近日，由中船集團(tuán)第七二五研究所旗下雙瑞環(huán)境自主研發(fā)的全球最大船用風(fēng)力旋筒助推系統(tǒng)（WAPS）完成陸上全尺寸、全工況測(cè)試并正式發(fā)布。該系統(tǒng)直徑5米、高35米，是目前全球已完成陸基試驗(yàn)的尺寸最大的船用風(fēng)力旋筒助推系統(tǒng)。

旋筒帆通過(guò)旋筒旋轉(zhuǎn)使流經(jīng)兩側(cè)的氣流形成壓力差，從而產(chǎn)生推力輔助船舶前行。其具有占用甲板空間小、不影響貨物裝卸作業(yè)、自動(dòng)化程度高等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為目前較為主流的風(fēng)力助推技術(shù)，可為大型遠(yuǎn)洋船舶節(jié)省5%—25%的燃油消耗。

“旋筒帆對(duì)材料、結(jié)構(gòu)、控制、安全等性能要求較高，市場(chǎng)長(zhǎng)期以來(lái)被少數(shù)國(guó)外公司主導(dǎo)。”中船七二五所副所長(zhǎng)徐健說(shuō)，該系統(tǒng)的發(fā)布標(biāo)志著我國(guó)在該高端船舶環(huán)保裝備領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了從跟跑到局部領(lǐng)跑的跨越。

從引進(jìn)到自主研發(fā)，如何將一根“柱子”變成“世界之最”？

首先，如此巨大圓柱殼體的成型就不是易事。“材料外筒是一個(gè)‘薄殼’結(jié)構(gòu)，想要在高速旋轉(zhuǎn)下保持平穩(wěn)，外殼的質(zhì)量分布必須均勻，這對(duì)制造精度要求極高。”中船七二五所高級(jí)工程師趙超說(shuō)，任何微小的圓度、直線度偏差都可能引發(fā)劇烈振動(dòng)導(dǎo)致不平衡。

怎樣確保筒體的質(zhì)量均勻性和內(nèi)在質(zhì)量？在技術(shù)路線上，研發(fā)團(tuán)隊(duì)沒(méi)有選擇國(guó)外主流的三瓣式或纏繞工藝，而是自主研發(fā)出“兩瓣式真空灌注”工藝，將模具切開拼合、各自灌注再精準(zhǔn)對(duì)位，結(jié)合虛擬裝配、虛擬成型等技術(shù)，最大能夠抵抗17級(jí)風(fēng)。

其次，35米高的柔性結(jié)構(gòu)立在顛簸的船上，還要同時(shí)承受風(fēng)、浪、自身旋轉(zhuǎn)陀螺效應(yīng)等多重復(fù)雜載荷，“巨人的舞蹈”如何駕馭？“我們運(yùn)用多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真和流固耦合分析，精確預(yù)測(cè)并避免了結(jié)構(gòu)與風(fēng)致振動(dòng)、主機(jī)激勵(lì)等有害共振。”趙超介紹，超大型系統(tǒng)的振動(dòng)控制是一個(gè)結(jié)構(gòu)性難題，研發(fā)團(tuán)隊(duì)還對(duì)下部限位輪這一核心承力部件進(jìn)行了材料和結(jié)構(gòu)的再設(shè)計(jì)，解決了高負(fù)載下的磨損與發(fā)熱等行業(yè)痛點(diǎn)。

此外，研發(fā)團(tuán)隊(duì)還為“巨人”裝上了“智慧大腦”。基于模型預(yù)測(cè)控制等先進(jìn)算法的智能控制系統(tǒng)就像一個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富的人工智能老船長(zhǎng)，能綜合風(fēng)速、風(fēng)向、船舶航速、主機(jī)功率等信息，實(shí)時(shí)計(jì)算出旋筒的最優(yōu)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)風(fēng)能捕獲效率的最大化。“以一艘18萬(wàn)噸散貨船為例，安裝3套該系統(tǒng)，預(yù)計(jì)年均節(jié)省燃油數(shù)百至上千噸。”趙超說(shuō)。

“我們的系統(tǒng)不只是最大，還追求做到最強(qiáng)、最可靠。”徐健說(shuō)，項(xiàng)目的成功研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，將直接為我國(guó)航運(yùn)業(yè)降低碳排放提供關(guān)鍵技術(shù)裝備，同時(shí)帶動(dòng)國(guó)內(nèi)高性能復(fù)合材料、精密傳動(dòng)部件、智能傳感與控制等產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

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2026年05月06日

南通宏大機(jī)電制造有限公司

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