第一篇：鈦合金在船舶海水管系的應(yīng)用

鈦合金在船舶海水管系的應(yīng)用

船舶海水管路是船舶推進(jìn)保障系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)保障系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)保障船舶動(dòng)力裝置、輔助機(jī)械和設(shè)備的正常工作具有重要作用。管系的漏損對(duì)船舶的影響近次與主機(jī)，占第二位。

多年以來，我國的船舶海水管系以銅制設(shè)計(jì)為主，從2000年以來，耐腐蝕性能優(yōu)良的B10合金替代原來的紫銅在船舶海水管系中大量應(yīng)用，大大改善了我國船舶海水管系的腐蝕破損問題。但隨著我國遠(yuǎn)洋戰(zhàn)略的實(shí)施和船舶行業(yè)的發(fā)展，海水管系的腐蝕問題依然嚴(yán)峻。B10合金的極限設(shè)計(jì)流速為3.6m/s，無法滿足現(xiàn)代船舶高海水流速的要求。B10合金海水管路設(shè)計(jì)時(shí)不同海水系統(tǒng)對(duì)應(yīng)有不同的流速限制，而部分管道關(guān)閉造成局部管道實(shí)際流速超出設(shè)計(jì)流速的情況時(shí)有發(fā)生。另外在海水管系方向發(fā)生改變的部位，管路內(nèi)海水實(shí)際流速通常也會(huì)超出設(shè)計(jì)流速。同時(shí)，隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)對(duì)海水造成的污染也不斷加劇，對(duì)海水管路的耐腐蝕性能提出了更高的要求。以上幾種情況導(dǎo)致海水管系的腐蝕問題依然突出。

鈦合金具有優(yōu)良的耐海水腐蝕性能，被稱為“海洋金屬”。具有低比重、力學(xué)性能優(yōu)良等特點(diǎn)。同時(shí)鈦合金具有優(yōu)良的耐沖刷腐蝕性能（見圖1），作為海水管系使用，服役期限不少于40年。

圖1 不同海水流速下材料耐腐蝕性能

由于鈦合金同時(shí)具有較高的強(qiáng)度，可以使管材的壁更薄，從而減輕管系的重量。世界各國都非常重視鈦合金在海水管路上的應(yīng)用研究工作。俄羅斯和美國已成功將鈦合金應(yīng)用于各類動(dòng)力的潛艇、水面艦船。如美國海軍對(duì)薄壁鈦合金管從費(fèi)效角度進(jìn)行評(píng)價(jià)，作為水面艦船海水管系的候選管材，鈦合金可以減輕管路的腐蝕和沖刷破壞，但鈦合金與其它材料的電偶不匹配，材料之間的電絕緣造價(jià)較高。

鈦合金在海水中的腐蝕電位較高，容易造成與之相連的其它金屬的加速腐蝕，因此，鈦合金在海水管路中使用時(shí)，必須加強(qiáng)電絕緣防護(hù)。以避免海水管系中、海水管系與船體間的電偶腐蝕發(fā)生。通常采用的方法是電絕緣連接，即用各種惰性材料（包括密封材料）制成墊片、套管，插入法蘭連接中，使兩法蘭陰極之間的導(dǎo)電通路被斷開。近年來，鈦合金的絕緣防護(hù)技術(shù)不斷發(fā)展，如熱氧化、陽極氧化、微弧氧化等技術(shù)已有較好的技術(shù)積累和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。這些新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用為鈦合金在海水管路的應(yīng)用提供了有力的技術(shù)支持。

鈦合金具有良好的生物兼容性，在海水管系的應(yīng)用時(shí)，易生長海生物造成管徑減小，甚至堵塞（如圖2），從而影響系統(tǒng)運(yùn)行。針對(duì)這一問題，國內(nèi)已有單位開展系統(tǒng)的研究工作。目前常用的有涂防污漆、電解銅鋁防污和電解氯氣防污等手段。因目前國內(nèi)采用鈦合金海水管系的船舶較少，以上幾種方法的應(yīng)用實(shí)踐較少。其中電解氯氣防污在濱海電廠的鈦合金管路得到較多應(yīng)用，使用效果良好。

圖2 被海生物堵塞的鈦合金管路

鈦合金在海水管系的應(yīng)用是一個(gè)系統(tǒng)的工程，除了管材材料規(guī)格齊全和電絕緣技術(shù)成熟，還要有防污技術(shù)、泵閥、管件材料制備技術(shù)、成熟的焊接技術(shù)等配套產(chǎn)品的工藝技術(shù)儲(chǔ)備。目前，國內(nèi)已制備了鈦合金管件的國標(biāo)和船用標(biāo)準(zhǔn)，也有部分廠家具備了多種規(guī)格鈦合金管件的供貨能力，國內(nèi)船舶海水管路中采用鈦合金閥門的型號(hào)僅有很少的小型船只，應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)較少，相關(guān)的設(shè)計(jì)和研究工作開始也較晚，尚無法為大規(guī)模應(yīng)用提供足夠的技術(shù)和供貨保障。鈦合金海水管系所需的焊接技術(shù)已經(jīng)比較完善，可以滿足幾乎所有工況的應(yīng)用。

總之，鈦合金是船舶海水管系材料未來的發(fā)展方向。目前國內(nèi)相關(guān)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)較少，材料配套能力尚需進(jìn)一步提升。

第二篇：超塑性鈦合金在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用

石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院 機(jī)械工程材料?新型材料課題論文

課題論文題目： 超塑性合金在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用

姓 名： 劉萍

學(xué) 號(hào)： 2011509291 院系專業(yè)班級(jí)： 機(jī)械電氣工程學(xué)院11機(jī)制

（二）班 聯(lián) 系 電 話： *** 指 導(dǎo) 教 師： 魏敏 填 表 日 期： 2012年12月8號(hào)

《機(jī)械工程材料》課程組 2012年11月26日

超塑性鈦合金在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用

摘要：鈦及鈦合金具有比強(qiáng)度高、耐腐蝕、耐高溫等優(yōu)良性能，在航空航天、艦艇、化工等領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用。闡述了航空航天用鈦合金盤件的研究現(xiàn)狀，重點(diǎn)介紹了高性能鈦合金盤件的制備工藝，包括粉末冶金熱等靜壓成形和超塑性等溫鍛造成形。分析了鈦合金盤件在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀，并探討了航天航空用鈦合金盤件的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：鈦合金；超塑性；超塑性成形；擴(kuò)散連接

1，超塑性合金的定義：

超塑性合金是指那些具有超塑性的金屬材料。超塑性是一種奇特的現(xiàn)象。具有超塑性的合金能像飴糖一樣伸長10倍、20倍甚至上百倍，既不出現(xiàn)縮頸，也不會(huì)斷裂。金屬的超塑性現(xiàn)象，是英國物理學(xué)家森金斯在1982年發(fā)現(xiàn)的，他給這種現(xiàn)象做如下定義：凡金屬在適當(dāng)?shù)臏囟认拢ù蠹s相當(dāng)于金屬熔點(diǎn)溫度的一半）變得像軟糖一樣柔軟，而應(yīng)變速度10毫米秒時(shí)產(chǎn)生本身長度三倍以上的延伸率，均屬于超塑性。根據(jù)金屬材料的結(jié)構(gòu)和變形條件(溫度、應(yīng)力)，可超塑性合金大致劃分為微晶超塑性合金，相變超塑性合金2大類。由于鈦合金在超塑狀態(tài)具有異常高的塑性，極小的流動(dòng)應(yīng)力，極大的活性及擴(kuò)散能力，可以在很多領(lǐng)域中應(yīng)用。

2，鈦合金的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

鈦合金的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了它們不僅有良好的高溫強(qiáng)度，較好的抗氧化性和抗腐蝕性，而且密度較小，因此是理想的航天和航空材料。當(dāng)前世界上研究較多的鈦合金有TiAl、Ti3Al等。然而，這些材料的室溫塑性和韌性一般較差；加工性能較差。在其主要優(yōu)點(diǎn)不受很大損失的前提下，改善其塑性、韌性及加工性。而實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的主要措施是添加合金元素以形成塑性較好的第二相，超塑性鈦合金的實(shí)現(xiàn)一般還需要通過一定的形變熱處理以得到等軸細(xì)晶顯微組織。近年來的研究結(jié)果已經(jīng)表明，鈦合金可以獲得很高的超塑性水平——Ti3Al合金的伸長率超過1000%；TiAl合金的伸長率達(dá)470%。發(fā)展起來的超塑成形技術(shù)，改善了鈦合金難以成形的狀況，因而充分發(fā)揮了鈦合金的優(yōu)勢(shì)。超塑性鈦合金正以它們優(yōu)異的變形性能和材質(zhì)均勻等特點(diǎn)，在航空航天以及汽車的零部件生產(chǎn)、工藝品制造、儀器儀表殼罩件和一些復(fù)雜形狀構(gòu)件的生產(chǎn)中起到了不可替代的作用。

3，超塑性成形工藝：

超塑性成形工藝主要包括了氣脹成形和體積成形兩類。超塑性氣脹成形是用氣體的壓力使板坯料（也有管坯料或其他形狀坯料）成形為殼型件，如儀差殼、拋物面天線、球型容器、美術(shù)浮雕等。氣脹成形又包括了Female和Male兩種方式，分別由圖1和圖2表示。Female成形法的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單易行，但是其零件的先帖模和最后貼模部分具有較大的壁厚差。Male成形方式可以得到均勻壁厚的殼型件，尤其對(duì)于形狀復(fù)雜的零件更具有優(yōu)越性。

超塑性氣脹成形與擴(kuò)散連接的復(fù)合工藝（SPF／DB）在航空工業(yè)上的應(yīng)用取得重要進(jìn)展，特別是鈦合金飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的SPF／DB成形提高了飛機(jī)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，減少了飛機(jī)重量，對(duì)航空工業(yè)的發(fā)展起到重要作用。

超塑性體積成形包括不同的方式（例如模鍛、擠壓等），主要是利用了材料在超塑性條件下流變抗力低，流動(dòng)性好等特點(diǎn)。一般情況下，超塑性體積成形中模具與成形件處于相同的溫度，因此它也屬于等溫成形的范疇，只是超塑性成形中對(duì)于材料，對(duì)于應(yīng)變速率及溫度有更嚴(yán)格的要求。這種方法利用自由運(yùn)動(dòng)的輥壓輪對(duì)坯料施加載荷使其變形，使整體變形變?yōu)榫植孔冃?，降低了載荷，擴(kuò)大了超塑性工藝的應(yīng)用范圍。他們采用這樣的方法成形出了鈦合金、鎳基高溫合金的大型盤件以及汽車輪轂等用其他工藝難于成形的零件。

4，超塑性成形及擴(kuò)散聯(lián)接（SPF/DB）：

超塑性成形及擴(kuò)散聯(lián)接（SPF/DB）是航空領(lǐng)域多年來重點(diǎn)發(fā)展和應(yīng)用的一種近無余量先進(jìn)成形技術(shù)。通過在一次加熱、加壓過程中成型整體構(gòu)件，不需要中間處理，能有效減輕結(jié)構(gòu)重量和提高材料利用率，可為設(shè)計(jì)提供更大的自由度，具有廣闊的應(yīng)用前景。

基本原理是：利用金屬及合金的超塑性和擴(kuò)散焊無界面的一體化特點(diǎn)，在材料超塑溫度和擴(kuò)散焊溫度相近時(shí)，采用吹脹或模鍛法在一次加熱、加壓過程中完成超塑成形和擴(kuò)散連接兩道工序，從而制造高精度復(fù)雜的大型整體構(gòu)件。該技術(shù)具有以下特點(diǎn)：

（1）成形壓力低/變形大而不破壞（2）外形尺寸精確，無殘余應(yīng)力和回彈效應(yīng)（3）節(jié)省裝備，縮短制造周期

（4）改善結(jié)構(gòu)性能，提高結(jié)構(gòu)完整性，延長機(jī)體壽命（5）降低制造成本，減輕結(jié)構(gòu)重量

從以上特點(diǎn)分析，SPF/DB簡(jiǎn)化了零件制造過程和裝配過程，減少了零件（標(biāo)準(zhǔn)件）和工裝數(shù)量，消除大量連接孔，避免了連接裂紋及疲勞問題，有利于提高結(jié)構(gòu)耐久性和可靠性，尤其適合于加工復(fù)雜形狀的零件，如飛機(jī)機(jī)翼、機(jī)身框架、發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等。對(duì)于鈦合金，SPF/DB解決了鈦合金冷成形和機(jī)加工難的缺點(diǎn)，促進(jìn)了鈦合金整體構(gòu)件的使用（如圖3），相對(duì)常規(guī)金屬結(jié)構(gòu)，夾層結(jié)構(gòu)具用足夠的疲勞強(qiáng)度、良好的塑性和斷裂韌性。英國、美國是世界上開展SPF/ DB 技術(shù)研究及應(yīng)用較早的國家，目前已建立了專業(yè)化生產(chǎn)廠，如英國TKR 公司、羅羅公司、Superform 公司和美國RTI公司等都具有很強(qiáng)的鈦合金SPF/ DB 結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)能力。另外，法國、德國、俄羅斯以及日本對(duì)鈦合金SPF/ DB 技術(shù)也進(jìn)行了大量研究和應(yīng)用，具備了較強(qiáng)的鈦合金SPF/ DB 結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)能力。國外SPF/ DB 鈦合金結(jié)構(gòu)件在飛機(jī)上的應(yīng)用廣泛（見圖4），如民機(jī)A300、A310/ 320的前緣縫翼收放機(jī)構(gòu)外罩，減重10%，A330、A340機(jī)翼檢修口蓋、駕駛艙頂蓋、縫緣傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等采用SPF/DB結(jié)構(gòu)，減重46 %，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著。此外，A380飛機(jī)吊艙艙門結(jié)構(gòu)采用了SPF/DB工藝。國內(nèi)開展鈦合金SPF/DB研究已多年，已逐漸用于主承力結(jié)構(gòu)，取得了一定的減重效果和經(jīng)濟(jì)效益，圖5為某飛機(jī)TC4鈦合金SPF/DB腹鰭結(jié)構(gòu)，已通過了全尺寸靜力試驗(yàn)考核，結(jié)果證明滿足設(shè)計(jì)要求，成本降低16％，減重11％，但國內(nèi)還未開展該技術(shù)在民機(jī)上的應(yīng)用。

SPF/DB在國外已比較廣泛的應(yīng)用于軍民用飛機(jī)，顯示出巨大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，但在國內(nèi)還處于應(yīng)用初期，沒有充分發(fā)揮這一技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。針對(duì)民用飛機(jī)使用要求、主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等，要實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的工程化成熟應(yīng)用，需要盡快開展以下研究工作：

（1）SPF／DB結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)，目前，SPF/ DB 技術(shù)多用于層板結(jié)構(gòu)，這種板結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度方面存在不足。因此，應(yīng)大力發(fā)展體積成形與擴(kuò)散連接結(jié)合的新型SPF/ DB 構(gòu)件。

（2）SPF/ DB制造控制技術(shù)，包括成形過程組織演變和變形機(jī)制，工藝過程控制與加工過程自動(dòng)化，結(jié)構(gòu)完整性及應(yīng)力與變形控制，實(shí)現(xiàn)組織與性能匹配。（3）SPF/ DB質(zhì)量評(píng)估與檢測(cè)技術(shù)，建立設(shè)計(jì)用性能數(shù)據(jù)庫，研制低成本檢測(cè)技術(shù)，提高檢測(cè)精度，制定質(zhì)量控制程序和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

（4）SPF/ DB結(jié)構(gòu)靜力與疲勞考核驗(yàn)證，以適航標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)進(jìn)行符合性驗(yàn)證，確保民用飛機(jī)安全可靠使用。

5，高性能鈦合金盤件的研究現(xiàn)狀：

對(duì)于航空航天用發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)盤、渦輪盤等轉(zhuǎn)動(dòng)部件，不僅要求具有良好的高溫?zé)釓?qiáng)性，還要求在高溫條件下有優(yōu)良的抗疲勞性能和長期使用的可靠性。因此，制備高性能鈦合金，要綜合考慮合金成分、熱加工工藝、組織與性能及可加工性等因素。只有制備潔凈度高、成分和組織均勻的鑄錠，并在先進(jìn)渦輪盤鍛壓技術(shù)和熱處理工藝的配合下，才能保證鈦合金盤件流線形態(tài)的完整性、盤件組織的均勻性和性能的高可靠性。目前制備高性能盤件的主要方法有超塑性等溫鍛造成形工藝和粉末冶金熱等靜壓成形兩種，這兩種方法各有特點(diǎn)。

粉末冶金鈦合金盤件在熱處理時(shí)，盤件內(nèi)部存在溫度梯度，會(huì)產(chǎn)生較大的殘余熱應(yīng)力。這些殘余應(yīng)力對(duì)盤件保持完整性和機(jī)加工性能的影響很大，當(dāng)局部殘余應(yīng)力足夠大時(shí)，盤件就可能開裂。而小的殘余應(yīng)力，也會(huì)影響盤件的加工性能，如加工變形等。因此，粉末冶金鈦合金盤件的熱處理工藝極為關(guān)鍵。對(duì)于大規(guī)格高性能鈦合金盤件，由于鈦合金導(dǎo)熱率低，盤件規(guī)格較大，不同部位存在較大的溫度梯度，容易造成組織和性能的不均勻性，則主要采用等溫超塑成形的方法。

超塑性等溫鍛造是利用鈦合金在高溫及低應(yīng)變速率下材料具有異常好的塑性及變形抗力低的特點(diǎn)發(fā)展起來的一種鍛造方式。通常采用近盧或準(zhǔn)盧熱模鍛造兩種鍛造方式。這種新工藝能獲得尺寸精確度高、組織均勻、性能穩(wěn)定、形狀復(fù)雜的高精度鍛件，而且可用小噸位的液壓機(jī)鍛造大型鍛件，來提高材料的利用率和減少切削加工量。等溫鍛造有以下特征：①在整個(gè)鍛造過程中，鍛模與鍛件始終保持在同一加工溫度；②鍛造速度很慢，應(yīng)變速率很??；③為防止氧化，鍛模與鍛件有時(shí)需置于真空或惰性氣體環(huán)境中。等溫鍛造可通過控制加工溫度、應(yīng)變率、變形程度等來控制微觀組織，以實(shí)現(xiàn)組織優(yōu)化的目標(biāo)。結(jié)合優(yōu)化的調(diào)質(zhì)熱處理制度，使鈦合金的組織和性能滿足不同零部件的應(yīng)用需求“。等溫鍛造的薄壁鈦鍛件具有良好的拉伸強(qiáng)度和綜合性能，是用于宇航加工中最經(jīng)濟(jì)且簡(jiǎn)易的成形方法。

參考文獻(xiàn)

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第三篇：風(fēng)能在船舶上的應(yīng)用

新能源新技術(shù)在船舶上的應(yīng)用

——風(fēng)能技術(shù)在船舶上的應(yīng)用

摘要

世界經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)代化，得益于化石能源，如石油、天然氣、煤炭與核裂變能的廣泛的投入應(yīng)用。因而它是建筑在化石能源基礎(chǔ)之上的一種經(jīng)濟(jì)。然而，由于這一經(jīng)濟(jì)的資源載體將在21世紀(jì)上半葉迅速地接近枯竭?；茉磁c原料鏈條的中斷，必將導(dǎo)致世界經(jīng)濟(jì)危機(jī)和沖突的加劇，同樣對(duì)于航運(yùn)業(yè)也是個(gè)致命的沖擊。因此節(jié)能減排成為熱門的世界議題。各大航運(yùn)企業(yè)紛紛加大對(duì)新能源的研究，考慮如何開發(fā)出新型能源以解決面臨的化石能源危機(jī)問題。風(fēng)能以其自身各種優(yōu)勢(shì)成為很多研究機(jī)構(gòu)都在探討風(fēng)能在船舶上的應(yīng)用問題。本文就風(fēng)能在船舶上的應(yīng)用問題進(jìn)行了介紹與分析，主要在以下幾個(gè)方面作了講述：

一、課題研究的背景和意義。

二、風(fēng)能在船舶上應(yīng)用的發(fā)展歷史與國內(nèi)外風(fēng)能在船舶上應(yīng)用的現(xiàn)狀。

三、風(fēng)能在船舶上應(yīng)用的方式與方法。

四、風(fēng)能在船舶上應(yīng)用的技術(shù)路線。

五、風(fēng)能在船舶上應(yīng)用所存在的難點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)。

六、風(fēng)能在船舶上應(yīng)用的創(chuàng)新之處。

七、風(fēng)能在船舶上應(yīng)用預(yù)期的效益。

關(guān)鍵詞：風(fēng)能、船舶、節(jié)能、效益

一、課題研究的背景和意義

地球上可供人類使用的化石燃料資源是有限和不可再生的。據(jù)聯(lián)合國能源署報(bào)告,按可開采儲(chǔ)量預(yù)計(jì),煤炭資源可供人類用200年、天然氣資源可用50年、石油資源可用30年。特別是近幾年世界燃油價(jià)格不斷飆升,能源危急日趨嚴(yán)重。在此情況下,風(fēng)能的利用將可能改變?nèi)祟愰L期依賴化石燃料和核燃料的局面。風(fēng)能是一種無污染的可再生資源,它取之不盡、用之不竭,分布廣泛。隨著人類對(duì)生態(tài)環(huán)境的要求和能源的需要,風(fēng)能的開發(fā)日益受到重視,風(fēng)力發(fā)電將成為21世紀(jì)大規(guī)模開發(fā)的一種再生清潔能源。在自然界中，風(fēng)是一種可再生、無污染而且儲(chǔ)量巨大的能源，可以再生，永不枯竭，分布廣泛，遍布世界各地，清潔能源，沒有污染。隨著全球氣候變暖和能源危機(jī)，各國都在加緊對(duì)風(fēng)力的開發(fā)和利用，盡量減少二氧化碳等溫室氣體的排放，保護(hù)我們賴以生存的地球。

我國早在兩千多年前就開始利用風(fēng)來驅(qū)動(dòng)帆船航行，至少在一千七百多年前已開始利用風(fēng)來推動(dòng)風(fēng)車做功。人類利用風(fēng)的歷史：人類利用風(fēng)能的歷史可以追溯到公元前，我國是世界上最早利用風(fēng)能的國家之一。公元前數(shù)世紀(jì)我國人民就利用風(fēng)力提水、灌溉、磨面和利用風(fēng)帆推動(dòng)船舶前進(jìn)。東漢劉熙在《釋書》一書中曾寫“帆泛也，隨風(fēng)張幔曰帆”，表明中國1800年前已開始利用風(fēng)帆駕船。宋朝是我國應(yīng)用風(fēng)車的全盛時(shí)代，但是流行的垂直軸風(fēng)車一直沿用至今。

在國外：公元前2世紀(jì)，古波斯人就利用垂直軸風(fēng)車碾米。10世紀(jì)伊斯蘭人用風(fēng)車提水，11世紀(jì)風(fēng)車在中東已獲得廣泛的應(yīng)用。13世紀(jì)風(fēng)車傳至歐洲，14世紀(jì)已成為歐洲不可缺少的原動(dòng)機(jī)。在荷蘭，風(fēng)車先用于萊茵河三角洲湖地和底濕地的汲水，以后又用于榨油和鋸木。只是由于蒸汽機(jī)的出現(xiàn)，才使歐洲風(fēng)車數(shù)目急劇下降。1973年石油危機(jī)以后，常規(guī)能源告急，全球生態(tài)環(huán)境惡化，風(fēng)能發(fā)展，對(duì)沿海島嶼，交通不便的邊遠(yuǎn)山區(qū)，地廣人稀的草原牧場(chǎng)，以及遠(yuǎn)離電網(wǎng)和近期內(nèi)電網(wǎng)還難以達(dá)到的農(nóng)村、邊疆，作為解決生產(chǎn)和生活能源的一種可靠途徑，有著十分重要的意義

? 美國早在1974年就開始實(shí)行聯(lián)邦風(fēng)能計(jì)劃。其內(nèi)容主要是：評(píng)估國家的風(fēng)能資源；研究風(fēng)能開發(fā)中的社會(huì)和環(huán)境問題；改進(jìn)風(fēng)力機(jī)的性能，降低造價(jià)；主要研究為農(nóng)業(yè)和其他用戶用的小于100kw的風(fēng)力機(jī)；為電力公司及工業(yè)用戶設(shè)計(jì)的兆瓦級(jí)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。目前美國已成為世界上風(fēng)力機(jī)裝機(jī)容量最多的國家，超過2X104MW，每年還以10％的速度增長?，F(xiàn)在世界上最大的新型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組已在夏威夷島建成運(yùn)行，其風(fēng)力機(jī)葉片直徑為97.5m，重144t，風(fēng)輪迎風(fēng)角的調(diào)整和機(jī)組的運(yùn)行都由計(jì)算機(jī)控制，年發(fā)電量達(dá)1000萬kw?h。根據(jù)美國能源部的統(tǒng)計(jì)至1990年美國風(fēng)力發(fā)電已占總發(fā) 電量的1％。風(fēng)能有悠久的利用歷史，如何借鑒以前的經(jīng)驗(yàn)結(jié)合現(xiàn)如今的先進(jìn)技術(shù)把風(fēng)能更好的利用在船舶上面成了一個(gè)至關(guān)重要的問題。新能源和再生能源的開發(fā)利用不僅可以解決目前世界能源緊張的問題，還可以解決與能源利用相關(guān)的環(huán)境污染問題，促進(jìn)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)性發(fā)展。根據(jù)國際權(quán)威機(jī)構(gòu)的預(yù)測(cè)，到21世紀(jì)60年代，全球新能源與再生能源的比例，將會(huì)發(fā)展到世界能源構(gòu)成的50%以上，成為人類社會(huì)未來能源的基石和化石能源的替代能源。目前世界大部分國家能源供應(yīng)不足，不能滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，各國紛紛出臺(tái)各種法規(guī)支持開發(fā)利用新能源和可再生能源，使得新能源和可再生能源在全球升溫。在21世紀(jì)，能源是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動(dòng)力，也是衡量綜合國力、國家文明發(fā)展程度和人民生活水平的重要指標(biāo)。在航運(yùn)業(yè)，綠色船舶已成為未來船舶發(fā)展的方向，其中研究利用清潔能源船舶輔助系統(tǒng)最具有革新性和代表性。其將充分利用風(fēng)能、太陽能以及波浪能等零污染或可再生能源，為船上設(shè)施提供相對(duì)獨(dú)立的能量來源，在降低除暴發(fā)電機(jī)或主機(jī)能耗的同時(shí)保證船舶的正常航行。風(fēng)能是比較容易開發(fā)的新能源，全球范圍內(nèi)都分布著比較豐富的風(fēng)力資源，將風(fēng)能應(yīng)用在船舶上便成為人們研究的熱點(diǎn)。首先，風(fēng)能的利用有著悠久的歷史和豐富的經(jīng)驗(yàn)；其次，風(fēng)能是取之不盡用之不竭的自然能源。風(fēng)能主要是通過布置在船舶上的風(fēng)帆借助風(fēng)的能量，在保證船舶各項(xiàng)性能穩(wěn)定的條件下，從而推動(dòng)船舶前進(jìn)。因此，對(duì)于我國這樣一個(gè)能源短缺的發(fā)展中國家來說，將風(fēng)能等新能源應(yīng)用在船舶上有著重要的意義和深遠(yuǎn)的影響。

二、風(fēng)能在船舶上應(yīng)用的歷史

東漢劉熙在《釋書》一書中曾寫“帆泛也，隨風(fēng)張幔曰帆”，表明中國1800年前已開始利用風(fēng)帆駕船。宋朝是我國應(yīng)用風(fēng)車的全盛時(shí)代，但是流行的垂直軸風(fēng)車一直沿用至今。

20世紀(jì)80、90年代，日本在風(fēng)帆助航的研究和利用方面有了新的突破。1980年日本建造了第一艘裝有普通翼帆的新愛德丸（Shin A-ito ku Maru）油輪，新愛德丸好裝有兩個(gè)高12.15m、寬8m的風(fēng)帆。之后又建造了扇蓉丸、日產(chǎn)丸等機(jī)動(dòng)風(fēng)帆貨船，1984年又設(shè)計(jì)和建造了26000t的臼杵先鋒丸（Usuki Pioneer）和另一艘31000t的現(xiàn)代風(fēng)帆助航遠(yuǎn)洋貨輪。

1980年，巴黎Pier re和Marie Curie 大學(xué)和Cousteau本部研究小組利用空氣動(dòng)力學(xué)方面的知識(shí)，發(fā)明了船用渦輪帆。

1994年“Aghia Marina”號(hào)干散貨船安裝目前全球最大的“風(fēng)箏”。據(jù)悉，“Aghia Marina”號(hào)長170米，建于1994年，航速14節(jié)，通常運(yùn)輸工業(yè)和農(nóng)業(yè)原材料等貨物，可一次運(yùn)輸大約28500噸干散貨，將成為目前采用德國SkySails風(fēng)能技術(shù)的最大船只。

1998年日本郵船株式會(huì)社已在營運(yùn)的大型遠(yuǎn)洋煤炭專用船上應(yīng)用風(fēng)力發(fā)電，該船走日本至北美和日本至澳洲東岸航線。據(jù)統(tǒng)計(jì)每往返一次，大約可平均每天可以節(jié)省燃油130kg。

2000年澳大利亞開發(fā)出世界第一艘商用的太陽能和風(fēng)能混合動(dòng)力雙體客船，是一種既可將太陽能和風(fēng)能單獨(dú)作為動(dòng)力，又可合二為一的新型船舶。

2003年10月15日日本游船公司宣布，它同東海大學(xué)等聯(lián)合開發(fā)出船用的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，計(jì)劃搭載在2004年8月起航的大型運(yùn)送汽車專用船上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2007年12月15日全球第一艘用風(fēng)箏拉動(dòng)的貨輪白鯨天帆號(hào)（Beluga SkySails）由德國漢堡市起航。

國內(nèi)的風(fēng)能應(yīng)用研究也有很多范例，上海龍?zhí)┕?jié)能工程有限公司自主研發(fā)制造的龍?zhí)┡?-2000KW系列風(fēng)力發(fā)電機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，在中國長航集團(tuán)上海寶江實(shí)業(yè)“長輪29004囤船”上首次運(yùn)行取得圓滿成功?！伴L輪29004囤船”長90米，是5000噸級(jí)囤船，常年停泊在吳松口，為駁船提供靠泊、水電供應(yīng)、應(yīng)急處理等服務(wù)。

世界各國在風(fēng)帆助航方面都有很多的研究，各國都有實(shí)船在運(yùn)行。丹麥、德國、美國、日本、澳大利亞等過對(duì)風(fēng)能作為船舶推進(jìn)能源在船舶上的應(yīng)用都作了研究和實(shí)船嘗試。有研究學(xué)者認(rèn)為，利用風(fēng)力的裝置推動(dòng)船只航行，可節(jié)省30%—40%的燃料費(fèi)用。

日本對(duì)在大型遠(yuǎn)洋船上應(yīng)用風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)的可能性展開了多項(xiàng)比較深入的研究評(píng)價(jià)工作，已取得很大成功，并已獲得不少專利，到2004年日本已有14艘以風(fēng)做輔助動(dòng)力的船只航行在海上，它們的耗油量?jī)H為普通機(jī)動(dòng)船的75%。

日本福岡的生態(tài)船舶動(dòng)力公司（EMP）已經(jīng)開始詳細(xì)設(shè)計(jì)其水瓶座系統(tǒng)（Aquarius System）風(fēng)能和太陽能帆板。

目前該公司正同一些開發(fā)合作伙伴合作開發(fā)水瓶座系統(tǒng)風(fēng)能和太陽能帆板。這種帆板將用來收集風(fēng)能和太陽能，然后用來為船舶提供動(dòng)力，以便減少燃油耗和溫室氣體排放。這種堅(jiān)固的風(fēng)能和太陽能帆板將產(chǎn)生一種有助于在海上、港口或拋錨時(shí)，船舶利用可再生能源。

每張帆板都將通過日本大阪KEI系統(tǒng)有限公司開發(fā)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)定位。在這些帆板不用時(shí)，可以收攏和儲(chǔ)存起來。在風(fēng)況不利時(shí)，可通過調(diào)節(jié)這些帆板的定位達(dá)到減少風(fēng)阻力的目的，不過仍能夠收集太陽能。

日本生態(tài)船舶動(dòng)力公司深信，水瓶座系統(tǒng)風(fēng)能和太陽能帆板將給航運(yùn)公司帶來引人注目的回報(bào)。該水瓶座系統(tǒng)風(fēng)能和太陽能帆板意味著可在不對(duì)各種類型的船舶進(jìn)行重新設(shè)計(jì)的情況下使用。水瓶座系統(tǒng)風(fēng)能和太陽能帆板還可以安裝在海軍、海岸警衛(wèi)隊(duì)和漁業(yè)保護(hù)船上。

國內(nèi)風(fēng)能驅(qū)動(dòng)船的研究及應(yīng)用：

圖1 風(fēng)力發(fā)電驅(qū)動(dòng)船的結(jié)構(gòu)圖

以上就是風(fēng)力驅(qū)動(dòng)船的結(jié)構(gòu)圖，船上動(dòng)力系統(tǒng)由風(fēng)力發(fā)電機(jī)(1)、和與發(fā)電機(jī)(1)相聯(lián)的變壓器(2)、變壓器(2)輸出端聯(lián)接的電動(dòng)機(jī)(3)組成。

風(fēng)能驅(qū)動(dòng)船，顧名思義，為一種利用風(fēng)力發(fā)電實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)的船舶。它的結(jié)構(gòu)要點(diǎn)是船上動(dòng)力系統(tǒng)由風(fēng)力發(fā)電機(jī)、和與發(fā)電機(jī)相聯(lián)的變壓器、變壓器輸出端聯(lián)接的電動(dòng)機(jī)組成，并利用風(fēng)力發(fā)電提供電動(dòng)機(jī)運(yùn)輪產(chǎn)生的動(dòng)力，推動(dòng)船只行駛。隨著，低碳、節(jié)能、環(huán)保理念的推廣以及相關(guān)技術(shù)的成熟，風(fēng)能驅(qū)動(dòng)技術(shù)能夠在內(nèi)河、沿海的小型船舶中推廣應(yīng)用。

我國風(fēng)能驅(qū)動(dòng)船的應(yīng)用

中國長航集團(tuán)上海寶江實(shí)業(yè)“長輪29004囤船”裝備了上海龍?zhí)┕?jié)能工程有限公司自主研發(fā)制造的龍?zhí)┡?-2000KW系列風(fēng)力發(fā)電機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，并圓滿運(yùn)行成功。該船設(shè)計(jì)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量20kw，選用4臺(tái)單機(jī)功率為5kw的“龍?zhí)┡啤?LTFD/HY-5KW風(fēng)力發(fā)電機(jī)，按照最長5天無風(fēng)日計(jì)算，當(dāng)連續(xù)5天無風(fēng)天氣下均能滿足全船的日常生活需要，體現(xiàn)了超低風(fēng)速運(yùn)行的特性，當(dāng)風(fēng)速在2米/秒的情況下即開始發(fā)電，并能滿足220/380V船載設(shè)備的正常用電，系統(tǒng)全部采用了數(shù)字化全自動(dòng)控制。為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定和運(yùn)行安全，實(shí)現(xiàn)智能化管理和控制，該項(xiàng)目攻克了數(shù)十項(xiàng)技術(shù)難題，保證了在全天侯氣候條件下的安全運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)了微電腦數(shù)字化控制，自動(dòng)跟蹤風(fēng)向并根據(jù)額定風(fēng)速、電壓、電流等，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)迎風(fēng)30°/60°/90°偏航直至停機(jī)，保證了系統(tǒng)的安全。即時(shí)液晶顯示發(fā)電電壓、發(fā)電電流、當(dāng)前風(fēng)速、輸入、輸出電壓、輸出電流、三相輸出電源的相電壓、頻率等。塔架液壓自動(dòng)起降，方便了安裝和維修，解決了船載設(shè)備的后顧之憂和降低了建造成本。

目前，上海長江沿線港口的類似1800余條囤船全部改用風(fēng)力發(fā)電，每年將節(jié)約31320噸柴油，相當(dāng)于46197噸標(biāo)準(zhǔn)煤，直接產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益23098萬余元。

隨著柴油的緊缺、油價(jià)上漲，我國內(nèi)河運(yùn)河內(nèi)許多駁船也都改裝為風(fēng)力發(fā)電驅(qū)動(dòng)，就是安裝一種帶著螺旋槳的“風(fēng)力發(fā)電機(jī)”。由于船舶在航行途中，一般通過風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備上的螺旋葉，就可直接給電瓶充電。船舶在停泊中，一般風(fēng)力只要達(dá)到三四級(jí)，也可給電瓶充電。每條駁船一個(gè)航次需充電2次，在正常情況下，航行途中給電瓶充電后，還能基本滿足船舶裝卸時(shí)的用電需求。

瑞士日內(nèi)瓦消息：Cargill已和希臘船東/船舶管理方Anbros Maritime S.A.簽署協(xié)議，為其“Aghia Marina”號(hào)干散貨船安裝目前全球最大的“風(fēng)箏”。

據(jù)悉，“Aghia Marina”號(hào)長170米，建于1994年，航速14節(jié)，通常運(yùn)輸工業(yè)和農(nóng)業(yè)原材料等貨物，可一次運(yùn)輸大約28500噸干散貨，將成為目前采用德國SkySails風(fēng)能技術(shù)的最大船只。

作為全球最大干散貨物承租方之一，早在去年2月，Cargill就宣布和SkySails簽署供應(yīng)協(xié)議，在造船業(yè)使用風(fēng)能技術(shù)，以減少污染氣體排放。位于德國漢堡的SkySails長期以來研發(fā)一種革新的、具有專利的“風(fēng)箏”技術(shù)，飛行在船艏，可產(chǎn)生足夠的推進(jìn)力，在理想海況下，可減少高達(dá)35%的燃料消耗。

根據(jù)協(xié)議，“Aghia Marina”號(hào)將在2012年一季度安裝面積達(dá)320平方米的“風(fēng)箏”，將其通過繩索與船相連，在100-420米高空飛行，配有電腦控制的自動(dòng)操作，將風(fēng)能運(yùn)用至最大化。Anbros已加入和Cargill與SkySails一起進(jìn)行研發(fā)和測(cè)試。今后五年，由Cargill長期租運(yùn)的“Aghia Marina”號(hào)使用SkySails系統(tǒng)。SkySails公司負(fù)責(zé)培訓(xùn)船員如何操作風(fēng)能推進(jìn)。

三、風(fēng)能在船舶上應(yīng)用的方式與方法。人類社會(huì)對(duì)于風(fēng)帆助航的理解和認(rèn)識(shí)有著悠久的歷史, 工業(yè)科技水平的不斷提升對(duì)于風(fēng)帆技術(shù)的應(yīng)用起到了巨大的推動(dòng)作用, 根據(jù)風(fēng)帆的形式及其對(duì)風(fēng)力利用性質(zhì)的不同, 衍生出了普通翼帆、特種翼帆(包括單轉(zhuǎn)子-翼帆組合體帆、轉(zhuǎn)柱帆、轉(zhuǎn)帶帆、Walker 型風(fēng)帆)、三角帆、天帆、Magnus效應(yīng)帆(渦輪帆、轉(zhuǎn)筒帆)和仿生帆等眾多船舶風(fēng)帆結(jié)構(gòu)。其中以三角帆和普通翼帆技術(shù)應(yīng)用水平較高, 其他帆型形式在船舶上的應(yīng)用多是帶有試驗(yàn)性質(zhì)的技術(shù)探索。

1.渦輪帆

渦輪帆的基本結(jié)構(gòu)如圖2-10所示，它是一個(gè)可定向轉(zhuǎn)動(dòng)的橢圓形筒，在其后緣左右兩側(cè)各有一個(gè)由許多小孔組成的抽氣面，當(dāng)風(fēng)速超過極限風(fēng)速時(shí)，它置于靈位，橢圓上下設(shè)有端板，在上端板設(shè)置一個(gè)水平的抽氣機(jī)，按風(fēng)速、風(fēng)向及船速等條件控制抽氣量，使帆達(dá)到最佳推進(jìn)效率。

2.蟬翼型帆

概念中的蟬翼型帆可以做成模塊布置在船舶上，需要風(fēng)力助航時(shí)可將帆升起，不需要時(shí)可將其折疊收藏。如需對(duì)風(fēng)帆模塊進(jìn)行維修或長期不用時(shí)可以拆下，但目前僅僅是一個(gè)尚存諸多不定因素的概念。

3.風(fēng)箏型帆

風(fēng)箏型帆是在船艏張掛巨大的傘翼狀的風(fēng)箏，通過其拖動(dòng)作用協(xié)助船舶前進(jìn)，從而減少船舶燃料消耗。風(fēng)箏帆相比上述三種帆成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)船體改造要求低，占用船舶空間較小，但其釋放與控制難度高，對(duì)風(fēng)向的要求更高。

四、風(fēng)能在船舶上應(yīng)用的技術(shù)路線

1.傘形太陽能帆板雙體船

[技術(shù)目的]：一種傘型太陽能帆板雙體船，屬于船舶海洋工程設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。

[技術(shù)方案]：本發(fā)明包括：?jiǎn)未w、船體連接架、萬向接頭、主立桿、傘型骨架、拉桿、套筒、牽引索、傘型太陽能帆板、太陽能光伏陣列、卷揚(yáng)機(jī)、液壓油缸、太陽能風(fēng)帆、支承架、日光感受器、方向控制器。其中，兩個(gè)單船體之間由船體連接架相聯(lián)固結(jié)組成雙體船。每個(gè)單船體長60米，寬約8米，兩單船體中軸線之間的距離16米，雙體船左右舷的最大寬度為24米。在船體連接架的中心位置上安裝有萬向接頭，主立桿通過萬向接頭與船體連接架相鉸接。主立桿高120米，由1.5米直徑的銅管制成，銅管壁厚0.05米。主立桿的下部，在雙體船中心軸線方向和垂直于雙體船中心軸線方向，共設(shè)置四個(gè)液壓油缸。液壓油缸的活塞桿與主立桿各成45°角錢接，形成立體的支承，以便借助四個(gè)液壓油缸的協(xié)同動(dòng)作，使主立桿按照控制的要求，以萬向接頭為中心變動(dòng)主立桿軸向的傾斜角度。支承架是一個(gè)鋼制方管型圓環(huán)體，固接在船體連接架兩旁的單船體的甲板上。支承架的中心與雙體船的幾何中心重合。支承架上沿圓周均勻固接著8個(gè)平面餃鏈，每個(gè)平面鉸鏈上都連接著一根弧形的傘型骨架。傘型骨架弧形的曲率半徑為180米。傘型骨架由無縫鋼管制成。每根傘型骨架的弦長為140米，8個(gè)傘型骨架共同組成一個(gè)球形面，球形面的中心在主立桿的中軸線上。8根拉桿分別鉸接在相應(yīng)傘型骨架距根部端點(diǎn)弦長60米處，每根拉桿的末端與套在主立桿上的套筒7餃接，以利用套筒達(dá)到張緊和牽引的作用。在每根拉桿上距離主立桿中心軸28米處，分別有牽引索與之餃接。在主立桿的頂部，安裝有8臺(tái)卷揚(yáng)機(jī)，分別牽引著各自對(duì)應(yīng)的8條牽引索，以便牽引和垂吊8根拉桿，得以控制8個(gè)傘型骨架的位置角度。傘型太陽能帆板以傘型骨架為支承安裝在傘型骨架上，其投影面積為6萬平方米。該面積遠(yuǎn)大于雙體船本體的尺度，盡量擴(kuò)大了接收太陽能的有效面積。傘型太陽能帆板由尼龍纖維材料制成，質(zhì)地輕盈，堅(jiān)固牢靠。太陽能光伏陣列安置在傘型太陽能帆板的上面，以便盡量吸收太陽光的能量。太陽能光伏陣列是采用威海藍(lán)星泰瑞光電有限公司生產(chǎn)的不透明非晶硅太陽能電 池模塊組裝而成。日光感受器和方向控制器置于雙體船內(nèi)，日光感受器的輸入端感受太陽光，日光感受器的輸出端通過方向控制器與液壓油缸的控制端電連接。

[技術(shù)效果]：本發(fā)明的技術(shù)中，風(fēng)能和太陽能在船舶推進(jìn)上協(xié)同利用，使雙體船完全以綠色能源驅(qū)動(dòng)。它僅依賴、風(fēng)能和太陽能驅(qū)動(dòng)，完全不需要常規(guī)能源包括燃油和燃?xì)獾南?，是一種無排放污染的綠色船舶。

圖1：傘形太陽能帆板的雙體船的俯視圖

圖2：傘形太陽能帆板的雙體船的正視圖 圖中：1單船體，2船體連接架，3萬向接頭，4主立桿，5傘型骨架，6拉桿，7套筒，8牽引索，9傘型太陽能帆板，1 0太陽能光伏陣列，11卷揚(yáng)機(jī)，12液壓油缸，13太陽能風(fēng)帆，1 4支承架，1 5日光感受器，1 6方向控制器

2.小水線面三體太陽能風(fēng)帆船

[技術(shù)目的]：小水線面三體太陽能風(fēng)帆船，屬于船舶海洋工程技術(shù)領(lǐng)域。

[技術(shù)方案]：本發(fā)明包括 : 主船、兩個(gè)輔船、主桅桿、輔桅桿、上帆梁、中帆梁、下帆梁、橫梁、上桅、中桅、下桅、中括板、電流分配器、充放電控制器、超級(jí)電容組、電磁接觸器、逆變器、變壓器和電力推進(jìn)器。

其中，主船由主船上體、三根主支柱和主下潛體構(gòu)成。輔船由輔船上體、輔支柱和輔下潛體構(gòu)成。主船和輔船穿過水面的部分只是三根主支柱和兩根輔支柱，使三體船形成小水線面的結(jié)構(gòu)，大幅度降低了三體船航行的興波阻力。三臺(tái)電力推進(jìn)器分別安裝在主船上體和兩個(gè)輔船上體的自尾部，兩塊中插板分別懸掛在主船上體舷外兩側(cè)。

主桅桿安裝在主船上體上，兩個(gè)輔桅桿分別安裝在兩個(gè)輔船上體上。它們都可以繞本身的主軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。上帆梁、中帆梁、下帆梁和橫梁自土而下平行安裝，并與主桅桿和兩輔桅桿鉸接。上桅懸掛在上帆梁下，中桅懸掛在中帆梁下，下跪懸掛在下帆梁下。上桅、中桅和下桅都由質(zhì)地致密而堅(jiān)固的尼龍纖維制成，能夠經(jīng)受狂風(fēng)的吹席。上桅、中桅和下桅的表面都粘貼著多塊太陽能電池板。多塊太陽能電池板由導(dǎo)線互相連接，組成太陽能光伏陣列。上桅、中桅和下桅的面積大小，不受主船本身尺寸大小的限制，它可以制成面積很大的結(jié)構(gòu)，以便安裝盡可能多的太陽能電池板，組成強(qiáng)大的太陽能光伏陣列，提供浩大的電量，同時(shí)接收足夠的風(fēng)能動(dòng)力。太陽能光伏陣列的輸出端與電流分配器的輸入端連接，電流分配器的輸出端分別與充放電控制器的輸入端和逆變器的輸入端連接。充放電控制器的輸出端與超級(jí)電容組的輸入端相連接，超級(jí)電容組的輸出端通過電磁接觸器也與逆變器的輸入端連接。電磁接觸器的控制端與電流分配器的控制端相連，并由電流分配器控制電磁接觸器的動(dòng)作。逆變器的輸出端通過變壓器與主船、輔船的電力推進(jìn)器聯(lián)接。

太陽能光伏陣列在陽光的照射下，可以持續(xù)發(fā)電、輸出電流。當(dāng)太陽能充足時(shí)，太陽能光伏陣列發(fā)出的直流電，通過充放電控制器調(diào)制到適當(dāng)?shù)碾娏骱碗妷核?，輸送到超?jí)電容組的輸入端，向超級(jí)電容組充電。超級(jí)電容組存儲(chǔ)的電能，可在任何時(shí)刻使用，以驅(qū)動(dòng)船舶。用于驅(qū)動(dòng)推進(jìn)器的電能通過逆變器轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?，?jīng)由變壓器引入電力推進(jìn)器的輸入端。當(dāng)太陽能光伏陣列達(dá)不到足夠的電流輸出、風(fēng)力又不足以驅(qū)動(dòng)船舶時(shí)，電流分配器控制電磁接觸器聯(lián)通，使超級(jí)電容組向逆變器的輸入端放電。電流經(jīng)逆變器的輸出端流出后，經(jīng)變壓器引入主船、輔船的電力推進(jìn)器的輸入端口。在主船的電力推進(jìn)器的驅(qū)動(dòng)下，船舶前進(jìn)。在輔船的電力推進(jìn)器的的驅(qū)動(dòng)下，兩個(gè)輔船協(xié)同主船調(diào)整相對(duì)位置，形成前后直線的排列分布，或者根據(jù)指令，協(xié)同調(diào)整各自的方位，牽引太陽能風(fēng)帆的迎風(fēng)角度發(fā)生精確的轉(zhuǎn)變，船舶即使在側(cè)逆風(fēng)的情況下，仍然能夠順利前行。

圖3：太陽能風(fēng)帆船的正視圖

圖中，1是主船上體，2是主下潛體，3是主支柱，4是輔船上體，5是輔下潛體，6是輔支柱，7是主桅桿，8是輔桅桿，9是上帆梁，10是中帆梁，11是下帆梁，12是橫梁，13是上桅，14是中桅，15是下跪，16是中括板，17是電流分配器，18是充放電控制器，19是超級(jí)電容組，20是電磁接觸器，21是逆變器，22是變壓器，23是電力推進(jìn)器。

[技術(shù)效果]：采用了三體船的結(jié)構(gòu)，除了主船以外，左右各有兩個(gè)輔船承擔(dān)支撐的任務(wù)，使巨大的太陽能風(fēng)帆不至失去平衡，整個(gè)船上體也不會(huì)發(fā)生側(cè)翻事故。船上體均采用小水線面結(jié)構(gòu)，大幅度降低了興波阻力，使船舶得以快速航行。本發(fā)明可在不同的環(huán)境條件下，選擇由風(fēng)能單獨(dú)驅(qū)動(dòng)船舶;由太陽能單獨(dú)驅(qū)動(dòng)船舶；由太陽能和風(fēng)力共同驅(qū)動(dòng)；或是利用超級(jí)電容組儲(chǔ)存的電能驅(qū)動(dòng)，使船舶總是可以持續(xù)正常航行。

四、風(fēng)能在船舶上應(yīng)用所存在的難點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)

助航風(fēng)帆系統(tǒng)要求高效安全：風(fēng)帆狀態(tài)（包括帆向角、風(fēng)帆的啟停等）和主機(jī)轉(zhuǎn)速控制是風(fēng)帆助航控制系統(tǒng)中兩個(gè)至關(guān)重要的控制要素，因此確保在各種條件（氣象條件、航行條件等）下對(duì)風(fēng)帆姿態(tài)和主機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行最優(yōu)化控制是風(fēng)帆助航控制系統(tǒng)的根本目的。綜合來說，風(fēng)帆助航控制系統(tǒng)有如下一些要求：

1、風(fēng)帆的啟停：風(fēng)帆的啟停不但關(guān)系到風(fēng)帆助航系統(tǒng)的節(jié)能收益，還關(guān)系到風(fēng)帆助航系統(tǒng)的安全性。因此需要風(fēng)帆助航控制系統(tǒng)能夠根據(jù)氣象條件和船舶航行狀態(tài)等因素進(jìn)行合理而優(yōu)化的自動(dòng)控制。

2、帆向角：風(fēng)帆在使用時(shí)，根據(jù)風(fēng)向，按照風(fēng)帆的最佳帆向角曲線適時(shí)的調(diào)整帆向角，使得在一定條件下風(fēng)帆獲得最大推力從而獲得最大節(jié)能效果。

3、主機(jī)轉(zhuǎn)速：風(fēng)帆助航系統(tǒng)大都采用定航速控制方案，即隨著風(fēng)帆推力的增加，減少主機(jī)的輸出功率，使船舶的航速保持不變，以風(fēng)帆所得到的推進(jìn)功率部分作為節(jié)能目標(biāo)。因此需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)主機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，以保持航速不變。

同時(shí)

1、風(fēng)能密度低，風(fēng)能不能集中，不穩(wěn)定。

2、風(fēng)力發(fā)電裝備昂貴，投資大，風(fēng)險(xiǎn)大。

3、風(fēng)能使用方式相對(duì)單一，很難和船舶有一個(gè)很好的結(jié)合。

五、風(fēng)能在船舶上應(yīng)用的創(chuàng)新之處

公元前數(shù)世紀(jì)我國人民就利用風(fēng)力提水、灌溉、磨面和利用風(fēng)帆推動(dòng)船舶前進(jìn)。公元前2世紀(jì)，古波斯人就利用垂直軸風(fēng)車碾米。10世紀(jì)伊斯蘭人用風(fēng)車提水，11世紀(jì)風(fēng)車在中東已獲得廣泛的應(yīng)用。

工業(yè)科技水平的不斷提升對(duì)于風(fēng)帆技術(shù)的應(yīng)用起到了巨大的推動(dòng)作用, 根據(jù)風(fēng)帆的形式及其對(duì)風(fēng)力利用性質(zhì)的不同, 衍生出了普通翼帆、特種翼帆(包括單轉(zhuǎn)子-翼帆組合體帆、轉(zhuǎn)柱帆、轉(zhuǎn)帶帆、Walker 型風(fēng)帆)、三角帆、天帆、Magnus效應(yīng)帆(渦輪帆、轉(zhuǎn)筒帆)和仿生帆等眾多船舶風(fēng)帆結(jié)構(gòu)。其中以三角帆和普通翼帆技術(shù)應(yīng)用水平較高, 其他帆型形式在船舶上的應(yīng)用多是帶有試驗(yàn)性質(zhì)的技術(shù)探索。

2007年12月15日全球第一艘用風(fēng)箏拉動(dòng)的貨輪白鯨天帆號(hào)（Beluga SkySails）由德國漢堡市起航。

傘型太陽能帆板雙體船。小水線面三體太陽能風(fēng)帆船。

六、風(fēng)能在船舶上應(yīng)用預(yù)期的效益

1、上海東部沿海和長江口區(qū)是我國風(fēng)力資源較為豐富的地區(qū)，有數(shù)據(jù)表明2004-2007年4年間，上海沿江連續(xù)3m/s以下的無風(fēng)日為五天，平均每年3m/s以上的時(shí)間在5000小時(shí)以上。目前在風(fēng)能建設(shè)利用方面還存在著；建設(shè)風(fēng)電場(chǎng)在立項(xiàng)選址、投資回報(bào)等方面受到很多的條件限制不能很快的普及，目前民間應(yīng)用風(fēng)電的群體主要是在缺電、無電的地區(qū)和不能接通電網(wǎng)的場(chǎng)所，裝機(jī)功率一般在500-2000W之間，上海地區(qū)很少利用。

如何廣泛應(yīng)用這一得天獨(dú)厚天然可再生資源，將大功率風(fēng)電應(yīng)用到目前使用柴油機(jī)的場(chǎng)所，在解決企業(yè)或投資者對(duì)應(yīng)用新能源的顧慮方面，中國長航集團(tuán)上海寶江實(shí)業(yè)“長輪29004囤船”上的典型案例能給人們一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)。

由上海龍?zhí)┕?jié)能工程有限公司自主研發(fā)制造的5-2000KW風(fēng)力發(fā)電機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)在中國長航集團(tuán)上海寶江實(shí)業(yè)“長輪29004囤船”上實(shí)踐取得圓滿成功。

長輪29004長90米是 5000噸級(jí)囤船，常年停泊在吳松口，為駁船提供靠泊、水電供應(yīng)、應(yīng)急處理等服務(wù)。由于囤船所需動(dòng)力全部依靠柴油發(fā)電，每天連續(xù)不斷的機(jī)器轟鳴聲影響了船員的工作和休息。隨著柴油供應(yīng)的日益趨緊,和價(jià)格的不斷上漲，運(yùn)營成本大幅攀升，急劇增加了囤船的運(yùn)營成本。在中國長航和上海寶江集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)的高度重視下,由上海龍?zhí)┏袚?dān)該船應(yīng)用可再生能源的設(shè)計(jì)和建造。該船設(shè)計(jì)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝機(jī)20KW，按照最長5天無風(fēng)日計(jì)算，當(dāng)連續(xù)5天無風(fēng)天氣下均能滿足全船的日常生活需要。更主要的是具有超低風(fēng)速運(yùn)行的特性，當(dāng)風(fēng)速在2米/秒的情況下即開始發(fā)電，并能滿足220/380V船載設(shè)備的正常用電，系統(tǒng)全部采用了數(shù)字化全自動(dòng)控制。由此徹底告別了采用柴油機(jī)發(fā)電的歷史。該項(xiàng)目2008年4月18日通過驗(yàn)收并全部投入運(yùn)營，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均已滿足設(shè)計(jì)要求，從而全面取代了柴油機(jī)發(fā)電，使該船第一個(gè)享受了清潔的可再生能源。

為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定和運(yùn)行安全，實(shí)現(xiàn)智能化管理和控制，該項(xiàng)目攻克了數(shù)十項(xiàng)技術(shù)難題，保證了在全天侯氣候條件下的安全運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)了微電腦數(shù)字化控制，自動(dòng)跟蹤風(fēng)向并根據(jù)額定風(fēng)速、電壓、電流等,自動(dòng)實(shí)現(xiàn)迎風(fēng)30°/60°/90°偏航直至停機(jī)，保證了系統(tǒng)的安全。

即時(shí)液晶顯示發(fā)電電壓、發(fā)電電流、當(dāng)前風(fēng)速、輸人、輸出電壓、輸出電流、三相輸出電源的相電壓、頻率等。

塔架液壓自動(dòng)起降，方便了安裝和維修，解決了船載設(shè)備的后顧之憂降低了建造成本。

該船原柴油發(fā)電供電系統(tǒng)設(shè)備成本7.5萬元, 每年的運(yùn)行成本約為13.8萬元；(柴油按目前市場(chǎng)價(jià)6300元/噸計(jì)算費(fèi)用約8.5萬元，機(jī)油0.8萬元,維修保養(yǎng)費(fèi)用每年約1.5萬元，機(jī)械師工資3萬元),本次建造的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備、安裝費(fèi)用總計(jì)為24萬元，使用費(fèi)用每年不足2萬元。

按照20年的折舊計(jì)算:

柴油系統(tǒng)運(yùn)行20年的費(fèi)用為238.5萬元,風(fēng)力發(fā)電運(yùn)行20年的費(fèi)用為64萬元（不含風(fēng)電高于柴油三倍的發(fā)電量）。

實(shí)踐證明該船每年直接節(jié)約成本8.7萬元，不足三年全部收回成本。20年節(jié)約柴油240噸，相當(dāng)于349.8噸標(biāo)準(zhǔn)煤。直接產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益174萬余元。

上海長江沿線港口的類似1800余條囤船全部改用風(fēng)力發(fā)電，每年將節(jié)約21600噸柴油, 相當(dāng)于31482噸標(biāo)準(zhǔn)煤。直接產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益15660萬余元。

龍?zhí)╋L(fēng)電在新技術(shù)、建造低成本上的突破，將快速推動(dòng)風(fēng)電在我國應(yīng)用領(lǐng)域的飛躍，綠色能源將會(huì)走進(jìn)社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域和百姓生活。

2、一種帶著螺旋槳的“風(fēng)力發(fā)電機(jī)”的新型船舶出現(xiàn)在國內(nèi)內(nèi)河航道中。由于船舶在航行途中，一般通過風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備上的螺旋葉，就可直接給電瓶充電。船舶在停泊中，一般風(fēng)力只要達(dá)到三四級(jí)，也可給電瓶充電。正常情況下，航行途中給電瓶充電后，還能基本滿足船舶裝卸時(shí)的用電需求。

在京杭運(yùn)河德清新市段，這種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，依靠風(fēng)力來獲取照明用電，給航行助力，既環(huán)保還省錢，目前在安徽和江蘇一帶比較流行。

據(jù)介紹，在去年柴油吃緊時(shí)，一些“跑江湖”的船老大想出了這個(gè)“好點(diǎn)子”。這段時(shí)間來，隨著柴油的又一次緊缺，安裝風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的船只就越來越多了，除了外地船只，湖州本地也有部分船只開始用上了這種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備。

“我的投入成本早就賺回來了?！睉?yīng)用此種風(fēng)力發(fā)電機(jī)的已經(jīng)得到實(shí)惠的船老大黃士玉算了一筆細(xì)賬：這種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，可以給12伏蓄電池充電，風(fēng)力大時(shí)也可以為24伏、36伏蓄電池充電。以12伏蓄電池為例，每條駁船一個(gè)航次需充電2次，以前用柴油時(shí)耗費(fèi)要20多升燃料，一個(gè)船隊(duì)十條駁船，一個(gè)航次下來燃料需200多升。僅此一項(xiàng)支出就達(dá)上千元，而一部風(fēng)車的投入只需700元，加上電瓶等投入也不過2000元。而風(fēng)力發(fā)電設(shè)備可用兩三年，兩者一比較，誰費(fèi)誰省一看就曉得了。

隨著新技術(shù)的發(fā)展，風(fēng)能以其各種優(yōu)點(diǎn)必定會(huì)在船舶航運(yùn)上應(yīng)用的更加廣泛，利用效率也會(huì)越來愈高，風(fēng)能在船舶上應(yīng)用的前景必定更加廣闊。

文獻(xiàn)：

《 帆船史 》 楊槱（上海交通大學(xué)出版社2005年出版）《運(yùn)河里行駛著風(fēng)力發(fā)電船》

《一種利用風(fēng)力發(fā)電驅(qū)動(dòng)的船》 李積順 《風(fēng)電在船舶中的應(yīng)用》

《傘形太陽能帆板雙體船》 上海交通大學(xué) 《小水線面三體太陽能風(fēng)帆船》 上海交通大學(xué)

《太陽能和風(fēng)能在船舶上的應(yīng)用分析》 武漢理工大學(xué)

《風(fēng)能發(fā)電在遠(yuǎn)洋貨船上應(yīng)用的研究》 上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所 《現(xiàn)代風(fēng)帆助航船航行模式分析》 楊燁 邱立強(qiáng)

《基于翼型理論的風(fēng)帆助航技術(shù)分析》 王宏明 孫培廷 黃連忠 任宏瑩

第四篇：玻璃鋼材料在船舶制造中的應(yīng)用

船舶動(dòng)力裝置認(rèn)知實(shí)習(xí)論文

專業(yè)： 姓名：

班級(jí)：

學(xué)號(hào)：

玻璃鋼材料在船舶制造中的應(yīng)用

玻璃鋼學(xué)名玻璃纖維增強(qiáng)塑料，俗稱FRP，即纖維增強(qiáng)復(fù)合塑料。根據(jù)采用的纖維不同分為玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合塑料（GFRP），碳纖維增強(qiáng)復(fù)合塑料（CFRP），硼纖維增強(qiáng)復(fù)合塑料等。它是以玻璃纖維及其制品（玻璃布、帶、氈、紗等）作為增強(qiáng)材料，以合成樹脂作基體材料的一種復(fù)合材料。

玻璃鋼是一種常見的環(huán)保設(shè)備制作材料。它的全稱是玻璃纖維復(fù)合樹脂。它具有很多新型材料所沒有的優(yōu)點(diǎn)。玻璃鋼是將環(huán)保樹脂與玻璃纖維絲經(jīng)過加工工藝揉合在一起。在樹脂固化了以后，性能開始固定而且不可回溯到固化前的狀態(tài)。嚴(yán)格來講，它種樹脂是環(huán)氧樹脂的一種。經(jīng)過多年的化工方面的改良，在添加適當(dāng)?shù)墓袒瘎┖?，它?huì)在一定時(shí)間內(nèi)固化。固化以后的樹脂沒有毒性析出，同時(shí)開始具備一些十分適合環(huán)保行業(yè)的特性。

玻璃鋼是一種新型的造船材料，是近代材料革命的一重要組成部分。玻璃鋼應(yīng)用到造船業(yè)中的時(shí)間不長，但已突顯出其強(qiáng)大的生命力和廣闊的發(fā)展前景。

玻璃鋼艦艇的特點(diǎn)是質(zhì)輕、高強(qiáng)，對(duì)減輕重量有較大潛力，適用于限制重量的高性能船舶和賽艇等；耐腐蝕，抗水生物附著，比傳統(tǒng)的造船材料更適合使用；無磁性，因而是掃雷艇，獵雷艇最佳的結(jié)構(gòu)功能材料；介電性和微波穿透性好，適宜于軍艦艇；能吸收高能量，沖擊韌性好，船舶不易因碰撞，擠壓而損壞；熱導(dǎo)率低，隔熱性好，適合建造耐火救生艇、漁船和冷藏船等；船體表面能達(dá)到鏡面光滑，并且可具有各種色彩，特別適于建造外形美觀的各類游艇；可設(shè)計(jì)性好，能按船舶結(jié)構(gòu)各部件的不同要求，通過選材、鋪層研究和結(jié)構(gòu)造型來實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)；整體性好，船體無接縫和縫隙，可防滲漏；成型簡(jiǎn)便，比鋼質(zhì)、木質(zhì)省工，且批量生產(chǎn)特別好，降低造價(jià)的潛力很大；維修保養(yǎng)方便，維修費(fèi)比其他材質(zhì)的船艇少得多，全壽命期的經(jīng)濟(jì)性能好。由于玻璃鋼具有傳統(tǒng)造船材料無法比擬的上述綜合性能，故備受造船界的重視，經(jīng)多年的開發(fā)應(yīng)用，已成為一種重要的船用材料。但因其彈性模量低和受成型技術(shù)等的限制，尚不能建造太大的艦船，加之價(jià)格較貴，故在整個(gè)造船業(yè)中用量比鋼材少。

中國的玻璃鋼/復(fù)合材料船艇工業(yè)始于1958年，歷經(jīng)近50年的發(fā)展，就其船體材料、設(shè)計(jì)和制造技 術(shù)發(fā)展的歷史沿革和技術(shù)狀況，可分為以下三個(gè)階段：初創(chuàng)階段（1958年～改革開放前）、鞏固階段（改革開放后～20世紀(jì)末）和發(fā)展階段2000年起至今）前兩個(gè)階段中，船體材料、設(shè)計(jì)計(jì)算和制造工藝等方面，技術(shù)進(jìn)展不明顯，表現(xiàn)為：

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1.材料方面：四十年來一直采用由E玻纖（甚至中堿玻纖）紡織而成的傳統(tǒng)的無捻粗紗方格布和短切氈及性能一般的不飽和聚酯樹脂作為船體原料；

2.設(shè)計(jì)方面：基本上是沿用金屬船舶的設(shè)計(jì)理念，其船體結(jié)構(gòu)絕大多采用常規(guī)的實(shí)板加筋結(jié)構(gòu)形式；

3.制造方面：幾乎所有船廠均采用傳統(tǒng)落后的手糊成型工藝方式，或輔以噴射成型工藝，僅個(gè)別船廠曾局部采用過真空袋壓成型技術(shù)；

在這兩個(gè)階段中，從事玻璃鋼/復(fù)合材料船艇制造的船廠屬于原中國船舶工業(yè)總公司的只有幾家，絕大多數(shù)均為地方上的中小型船廠以及90年代后到大陸設(shè)廠的臺(tái)資企業(yè)。曾經(jīng)提出過以玻璃鋼漁船為突破口來推進(jìn)復(fù)合材料在我國船艇工業(yè)中的發(fā)展，但都收效甚微。第三階段的前幾年中，國內(nèi)有些大的集團(tuán)公司和歐美澳等外資公司已紛紛涉足我國的游艇行業(yè)，因而國內(nèi)復(fù)合材料造船技術(shù)發(fā)展的步伐已明顯加快。特別是2006年，以太陽鳥船艇制造有限公司等為代表的國內(nèi)復(fù)合材料船艇制造商已經(jīng)在采用先進(jìn)的材料、設(shè)計(jì)和制造工藝技術(shù)方面邁出了可喜的一大步。如珠海太陽鳥游艇制造有限公司的62英尺機(jī)動(dòng)游艇，采用多軸向縫（經(jīng)）編織物、PVC泡沫夾層結(jié)構(gòu)和真空輔助成型工藝成功制造了該艇的船體；再加佛山市寶達(dá)船舶工程有限公司的13.6米海關(guān)超高速摩托艇，采用了含有芳綸纖維的混雜增強(qiáng)材料與乙烯基樹脂復(fù)合，同樣也用真空輔助成型工藝來制造艇體。第三階段前期國內(nèi)復(fù)合材料造船技術(shù)的進(jìn)展表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.打破了國內(nèi)船艇一直沿用的普通方格布作為增強(qiáng)材料和聚酯樹脂作為基體的局面，開始采用先進(jìn)的多軸向縫編織物和乙烯基等高性能樹脂，大大提高了艇體的性能；

2.結(jié)束了單一的實(shí)板加筋結(jié)構(gòu)這種傳統(tǒng)艇體設(shè)計(jì)模式，開始進(jìn)行夾層結(jié)構(gòu)、硬殼式結(jié)構(gòu)和波形結(jié) 構(gòu)等各種艇體結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)和建造實(shí)踐；

3.打破了長期采用陳舊的手糊成型工藝之落后局面，實(shí)現(xiàn)了復(fù)合材料真空輔助成型工藝在船體制造中的突破。

值得提出的是，國務(wù)院不久前審議通過的《船舶工業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》中提出，為適應(yīng)國內(nèi)旅游、休閑等行業(yè)的發(fā)展，要大力開發(fā)個(gè)性化游艇等產(chǎn)品。為此，中國船舶工業(yè)集團(tuán)公司與上海奉賢區(qū)人民政府最近在北京簽訂了合作開發(fā)建設(shè)上海中船游艇制造基地的框架協(xié)議，擬將該基地建成中國最大的游艇制造基地。這不僅將進(jìn)一步激活上海及長三角地區(qū)的游艇技術(shù)，還將有力地推動(dòng)中國復(fù)合材料船艇工業(yè)技術(shù)的脫胎換骨，在更高的層次和水平上參與國際競(jìng)爭(zhēng)，從而實(shí)現(xiàn)中國船艇工業(yè)新的突破。推廣玻璃鋼漁業(yè)船舶玻璃鋼自誕生以來，已被廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，特別是它特有的性能以及其它造船材料無法比擬的優(yōu)越性，已成為世界發(fā)達(dá)國家用于建造中小型漁業(yè)船舶和游艇的首選材料。

我國雖然在上世紀(jì)60年代已開始用于小型船艇的建造，但在漁業(yè)船舶的建造中使用玻璃鋼材料始終未形成規(guī)模。“六五”、“七五”期間也曾對(duì)玻璃鋼造船加大了研制開發(fā)力度，由于缺乏政策扶持、宣傳力度不夠、社會(huì)購買力差等因素，—直未能得到漁

船舶動(dòng)力裝置認(rèn)知實(shí)習(xí)論文

民的首懇。最早研制玻璃鋼漁船的生產(chǎn)廠相繼轉(zhuǎn)產(chǎn)游艇及其它玻璃鋼制品，玻璃鋼漁船發(fā)展至上世紀(jì)90年代初，在漁船總量中的占有率尚不足萬分之一。而在發(fā)達(dá)國家玻璃鋼漁船的占有率已達(dá)90%以上。為改變這一現(xiàn)狀，1994年農(nóng)業(yè)部、科技部將玻璃鋼漁船的建造及產(chǎn)業(yè)化列為“九五”科技攻關(guān)項(xiàng)目，并出臺(tái)了優(yōu)先發(fā)放捕撈許可證，三年減半收取資源費(fèi)，減半收取船檢費(fèi)，減半收取保險(xiǎn)費(fèi)，優(yōu)先貸款五項(xiàng)優(yōu)惠政策。

玻璃鋼漁船之所以能在漁船中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，是因?yàn)椴Ａт撨@種材料具有鋼材、木材無法比擬的優(yōu)越性。玻璃鋼是一種復(fù)合材料，上世紀(jì)40年代誕生于美國，開始主要用于軍事和航空，50年代逐漸轉(zhuǎn)為民用。我國玻璃鋼船艇從60年代開始發(fā)展，至今已近40年。目前已基本占領(lǐng)了小型船艇市場(chǎng)，并以輕質(zhì)高強(qiáng)、造型美觀、色彩多樣而受到經(jīng)營單位和乘客的歡迎。但長期以來，玻璃鋼船艇的維護(hù)保養(yǎng)工作未能受到應(yīng)有的重視。生產(chǎn)單位大都未在產(chǎn)品說明書及用戶須知等資料中介紹維護(hù)保養(yǎng)常識(shí)，很多用戶單位對(duì)玻璃鋼材質(zhì)、性能等缺乏了解，不少人盲目認(rèn)為玻璃鋼強(qiáng)度高、不會(huì)銹蝕，又有膠衣層保護(hù)，無需保養(yǎng)。這就造成了很多玻璃鋼船艇由于缺乏維護(hù)保養(yǎng)而過早失去風(fēng)采，縮短了使用壽命。玻璃鋼是以合成樹脂為基體，以玻璃纖維為增強(qiáng)材料復(fù)合而成的。它具有與鋼相近的強(qiáng)度，有耐水、耐腐蝕的優(yōu)越性能，表面光潔如鏡的美觀外表，可整體成型的特點(diǎn)；但它也存在一些不足，如剛度較小、耐磨性較差等。特別是影響質(zhì)量的因素較多（如原材料優(yōu)劣、作業(yè)人員技術(shù)素質(zhì)、生產(chǎn)條件及環(huán)境因素等等），這就使同類產(chǎn)品質(zhì)量上的差異會(huì)很大。與鋼質(zhì)、木質(zhì)船相比，玻璃鋼船具有較少維修的特點(diǎn)，這是玻璃鋼本身的優(yōu)越性能所決定的。但玻璃鋼與所有材料一樣，也存在著老化問題，只是老化進(jìn)程較緩而已。即使在船艇表面施加了膠衣樹脂形成了保護(hù)層，但由于厚度僅0.3-0.5毫米，在經(jīng)常磨擦和環(huán)境侵蝕下也會(huì)損傷和減薄。所以，玻璃鋼較少維護(hù)并非不需維護(hù)，適當(dāng)?shù)木S護(hù)不僅可以保持漂亮的外觀，還可延長玻璃鋼船艇的壽命。

在世界范圍內(nèi)，玻璃鋼（FRP）漁船從20世紀(jì)60年代初開發(fā)以來，迄今已有50多年的歷史。由于玻璃鋼漁船具有快速性好、操縱性優(yōu)、載重量大、省燃料、易維修保養(yǎng)、利于環(huán)境和資源保護(hù)等優(yōu)良的綜合性能，獲得了迅速的發(fā)展。截止20世紀(jì)末，美、英、法、日、韓等發(fā)達(dá)國家，中小型木質(zhì)和鋼制漁船基本被淘汰，玻璃鋼漁船市場(chǎng)占有率占90%以上；我國臺(tái)灣的玻璃鋼漁船發(fā)展也相當(dāng)迅速。我國大陸從20世紀(jì)70年代開始建造玻璃鋼漁船，起步并不算晚，但其發(fā)展速度與發(fā)達(dá)國家相比差距甚大。目前我國擁有漁船約104萬艘，木質(zhì)漁船占約84%，玻璃鋼漁船約占2%。玻璃鋼漁船的發(fā)展與我國國民經(jīng)濟(jì)迅速崛起極不相稱。一些國家和地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)應(yīng)值得我們學(xué)習(xí)與借鑒。

我國大多數(shù)漁民仍在使用落后的木質(zhì)漁船作為捕撈生產(chǎn)工具，這與國民經(jīng)濟(jì)的高速增長和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展不相適應(yīng)。更為讓人憂慮的是，我國木質(zhì)漁船大都老舊不堪，存在耗能高、污染水域環(huán)境嚴(yán)重；使用壽命短，維修費(fèi)用高；安全生產(chǎn)條件差，事故隱患多等諸多問題。這既不符合我國發(fā)展低碳、可循環(huán)的集約型經(jīng)濟(jì)的要求，也影響我國漁業(yè)生產(chǎn)的效率和安全。在這種情況下，推廣應(yīng)用玻璃鋼漁船，提高漁業(yè)裝備水平已然

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勢(shì)在必行。中小型漁船玻璃鋼化是我國漁船未來發(fā)展方向。玻璃鋼具有質(zhì)輕高強(qiáng)、耐腐蝕、抗老化可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等特性玻璃鋼漁船正是充分利用了玻璃鋼材料的特性，使其在船舶性能和經(jīng)濟(jì)性方面有了優(yōu)于鋼質(zhì)和木質(zhì)漁船的特點(diǎn)。

在船舶性能方面，玻璃鋼漁船船體為一次成型，船體表面光滑，阻力小，與同功率同尺寸鋼質(zhì)漁船相比，航速可提高0.5-1節(jié)左右。玻璃鋼比重是鋼材的1/4，玻璃鋼船壓載重心低，在風(fēng)浪中起浮性好，回復(fù)能力強(qiáng)，抗風(fēng)能力強(qiáng)。

在經(jīng)濟(jì)性方面，玻璃鋼漁船節(jié)能效果好。玻璃鋼具有良好的隔熱性，導(dǎo)熱系數(shù)只有鋼質(zhì)的百分之一。玻璃鋼漁船航速較快，可縮短航行時(shí)間，提高出海率，增加捕魚航次，達(dá)到節(jié)油的目的。

玻璃鋼漁船使用壽命較長。鋼質(zhì)漁船易銹蝕，使用年限一般在10-15年，還得每年維護(hù)保養(yǎng)、去銹涂漆，維修費(fèi)用高。玻璃鋼漁船具有良好的耐腐蝕性，船體永不銹蝕，理論上使用壽命可達(dá)50年之久，而且無需像鋼質(zhì)船每年進(jìn)行維護(hù)。年均維修費(fèi)用只有鋼質(zhì)船的十分之一。

玻璃鋼漁船具有節(jié)能、使用壽命長、維修費(fèi)用低等特點(diǎn)，雖然一次性投資高于鋼質(zhì)船，但其中長期經(jīng)濟(jì)效益仍高于鋼質(zhì)漁船。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國現(xiàn)有機(jī)動(dòng)和非機(jī)動(dòng)木質(zhì)漁船90多萬艘，這些木質(zhì)漁船用料混雜，技術(shù)性能差，主機(jī)耗油大，年維修費(fèi)用高，而且大量消耗木材，而我國森林資源貧乏，供需矛盾突出。上世紀(jì)90年代全國用以建造和維修船只的木材，每年達(dá)200萬立方米，如果20年內(nèi)將90多萬艘木質(zhì)漁船更新為玻璃鋼漁船，可節(jié)約木材930萬立方米(平均每艘用料10立方米)。據(jù)1999年統(tǒng)計(jì)，我國現(xiàn)有不同尺度鋼質(zhì)漁船5萬艘，每?jī)赡耆ヤP一次，以每艘船產(chǎn)生污染物250公斤計(jì)算，平均每年向海洋傾倒6250噸污銹，嚴(yán)重地破壞了海洋生態(tài)環(huán)境。玻璃鋼漁船則無需去銹和耗用大量木材，這樣對(duì)保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境和森林資源起到積極的作用，具有良好的社會(huì)效益。

近年來玻璃鋼船的制造量越來越多，尚供不應(yīng)求，說明了玻璃鋼船很有發(fā)展前途。為進(jìn)一步開拓玻璃鋼造船的廣闊天地，如下幾個(gè)方面尚需研究提高。

(1)玻璃鋼的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)工作目前還處于初步研究階段。雖然對(duì)玻璃鋼材料是實(shí)驗(yàn)和各種板架結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)，以及玻璃鋼的典型分段實(shí)驗(yàn)等都做了工作，但是缺少系列化的實(shí)驗(yàn)。因此，尚無法為玻璃鋼船的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供完整的資料，使設(shè)計(jì)的可靠性和正確性達(dá)到高度水平。

（2）手糊低壓接觸成型法是目前制造玻璃鋼船采用的主要方法，雖然有不少優(yōu)點(diǎn)，但是勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)保護(hù)不易解決。因此，提高玻璃鋼成型的機(jī)械化，是發(fā)展應(yīng)用玻璃鋼造船的重要課題。

（3）玻璃鋼造船也必須實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化。這是提高機(jī)械化程度，實(shí)現(xiàn)高速度、高質(zhì)量的手段。例如大批量生產(chǎn)的玻璃鋼救生艇，經(jīng)過大量調(diào)查和辛勤的工作，編訂了部標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了線性一致，減少了大量模具，并使生產(chǎn)設(shè)備和備件可以通用、船舶動(dòng)力裝置認(rèn)知實(shí)習(xí)論文

互換。

（4）玻璃鋼的原材料還需要進(jìn)一步創(chuàng)新。比如為了克服玻璃鋼彈性模量低的缺點(diǎn)，需要研制高彈性模量的玻璃纖維；為了減緩老化現(xiàn)象，需要研究新的化學(xué)穩(wěn)定劑；為降低成本，應(yīng)生產(chǎn)和使用厚的玻璃氈等新產(chǎn)品作加強(qiáng)材料。此外，在提高樹脂的耐燃性方面還有不少課題。

（5）玻璃鋼的質(zhì)量檢驗(yàn)方法也需要改進(jìn)。目前對(duì)玻璃鋼的厚度測(cè)量和內(nèi)部缺陷的檢查等還缺乏精確的方法。

目前，世界上2000多萬艘6-20米左右的游艇中，F(xiàn)RP游艇占了90%以上。玻璃鋼游艇國內(nèi)市場(chǎng)需求潛力巨大，國內(nèi)具有不斷升溫和擴(kuò)大的游艇消費(fèi)需求。我國經(jīng)濟(jì)多年持續(xù)高速增長，居民生活水平大幅提高，千萬、億萬富翁已經(jīng)大量出現(xiàn)，旅游消費(fèi)不斷升溫，以及北京奧運(yùn)成功、上海世博成功、三峽大壩庫區(qū)建成、沿海發(fā)達(dá)城市逐步國際化等有利因素，極大地推動(dòng)了國內(nèi)景觀水系休閑旅游開發(fā)的熱潮，也使各類旅游休閑船艇和私家游艇市場(chǎng)蘊(yùn)涵著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國游艇俱樂部近5年來已由一二十個(gè)猛增到50多個(gè)，深圳、廣州、珠海、上海、浙江、大連、青島等地已有私家游艇1000多艘，國內(nèi)私家購買的最貴游艇高達(dá)9000多萬人民幣。這一切表明游艇經(jīng)濟(jì)在我國已見端倪并呈快速升溫之勢(shì)。

總之，由于玻璃鋼（FRP）具有許多傳統(tǒng)造船材料無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，故從問世以來倍受造船界的重視。現(xiàn)已成為世界中、小游艇和高速船艇制造的首選材料，且具有良好的發(fā)展前景。參考文獻(xiàn)

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第五篇：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在船舶制造中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)在船舶制造中的應(yīng)用

曼恒數(shù)字為南通航運(yùn)職業(yè)學(xué)院建設(shè)了一套船舶建造仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，通過動(dòng)畫、聲音以及特有的三維模擬方式，為用戶營造一個(gè)真實(shí)的環(huán)境，把船舶建造的場(chǎng)景和工藝流程等逼真地呈現(xiàn)出來。

船舶工業(yè)是一項(xiàng)勞動(dòng)密集型、技術(shù)密集型和資金密集型的產(chǎn)業(yè)。船舶產(chǎn)品是一個(gè)巨大的復(fù)雜系統(tǒng)，而且大多是少量或單件生產(chǎn)的產(chǎn)品，每艘船舶都由數(shù)以千計(jì)甚至上萬件的零部件和中間產(chǎn)品。

怎樣將這些復(fù)雜的船舶建造過程通過形象而逼真的方式表現(xiàn)出來，讓學(xué)生能輕而易舉的掌握船舶知識(shí)，并印象深刻呢？

虛擬現(xiàn)實(shí)船舶建造仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)通過對(duì)船廠廠區(qū)及設(shè)施、船舶內(nèi)部結(jié)構(gòu)和布置、船體建造常規(guī)工藝流程進(jìn)行逼真的3D可視化虛擬展示。通過人機(jī)互動(dòng)形式，與虛擬環(huán)境中的船體模型進(jìn)行交互操作，完成鋼材預(yù)處理、鋼材切割、鋼材彎曲成型等。同時(shí)，該系統(tǒng)還提供了船體裝配功能，通過模擬真實(shí)的裝配方式，幫助學(xué)生了解船體裝配流程船體構(gòu)造。

該系統(tǒng)的建成，為虛擬教學(xué)和培訓(xùn)提供了重要的教學(xué)工具，虛擬環(huán)境使他們脫離了現(xiàn)實(shí)培訓(xùn)中的風(fēng)險(xiǎn)和制約，并能從這種培訓(xùn)中獲得感性知識(shí)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，達(dá)到提高培訓(xùn)對(duì)象各種技能和學(xué)習(xí)知識(shí)的目的。