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科普知識：“拉風(fēng)”的轉(zhuǎn)筒帆

來源：中國船舶集團　　　　日期：2022-03-25　　　　字體：【大】【中】【小】

　　轉(zhuǎn)筒帆作為新型推進裝置，可以隨時根據(jù)風(fēng)向調(diào)整轉(zhuǎn)速，充分利用風(fēng)力；相比于傳統(tǒng)風(fēng)帆，轉(zhuǎn)筒帆占用很小的甲板空間，受惡劣風(fēng)況的影響不大，對側(cè)向風(fēng)效果最明顯。

　　近年來，由于海上運輸成本及運量的優(yōu)勢，海運成為全球貿(mào)易的重要途徑，但與此同時，船舶的排放污染物也逐年增加，對全球環(huán)境及氣候產(chǎn)生巨大影響。

　　隨著船舶環(huán)保標準的不斷提升，通過對風(fēng)能等綠色能源的開發(fā)利用，以減少燃油消耗，成為航運業(yè)節(jié)能減排的一個重要方式。

　　由此不難看出，轉(zhuǎn)筒帆催生背景就是低碳環(huán)保的要求。轉(zhuǎn)筒帆的出現(xiàn)，使得船舶在降低運營成本及整體燃料消耗的同時極大地提高了經(jīng)濟效益，減少了碳排放量，改善了大氣環(huán)境。

　　提到轉(zhuǎn)筒帆的節(jié)能原理，就不得不提馬格努斯（Magnus）效應(yīng)。

　　馬格努斯效應(yīng)在球類運動項目中普遍存在，以旋轉(zhuǎn)的球體為例，當(dāng)球體的旋轉(zhuǎn)方向與氣流方向相同時，在該球體的一側(cè)產(chǎn)生低壓，另一側(cè)產(chǎn)生高壓。前進中的球體以順時針方向旋轉(zhuǎn)時，由于其下側(cè)與氣流運動方向相對，所以空氣流速較慢，從而使得球體下側(cè)受到的壓力比上側(cè)更大，從而產(chǎn)生一個向上的升力，球體在升力作用下運動軌跡發(fā)生偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象稱為馬格努斯效應(yīng)。

　　根據(jù)馬格努斯效應(yīng)，通過發(fā)動機產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)筒帆有摩擦力，會帶動周圍氣體共同旋轉(zhuǎn)。

　　當(dāng)有側(cè)風(fēng)吹過時，導(dǎo)致風(fēng)筒一側(cè)的空氣流速加快，另一側(cè)流速減慢，流體流動速度越快壓力越低，旋轉(zhuǎn)風(fēng)筒周圍流場將產(chǎn)生壓力差，進而為船舶前進提供推力。

　　轉(zhuǎn)筒帆系統(tǒng)，構(gòu)造簡單、自重小，只需要很小的電機就能產(chǎn)生明顯的推力，且可以通過調(diào)整轉(zhuǎn)筒帆的轉(zhuǎn)速、升力大小等，從而實現(xiàn)能源合理分配，降低海運成本。

　　沒想到，馬格努斯效應(yīng)“跨界”后，在海洋上大展身手，小小的身材轉(zhuǎn)著圈，就把風(fēng)能轉(zhuǎn)換成了動能。

　　早在2018年，由中國船舶集團旗下上海船院為希臘船東Victoria Steamship設(shè)計的的64000噸散貨船“AFROS”號就已成功應(yīng)用轉(zhuǎn)筒帆。

　　該船甲板上安裝4臺轉(zhuǎn)筒帆作為船舶輔助推進動力裝置，也是全球首艘安裝風(fēng)動節(jié)能裝置的散貨船。

　　2021年，由上海船院設(shè)計的32.5萬噸超大型礦砂船交付。該船是世界上首艘配備轉(zhuǎn)筒帆的礦砂船，安裝了5臺轉(zhuǎn)筒帆，將使能效提高多達8%，每年由此可減排多達3400噸二氧化碳當(dāng)量。

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