智能船用推进器(舰船技术｜利用海洋波能驱动，推进效率高达90%，翼型推进器解析)
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智能船用推进器(舰船技术｜利用海洋波能驱动，推进效率高达90%，翼型推进器解析)
海洋波能是一种取之不尽、用之不竭、无污染的能源，因此越来越受到各海洋国家的关注。而在海洋波能的利用方面，最常用的一种方式就是将大型的浮筒至于设置于海面上，由浮子臂与固定平台相连，当海上兴起波浪时，浮子响应海面的波动而运动，从而带动机构运转，并将运动能转换成电能或其它能量输出。
一种利用海洋波能的装置
既然海洋波能能驱动装置发电或对外输出做功，那么波能应该也能推进船舶前进，为此科研人员开始研制海洋波能驱动的船舶推进器。翼型推进器就是—种利用海洋波能来推进船舶的装置，它与我们熟知的螺旋桨推进器有着很大不同，是一种流线型的水平放置的水翼，且可以绕一水平轴转动，并与支持结构相连接的特种推进器。而据相关研究公司声称，他们研究的翼型推进器效率可达90%。
常规的船舶推进器
翼型推进器的原理
翼型推进器本质上是一种波能提取器。它提取波能的方式主要是让水翼与其周围的水产生相对垂向运动。如下图（a）所示，水翼通过杆与船体连接，且水翼与杆的连接是活动。当遭遇海浪时，浪的作用力向上，同时杆向下运动（用以增大浪的振幅，水翼也可以是固定式的），此时水的作用力垂直作用在水翼上，水翼在受到水的作用力后，水翼以轴为中心偏转，随边向上。当偏转一定角度后，水翼的位置会受到机械力的约束，迫使水冀相对水流保持一定的攻角，从而产生升力，升力的水平分力即为推船前进的推力。当一个工作循环结束后，如下图（b）浪的作用力开始变为向下，同时杆向上运动，水翼将偏向另一方，并且再次产生一个攻角，由此产生的外力及向前的推力跟前面所述的相同。由于翼型推进器可以在向上和向下两个方向工作，所以效率很高。
水翼的工作原理。图片来源《节能船型设计》
翼型推进器的应用展望
应用一，作为助航推进器
海洋波能作为驱动力，有很大的不确定性，所以无法保证远洋船舶在任何海域都能获得足够的动力。此外，据《节能船型设计》的介绍：1㎡的水翼在假定升力系数为0.7时，在9kn航速下将能产生7700N的升力，在12kn航速下则能产生13700N的升力；假定这个力的水平方向分力攻角为20°，则产生的向前推力分别为2630N和4690N，即相当于12.2kW和29kW的功率。 显然，想要满足大型船舶的推进需要，水翼要做的非常大，这个是很难实现的。这样看来，翼型推进器想要作为大型船舶的主推进器是很困难的。但是换一种思路，引用当下热门的风帆助航理念：既选用固定式的水翼作为辅助推进器，这样水翼不必通过主机驱动而完全由波浪驱动，从而达到助航节能的目的，还是很有价值的。
采用风帆助航的大型船舶
应用二，作为小型船舶的主推进器
除了作为大型船舶的助航推进器外，对于一些航速要求不高，且追求极致经济性的小型船舶来说也可以选用翼型推进器作为主推进。不过为了保证在无风浪或低风浪条件下的推进需求，这类船舶仍要装备主机，只不过主机不再是驱动螺旋桨，而是驱动水翼运动，让水翼与其周围的水产生相对垂向运动，从而产生动力。这样的好处是，能在风浪条件下尽可能的利用海洋波能以达到节能的目的，也可以在无风浪或低风浪条件下保证推进需求，因此也具有一定的实用价值。
风浪中的船舶
参考资料《节能船型设计》《船舶原理》
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作者：小船人的梦想 2020年6月21号
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