人才培养

船舶与海洋工程

面向全球航线的风帆助航船耦合动力学分析及阻力推演

李昀洁

专业名称:船舶与海洋工程
指导教师:郭永晋 张明阳
毕业去向:本校船舶与海洋工程专业硕士
在校期间学术成果或科创实践成果:发表2026 OMAE会议论文1篇(第一作者),专利2份(第一作者、第五作者);2024年第44期本科生研究计划(PRP)项目结题,2025年第29期澳门新浦新京5197网站大学生创新实践计划项目结题;第九届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛上海赛区金奖,澳门新浦新京5197网站“盛宣怀杯”第二十四届学生创新创业大赛金奖,中国国际大学生创新大赛(2025)上海赛区铜奖,澳门新浦新京5197网站“盛宣怀杯”第二十六届创新创业大赛,第十三届全国海洋航行器设计与制作大赛长三角区域赛特等奖

项目概述

本文基于MMG(Maneuvering Mathematical Modeling Group)模型框架,建立了包含静水阻力、波浪阻力、风阻力、漂移力、舵力及螺旋桨推力等多源力与力矩的四自由度动力学平衡方程组,具有物理可解释性强、计算效率高、适用性广等特点,可为风帆助航船的设计优化、航线规划与绿色性能评估提供科学依据与工程工具。

项目创新点

相较于传统表征公式,该平衡方程组引入了横摇平衡,扩展成了四自由度模型,相对于过往的动力学方程能够更好地进行运动描述和科学评估。

项目成果及应用前景

在能耗评估方面,以加装四风帆转子为例,单条航线加装节能率为8.31%,全球航线加装节能率为15.28%。本文提出了逐点攻角优化方法。优化后相较于固定攻角策略进一步节省能耗约3.91%,相较于无风帆状态累计节省能耗约18.60%。未来该方法可用于评估加装风帆的影响、风帆的适用性及可与气象预报、路径规划一同结合。

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