运输船舶中，大型油船和散货船最适合安装风帆助航系统。因为这些船舶往往单次航行距离远，航行距离远，所利用的风力就越多，节能效果也就越明显。当然，这些船舶在选择航线时，也应尽可能地选取风力情况较好的地区，同时也不能为了利用风力而刻意走远路。这样船舶的经济效益和可靠性等都能的到保证[4]。风能作为绿色能源在现代船舶上已经有所运用，风帆助航就是一个典型的例子。现在风帆助航技术也已日趋成熟，相信以后此项技术还会去的突破，船舶对风能的利用也绝不会仅仅停留在风帆助航这一方面。随着未来技术不断地发展，风帆技术中的一些难点，缺陷也会被逐一解决。就能源而言，船舶的发展不应仅仅停留在风能上，太阳能、生物能等都是很好的选择。未来船舶工作者在研究船舶对风能的利用上要结合其他能源，以提高利用效率和优化能源结构。例如风能和太阳能发电，风能和太阳能助航等，都是可以研究的方向。目前的话，化石燃料的地位还无法取代，但是通过对这些绿色能源的使用，可以大大节约化石燃料的使用，减轻对环境的压力。相信，不仅仅是风帆助航技术，其他能源利用技术都会有很大的发展空间[7]。

1。2国内外研究现状

1。2。1国内研究现状

1。2。2国内研究现状

1。3存在的问题

风帆助航船舶的发展还要考虑船舶航线所在海域的风力资源特点、风帆的选择和自动控制、装置操纵管理和维护等多方面问题。风帆助航受天气影响较大，有些地方没有风力或者是风力强度不够则风帆就没有了用武之地。风帆的控制系统也是一个大问题，使用风帆助航，就得相应地研究一套能根据风向风力自动控制风帆位置的控制系统，在这方面还有很大的改善空间。在逆风情况下，风帆不仅不能为船舶提供动力，相反还会对船舶的航行造成阻力。所以，在逆风和风力较小的情况下，还是需要依靠燃油机为船舶提供动力。在风力情况较好的情况下，还是要两种并用驱动，才能即达到节能又能保确保快速性的目的。卸压不如传统风帆方便。传统风帆的操作较为灵活，调整拉绳的长度就能改变风帆的角度[12]。

1。4本课题研究内容

本次课题研究内容包括：1）为某散货船设计合理的风帆。风帆设计包括设计风帆的尺寸大小；设计风帆安装位置和计算其重量重心位置。2）利用Maxsurf软件对主船体进行建模，并分析其在特定吃水情况下的排水量以验证设计的合理性，最后利用Hydromax对静稳性曲线的进行分析。3）完整地计算船舶安装风帆后，在不同风向攻角下，船舶的衡准数K是否满足要求以确定船舶的稳性。

第二章机翼理论及风帆的设计

2。1机翼理论

2。1。1风帆空气动力学原理

当流动的空气经过机翼时，原本为一个整体的流动空气被一分为二分别在机翼的上下。气流吹过机翼之后，原本被分开的两股气流再次合流。机翼是一个不规则图形的物体，可以形容为上凸下凹，这就使得上方气体的分布更为密集。根据流体力学可知，机翼上方的压强小于机翼下方的压强。由压强差所产生的力即为升力，方向垂直气流方向向上。流体具有粘性，所以气流跟机翼之间存在摩擦力，摩擦力方向以气流方向为正[13]。

图2-1:机翼理论

研究风帆助航就要研究由风帆产生的升力阻力及其对船舶所造成的影响，就要计算出升力阻力的大小，升力方向垂直气流向上，阻力方向以气流方向为正。

升力系数CL:

其中L－升力；D－阻力；ρ－空气密度；V－风速；A－风帆面积。以船长方向为正，船舶右舷指向左舷方向为正建立坐标系。把升力阻力分解为推力和横向力。