程气体发电机
还可在未来升级成氨或氢等更低碳的燃料
风力辅助推进
是一种极具潜力的解决方案
有助于海洋行业的长期去碳化
但仍需要正视的是
国内风帆助航船研究
各方面还存在很多不足
首先国内风帆助航船
研究方向比较狭窄
对新型风帆及风帆的
工程化设计研究较少
在风帆的船舶应用研究方面
目前的研究主要还是
采用小批量、特制的模式
产业化发展缓慢
总而言之
在化石能源日渐枯竭
国内外环保压力增加
航运业标准日益严格的今天
风帆助航船的研究大有可为
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