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新型油輪設計,節能效果可提高35%

2024-02-28科學

芬蘭船舶設計公司德他馬林(Deltamarin)和英國風力推進解決方案公司BAR Technologies進行的最新合作計畫「AQUILO」為一艘LR1型油船,該船設計十分創新,尤其被稱為「航空橋」(Aero Bridge)的上層建築可能是幾十年來油船設計中最激進的改變。之所以稱其為「航空橋」,在於它正像連線候登機口與機艙的機場廊橋一樣。

概念圖所示,我們的目光終點不再是後部橋樓,而是船舶之外的海洋。一條走廊式樣的「橋」橫跨在兩座並非長方體的住宿區之上,換言之,即將傳統橋樓分成兩部份,並在中間創造出一個單獨空間,其結構和功能與強調街區化生活的巴黎拉德芳斯中心商務區標誌性建築類似。架起「航空橋」的兩個生活區為根據空氣動力學設計的機翼型,前緣可使結構周圍空氣流動順暢,受到的阻力及各種幹擾較傳統塊狀模組少。

圖源/德他馬林官網

圖源/德他馬林官網

圖源/latitude-ladefense.fr

雖然這種「鏤空」設計也確實意味著船舶順風航行時不再有自然風推動的好處,但也不用太多在意逆風航行時出現的風阻。來自德他馬林的造船工程師Peter Kondratjeff描述了「AQUILO」計畫的技術復雜性,並解釋說:「將翼帆融入設計需要對細節和創新思維細致關註。‘航空橋’具有較大的氣流間隙,在降低阻力和進一步提高燃油效率方面發揮著關鍵作用。當時,我們首先研究了上層建築和翼帆之間的交互作用,然後再繼續探索新型上層建築,並開發出這種新的橋樓。傳統的上層建築是船舶阻力的主要來源之一,當設計團隊開始試驗新的設計時,我們不僅可以很大程度減少船上的風阻力,而且實際上還可以減少燃料消耗。」「AQUILO」計畫旨在探索新一代船舶的節油潛力,並利用最先進的設計軟體進行產品最佳化,在這個過程中,Peter Kondratjeff及其團隊完成了創新。「這艘LR1型油船設計基於我們的一個的早期船舶計畫,隨後在設計階段的船體最佳化時,開始考慮利用風力輔助推進的想法。BAR Technologies與我們合作推進了這一行程。然後,我們為該船設計了非常特別的上層建築——‘航空橋’。」

在LR1型油船的尺寸內整合配備4桅由BAR Technologies推出的WindWings翼帆推進系統是這艘船的另一個亮點,每桅高為37.5公尺的WindWings翼帆推進系統都有可移動的部件,透過電腦軟體和遙測技術與甲板上的其他翼帆整合在一起,在港關閉時,桅桿向下折疊在甲板上,十分平整。

設計方現對「AQUILO」計畫船舶船體設計保密,但其也明確對船體的流體力學有相當多的計算,船體經過流體力學最佳化。比如最終在39公尺到47公尺之間選擇了43.4公尺的型寬。在此基礎上,保留為透過丹麥海峽需要的吃水15公尺、型深22.3公尺設計。具體而言,這艘LR1型油船船長250公尺,型寬43.4公尺,型深22.3公尺,設計吃水13.5公尺,結構吃水14.8公尺,配備12個液貨艙和2個汙油罐,儲罐總容積13.7萬立方米。「AQUILO」計畫船舶發動機機型為MAN Energy Solutions開發的MAN B&W 5G70ME-C10.7,最大主機功率(SMCR)為12180千瓦,正常持續航行功率(NCR)為8800千瓦。

「AQUILO」計畫船舶在燃料節省和減少排放方面優勢明顯。在14.5節的航速下(只透過主機推進),燃料消耗為32.8噸/天,「航空橋」設計則讓油耗降至31.3噸/天,正確指定WingWind翼帆推進系統的開閉及方位可再將消耗量降低至26.8噸/天。如果以12.0節的速度航行,相應燃料節省效果更佳。根據德他馬林和BAR Technologies提供的計算數據,「AQUILO」計畫船舶的節能效果可提高35%左右,其中18%來自翼帆系統,4.5%來自創新型「航空橋」,剩余11.5%來自尚未披露的船體流體力學設計。