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新型油轮设计,节能效果可提高35%

2024-02-28科学

芬兰船舶设计公司德他马林(Deltamarin)和英国风力推进解决方案公司BAR Technologies进行的最新合作项目「AQUILO」为一艘LR1型油船,该船设计十分创新,尤其被称为「航空桥」(Aero Bridge)的上层建筑可能是几十年来油船设计中最激进的改变。之所以称其为「航空桥」,在于它正像连接候登机口与机舱的机场廊桥一样。

概念图所示,我们的目光终点不再是后部桥楼,而是船舶之外的海洋。一条走廊式样的「桥」横跨在两座并非长方体的住宿区之上,换言之,即将传统桥楼分成两部分,并在中间创造出一个单独空间,其结构和功能与强调街区化生活的巴黎拉德芳斯中心商务区标志性建筑类似。架起「航空桥」的两个生活区为根据空气动力学设计的机翼型,前缘可使结构周围空气流动顺畅,受到的阻力及各种干扰较传统块状模块少。

图源/德他马林官网

图源/德他马林官网

图源/latitude-ladefense.fr

虽然这种「镂空」设计也确实意味着船舶顺风航行时不再有自然风推动的好处,但也不用太多在意逆风航行时出现的风阻。来自德他马林的造船工程师Peter Kondratjeff描述了「AQUILO」项目的技术复杂性,并解释说:「将翼帆融入设计需要对细节和创新思维细致关注。‘航空桥’具有较大的气流间隙,在降低阻力和进一步提高燃油效率方面发挥着关键作用。当时,我们首先研究了上层建筑和翼帆之间的相互作用,然后再继续探索新型上层建筑,并开发出这种新的桥楼。传统的上层建筑是船舶阻力的主要来源之一,当设计团队开始试验新的设计时,我们不仅可以很大程度减少船上的风阻力,而且实际上还可以减少燃料消耗。」「AQUILO」项目旨在探索新一代船舶的节油潜力,并利用最先进的设计软件进行产品优化,在这个过程中,Peter Kondratjeff及其团队完成了创新。「这艘LR1型油船设计基于我们的一个的早期船舶项目,随后在设计阶段的船体优化时,开始考虑利用风力辅助推进的想法。BAR Technologies与我们合作推进了这一进程。然后,我们为该船设计了非常特别的上层建筑——‘航空桥’。」

在LR1型油船的尺寸内整合配备4桅由BAR Technologies推出的WindWings翼帆推进系统是这艘船的另一个亮点,每桅高为37.5米的WindWings翼帆推进系统都有可移动的部件,通过计算机软件和遥测技术与甲板上的其他翼帆集成在一起,在港关闭时,桅杆向下折叠在甲板上,十分平整。

设计方现对「AQUILO」项目船舶船体设计保密,但其也明确对船体的流体力学有相当多的计算,船体经过流体力学优化。比如最终在39米到47米之间选择了43.4米的型宽。在此基础上,保留为通过丹麦海峡需要的吃水15米、型深22.3米设计。具体而言,这艘LR1型油船船长250米,型宽43.4米,型深22.3米,设计吃水13.5米,结构吃水14.8米,配备12个液货舱和2个污油罐,储罐总容积13.7万立方米。「AQUILO」项目船舶发动机机型为MAN Energy Solutions开发的MAN B&W 5G70ME-C10.7,最大主机功率(SMCR)为12180千瓦,正常持续航行功率(NCR)为8800千瓦。

「AQUILO」项目船舶在燃料节省和减少排放方面优势明显。在14.5节的航速下(只通过主机推进),燃料消耗为32.8吨/天,「航空桥」设计则让油耗降至31.3吨/天,正确指定WingWind翼帆推进系统的开闭及方位可再将消耗量降低至26.8吨/天。如果以12.0节的速度航行,相应燃料节省效果更佳。根据德他马林和BAR Technologies提供的计算数据,「AQUILO」项目船舶的节能效果可提高35%左右,其中18%来自翼帆系统,4.5%来自创新型「航空桥」,剩余11.5%来自尚未披露的船体流体力学设计。