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风翼助航船舶的航速航线联合优化方法研究
| 论文题名： | 风翼助航船舶的航速航线联合优化方法研究 |
| 关键词： | 风翼助航船舶;船舶能效;风翼攻角;节能减排;联合优化 |
| 摘要： | 风翼助航船舶利用风能作为辅助推进力，可有效降低船舶油耗及二氧化碳排放量，对提高船舶能效水平具有重要意义，同时也是航运业落实“碳达峰”及“碳中和”战略发展目标的具体体现。然而，目前针对风翼助航船舶的能效优化方法多为单一的航线优化或风帆布置操纵优化，对风翼助航船舶的航速优化或航速航线联合优化研究较为缺乏，风翼助航船舶能效水平仍具有较大提升空间。因此，为了进一步挖掘其能效提升的潜力，本文针对风翼助航船舶的能效优化问题，开展多环境因素影响下的风翼助航船舶风翼攻角及航速、航线联合优化方法研究。具体研究工作如下： （1）基于船舶航行工况及环境信息，采用数据预处理方法对所获取目标海域的气象数据进行矢量合成，同时通过插值处理及数据拟合可视化方法分析了气象数据的时空分布特征。此外，基于获取的船舶能效数据，通过采用相关性分析方法对船舶航行的能效与环境信息进行了关联性研究，从而为建立船舶能耗模型提供支撑。 （2）基于风洞试验结果，分析了不同风向角及风翼攻角下的风翼推力特性，为风翼助航船舶最佳攻角的决策提供依据。同时分析了目标船舶的船-机-桨-翼之间的能量传递关系，通过对船舶阻力、主机特性、螺旋桨进行动态特性分析研究，建立基于环境因素的风翼助航船舶能耗模型，并通过实船数据与预测油耗数据的对比分析，验证了所建立能耗模型的有效性，其可实现在不同航行环境下能耗值的预测，从而为建立能耗优化模型奠定基础。 （3）采用离散化网格及索引度值计算的方法，获取不同位置的船舶航行相关信息，同时将其与航线变量、航速变量、风翼攻角变量相结合，以船舶油耗量最低为优化目标，以航行安全性、营运性、时效性为约束条件，建立风翼助航船舶航速航线联合优化模型。基于所建立多变量、多约束联合优化模型采用灰狼优化算法对其进行求解，并将优化结果与原始数据进行对比验证分析。结果表明：通过风翼攻角与航速、航线的联合优化，目标船舶可节约燃油约37.32t，降低船舶能效营运指数约5.2%。所提出方法可以有效提高船舶能效水平，对促进船舶的绿色化发展具有重要意义。 |
| 作者： | 董思邑 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 黄连忠 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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