混合复合材料结构为海上脱碳提供了刚性风力推进解决方案
发布时间：2025-06-24 浏览次数：
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GT Wings公司的AirWing产品利用航空航天工程原理，结合混合玻璃纤维和碳纤维复合材料结构，通过紧凑且与甲板兼容的风力推进系统，实现了高达30%的燃油节省。
在Carisbrooke Shipping公司的船只上安装的20米长AirWing设备，在保持与货物作业兼容性的同时，在该船只的英国—加拿大—英国航线上实现了8.3%的燃油节省。
随着减少温室气体排放的监管压力不断加大，全球海运业正步入一个变革时期。目前，海运业的燃料消耗量每年高达约3亿吨，占全球碳排放量的2.5%，航运运营商面临着严峻的合规挑战。国际海事组织（IMO）已制定了日益严格的船舶能效设计指数（EEDI）和现有船舶能效指数（EEXI）要求，同时，欧盟正准备将航运纳入其碳排放交易体系（EU ETS），并实施《欧盟海运燃料条例》（FuelEU Maritime regulations）。这些动态发展迫使船舶运营商采取脱碳策略，在确保环境合规的同时保持运营的可行性。
风力辅助推进系统作为一种极具前景的技术应运而生，它利用免费且无限的能源来减少燃料消耗。然而，传统系统往往存在显著的操作挑战，尤其是占用大量甲板空间，干扰货物作业，以及推力与尺寸比不足，限制了其节油潜力。
英国利物浦的GT Wings公司开发了一种新的海运风力推进方法，旨在解决这些局限性。AirWing系统是一种商用翼帆，它借鉴了美洲杯帆船赛和一级方程式赛车中的空气动力学原理，并结合了针对大规模制造技术进行优化的特殊复合材料结构。这些特点共同作用，使得该系统在紧凑的空间内就能产生出色的推力，即使对于甲板空间有限的船舶而言，也能使风力推进成为可行的选择。
这是一张AirWing翼帆在展开状态下的渲染效果图。GT Wings公司已开发出多种尺寸规格的翼帆，包括AirWing20、AirWing28和AirWing40，每种规格都针对不同尺寸的船舶进行了定制。
AirWing单元正在测试其自动调整系统，以在不同风况下实现最佳性能。当风速超过45节时，它会进入“安全模式”，以在推力生成变得不切实际时最大限度地减少阻力。
海上风力推进面临的基本挑战在于开发一种系统，该系统能够在紧凑的单元内产生显著推力，同时保持与船舶运营的兼容性。
最终的设计采用了多元素实心翼结构，由两个空气动力学表面——主翼面和襟翼——组成，它们协同工作以产生推进力。与软帆不同，这种刚性垂直翼的功能类似于飞机机翼，通过空气在其曲面流动时产生的压力差来产生升力。主翼面提供了主要的升力表面，而位于后缘的较小襟翼则作为高升力装置，可调整以优化整个系统的空气动力学性能。
多元素配置的关键优势在于，与单元素设计相比，它能够在更高的攻角下保持附着的空气流动。当配置得当时，主翼面和襟翼之间的缝隙会加速从高压（迎风）侧到低压（背风）侧的空气流动，为边界层注入能量并延迟流动分离。这种缝隙效应使得翼帆在失速前能够产生显著更大的驱动力，这在逆风航行或微风条件下尤为重要。由于襟翼角度可以独立于主翼面进行调整，因此它可以精细控制整个系统的弯度和总升力系数。
一个自动控制系统集成了多个传感器和执行器，能够持续调整主翼组件的攻角和襟翼元素的相对位置。该系统能够自动优化调整，以应对不断变化的风况、船速和航向。
“我们特别选择了这种材料，因为它能减少手工劳动时间，同时提供最佳的表面光洁度，”KS Composites公司的项目经理丹·纽汉（Dan Newham）解释道。“高克重使我们能够用更少的层数达到必要的结构性能，从而提高了制造效率。”
“当前的混合方法平衡了性能、认证要求和项目限制，”哈罗普指出。“随着技术的成熟和监管熟悉度的提高，我们预计将有机会实施更先进的复合材料解决方案。”
对于更广泛的海运行业而言，AirWing技术代表了一条切实可行的减排路径，可以在不影响运营的情况下在现有船舶上实施。全球约有20,000艘船舶适合采用风力推进，而目前仅有约35处安装实例，因此市场潜力巨大。
▓ 来源：中国复材
▓ 责编：情报君
