风帆助航船舶帆角控制系统分析与设计＊

李向舜 杨 幸 严新平 徐 立

（1.武汉理工大学自动化学院 武汉430070；2.武汉理工大学能动学院 武汉430063）

0 引 言

风能是自然界取之不尽、用之不竭的巨大能源。据估计，全球每年可以利用的风力总能量为2×107MW，为地球上可资源化利用的水能总量的10倍［1］。合理开发和利用风能可有效的节约石化能源，并降低碳排放。此外，世界上90%以上的国际贸易是通过船舶来实现的［2］，对航线上的风能进行开发利用，可以有效降低船舶的运营成本，减少能耗，降低碳排放［3］。对于船舶运输业来说，风力助航作为一种节能方式存在很大的发展潜力，同时风力助航也符合绿色船舶的发展理念。

风帆辅助推进混合动力船舶越来越受到人们的关注［4－7］。国外在风帆－柴油机混合动力技术上起步较早［8］。国内学者在近几年也对风帆辅助混合动力船舶做了一些有意义的工作。文献［3］对船舶安装风帆的节能效果进行了研究，结果表明大部分船舶安装风帆的节能效果可达4%～10%。另外，文献［9］也对风帆辅助船推进性能进行了分析和计算，讨论了节能效果与帆船选择、帆机浆船的工况匹配等问题，同时也对节能效果进行了估计。还有一些学者从空气动力学的角度，对帆船的选择、风帆的形状、风向大小等问题上进行了计算［10－11］。目前，关于船舶航向控制方面的成果已经比较丰富。然而，关于风帆助航船舶的航向控制方面的成果却不多见，一些学者仅是把风当做干扰项，并未对风作用于风帆产生的力进行定量分析，关于风帆的控制更是少见。……