马格努斯效应在船舶上的应用
1000吨散装船可行性分析报告(2011)
1000吨新型多用途散装物料运输船制造可行性报告一、项目背景1.1、目前国内外相关技术与产品现状在电力、建材、冶金、轻工、食品等行业中，散装水泥、粉煤灰、粮食及化工原料（氧化铝、锌粉）等散装粉体物料的贮运、装卸是一项浩大而必不可少的工程。
与其它运输方式，水上运输的运输成本相对低廉。
而目前水上运输这一低成本的运输方式，在我国的利用率仍然太低。
在我国南方水系发达的广大地域，散装运输船有着巨大的发展潜力。
加快散装物料运输船只及其输送的研制，对提高效率，降低成本，保护环境，又好又快地发展经济具有深远意义。
长期以来，我国在散装物料水上运输领域的开发研究相对落后。
现阶段在长江流域（多集中在江、浙、沪等省市）营运的散装水泥船，大多为罐式船。
因受自重、容积、安全系数和造价等因素的限制，吨位都在400吨以内。
显然，此类散装运输船无法达到长距离连续输送和方便装卸的要求。
一些实力雄厚的企业和重点工程，只得靠从国外采购散装水泥运输船来达此目的，由于所进口的船舶价格昂贵，限制了散装物料水力运输的发展。
中国政府为从环境保护和节省资源目的出发，二十多年来一直致力于推广散装水泥，把散装水泥的水上运输设备作为重点推广，并给予政策扶持。
历届国务院总理都对散装水泥推广工作明确强调。
随着科学发展观的确立，以实施节能、环保达到可持续、又好又快地发展经济正逐步变成共识和行动推动社会进步。
湖南大学利用自身的学科技术优势，把肩负的责任变为理论和实际行动，多年来潜心研究气力输送技术和散装水泥水上运输设备，已成功地研究出了第一代和第二代散装物料运输船。
经过几年来的实践运营，达到了很好的效果。
在总结成果的基础上，结合广泛的调研，形成了第三代散装物料运输船的新思路。
模拟实验证明，性能可靠，符合我国国情，如能开发推广，必将有力推动散装水泥的发展，促进水上散装物料运输设备的进步，提高生产率，降低生产成本，减少环境污染，促进水运事业发展，有力推动社会进步！1.2、主要技术依托单位基本情况长沙湖大石水技贸有限公司是依托千年学府——湖南大学的人才及技术优势组建的高新技术企业，是岳麓山大学科技园示范企业。
高性能船水动力原理与设计思考题答案
⾼性能船⽔动⼒原理与设计思考题答案“ ⾼性能船⽔动⼒原理与设计”思考题2011年度1. 何谓⾼性能船，其特点是什么？具有⾼⽔平的综合航海性能，以及具有完善的满⾜其使⽤要求的船舶功能，这样的船统称为⾼性能船舶。
特点：航速⾼；优良的耐波性能；载运能⼒较⼤；经济性好；优美的造型和舒适的舱室空间环境。
2. ⾼性能船的种类有哪些，其中哪些是排⽔型船？哪些是⽔动⼒⽀撑？哪些是空⽓动⼒⽀撑？⼩⽔线⾯双体船；滑⾏船；⽔翼艇；⽓垫船；地效翼船。
排⽔型：⼩⽔线⾯双体船；穿浪双体船。
⽔动⼒⽀持：⽔翼艇。
空⽓动⼒⽀持：⽓垫船；地效翼船。
3. 船型和兴波阻⼒的关系？排⽔式船舶为了减⼩船体在⽔⾯处产⽣的兴波，从⽽减⼩兴波阻⼒，在船型可以将靠近⽔⾯处船体之排⽔容积向⽔深⽅向处移动，这样使设计⽔线⾯变⼩，即形成所谓的⼩⽔线⾯船型。
对于⾼速排⽔型船舶的过度航态来说，由于船体兴波阻⼒较强，主要考虑与兴波阻⼒相关的⼏个船型参数，分别是：船舶的棱形系数，p m C A L ?=，修长系数1/3L ψ=?,宽度吃⽔⽐/B T ，长宽⽐/L B .4. 线性兴波阻⼒理论在船型设计中的作⽤？线性兴波阻⼒理论在⾼速单体船和⾼速多体船的兴波阻⼒预报计算，研究船型和兴波阻⼒的关系，以及船型优化和线型⾃动⽣成⽅⾯有重要应⽤。
5. 船型的概念，船型包含那些内容？这⾥分为常规船型与⾮常规船型概念。
常规船型概念指的是船体的尺度与线型特征概念；⽽在⾮常规⾼性能船船型外观设计概念中还包括以下四类：（1）、双体与多体船型设计概念，（2）、半潜⽔体船型设计概念，（3）、动⼒增升船型设计概念，（4）复合船型设计概念。
6. 随体积傅⽒数变化，船舶的航态如何变化，如何划分三种典型航态？随体积傅⽒数变化，可分为三种航态，即：（1）Fr ▽<1.0,排⽔航⾏状态，此时航速较低，流体动升⼒所占⽐重还较⼩，船体基本由静浮⼒⽀持。
该范围内船舶阻⼒等性能与航态关系不⼤；其次，从书中图1-1可以看出，该阶段⾸尾都有微⼩的下沉。
绿色船舶的摩擦学研究现状与进展_严新平
DOI:10.16078/j.tribology.2012.04.016第32卷第4期摩擦学学报Vol32No4 2012年7月Tribology July，2012绿色船舶的摩擦学研究现状与进展严新平1，2*，袁成清1，2，白秀琴1，2，徐立1，2，孙玉伟1，2，孙星1，2（1．武汉理工大学能源与动力工程学院可靠性工程研究所，湖北武汉430063；2．船舶动力工程技术交通行业重点实验室，湖北武汉430063）摘要：绿色船舶是船舶领域1个重要的发展方向，摩擦学理论及其技术在以新能源应用为特征的绿色船舶发展过程中将起到重要作用。
导致绿色船舶在运行过程中功率损失和能耗增加的原因主要涉及到内摩擦和外摩擦两方面的问题，前者主要包括船舶主机、辅机与轴系等机械装置内各摩擦副之间产生的摩擦，而后者主要存在于与空气和水接触部分，包括甲板上层建筑、船体壳板、螺旋桨、舵与艉轴外支架等。
本文在解析绿色船舶与摩擦学之间关联的基础上，以系统的观点从三方面就相关摩擦学问题进行了详细论述，重点论述了风能和太阳能在船舶上应用的摩擦学问题、船舶减阻的摩擦学研究以及船舶能效提升涉及的摩擦学问题。
最后，结合绿色船舶摩擦学的现有研究进展及发展趋势，对摩擦学相关研究工作在船舶行业的应用前景进行了展望．关键词：绿色船舶；摩擦学；清洁能源；船舶减阻；能效提升中图分类号：U662文献标志码：A文章编号：1004－0595（2012）04－0410－11 Research Status and Advances of Tribology of Green ShipYAN Xin－ping1，2*，YUAN Cheng－qing1，2，BAI Xiu－qin1，2，XU Li1，2，SUN Yu－wei1，2，SUN Xing1，2（1．Reliability Engineering Institute，School of Energy and Power Engineering，Wuhan University of Technology，Wuhan，430063，China2．Key Laboratory of Marine Power Engineering＆Technology（Ministry of Communications），Wuhan University of Technology，Wuhan430063，China）Abstract：Utilizing the new energy technology and seeking for high energy efficiency，green ship is a significant developmentfor the shipping industry in the future，and the tribology will play an important role during this developing process．It is theproblems of internal friction and external friction that actually lead to the ship's power loss and energy consumption increase，the former includes the friction problems existing in the rubbing pairs of main engine，auxiliary engine and shafting system，while the latter aims at the friction in the interface between hull and water，as well as that of hull and atmosphere．Analyzingthe relationship between green ship and tribology，this paper discusses these two fields from three specific domains in the viewof systematical standpoint，which are tribology problems of new energy ship，tribological research for hull resistance reducingand energy efficiency improving，and finally，the blueprint and entry points for relative study on tribology that takes theshipping industry as its application field are prospected by reviewing and dissecting the research progress and developmenttrend．Key words：green ship，tribology，clean energy，ship drag reduction，energy efficiency improvementReceived9March2012，revised19May2012，accepted2June2012，available online28July2012．*Corresponding author．E－mail：xpyan@whut．edu．cn cn，Tel：+86－27－86549879．The project was supported by the State Key Program of National Natural Science of China（863）（2012AA112701）．国家高技术研究发展计划项目（863）（2012AA112701）资助．航运业是综合交通运输体系的重要一环，根据联合国贸易和发展会议发表的《2010海上运输回顾》报告显示，2009年全球海上贸易总量约为78．4亿吨，全球货物流动80%的市场份额是通过海上运输进行的［1］．就我国而言，根据交通运输部《2010中国航运发展报告》，我国水路货运量、货物周转量在综合运输体系中所占比重分别为11．7%和48．2%．与陆运和航空运输相比，船舶运输在经济性、安全性和环保性方面拥有巨大的优势．运输同样的货物，卡车的能源消耗为内河船舶的10倍，火车的能源消耗为内河船舶的2倍．然而气候变化、全球变暖给全球带来了日益严峻的环境压力，将船舶及航运业对环境的污染问题推到了“聚光灯”下，船舶减排面临前所未有的挑战，统计数据显示船舶所排放的CO2、SO x、NO x和PM（固体颗粒）等污染气体总量在不断增大．另一方面，高涨的燃油成本、持续增长的燃油需求以及石化能源的可采资源量的问题，使得船舶界和航运业迫切希望寻找新的船舶营运型式．在这种背景之下，航运带来的环境保护及社会责任问题越来越引起行业的重视，“绿色船舶”的概念随之产生，以采用新技术、新能源、新材料和新工艺为基础的绿色船舶正在积极地发展．在全球节能减排呼声日益高涨的境况下，针对绿色船舶的典型特点，如综合能源利用技术、低碳润滑技术、减摩耐磨涂层和摩擦学仿生材料等，如何利用摩擦学技术理论，进一步提高其节能效率并减少污染气体的排放，对多学科交叉的摩擦学提出了新的挑战．1绿色船舶与摩擦学“绿色船舶”的概念最早出现于20世纪90年代中期，系采用相对先进技术（绿色技术）在其生命周期内能经济地满足其预定功能和性能，同时实现提高能源使用效率、减少或消除环境污染，并对操作和使用人员具有良好保护的船舶．为了更快地推进绿色船舶发展进程，IMO（国际海事组织）、欧盟以及各国船级社纷纷出台各种规范、标准，从制度上确保全球海洋环境或区域海洋环境尽可能地免受污染．2011年7月15日，在伦敦闭幕的国际海事组织海洋环境保护委员会第62次会议，通过了“新船设计能效指数”和“船舶能效管理计划”两项标准，强制实施温室气体减排．各国陆续推出应对方案：DNV（挪威船级社）推出环境和能源效率等级方案；LR（英国劳氏船级社）颁发独立审核的绿色护照，负责新造船和营运船绿色护照的审核和认证工作；GL（德国船级社）推出环境服务体系，旨在满足客户对于相关环境需求的特别服务，“环境护照”是该服务的具体体现［2－3］．中国船级社为促进节能减排技术应用，倡导绿色造船和绿色航运，推出了Green Ship（绿色船舶）附加标志作为对绿色船舶的特别标识．根据船舶各个绿色要素达到的水平，授予的绿色船舶附加标志分为3个级别．适用于所有申请绿色附加标志的船舶，贯穿于新船的设计与制造、营运和拆解的全过程．目前，绿色船舶的涉及面从基本的高效节能船型到低排放高效动力推进装置，到环保无污染涂料以及轻质材料，谓之面面俱到．人们正在通过利用世界最前沿、最先进的科学技术，从各个方面打造新型绿色船舶．可以断定，未来绿色船舶的发展方向将是综合了所有绿色因素的新概念船舶［3］．摩擦学是研究物体相互运动表面之间的相互作用，以及相关问题与实践的科学与技术，包括润滑、摩擦、磨损等，摩擦学普遍存在于生活生产实践当中，涉及范围广泛．随着资源、能源和环境状况的进一步恶化，摩擦学的作用更加突显出来，其研究目标也相应地发生了变化，即从传统的控制摩擦，减小磨损，改善润滑发展到节能、节材、减排、减振、降噪和发展生物生态润滑以及改善生命质量［4－5］．绿色船舶涉及到的摩擦可以分为外摩擦和内摩擦两部分，外摩擦主要是指与空气和水接触部分．其中，与空气的摩擦，包括船舶甲板上层设备；与水的摩擦，包括船体壳板、螺旋桨、舵与艉轴外支架．内摩擦主要指船舶主机、船舶辅机与船舶轴系等产生的摩擦．就绿色船舶而言，这两部分涉及到的重点问题及深入研究的方向，可以从三个方面展开，即清洁能源船舶的摩擦学研究、船舶减阻的摩擦学研究以及船舶能效提升的摩擦学研究．2清洁能源船舶的摩擦学研究清洁能源的是指对能源清洁、高效、系统化应用的技术体系，就目前的技术发展态势而言，以风能、太阳能、核能、燃料电池、潮汐能、氢能和生物质能为代表的清洁能源技术已在各型船舶上得以试验应用［6］．值得注意的是，由于能源形式和利用方式的不同，在实际研发建造清洁能源船舶的过程中更需综合考虑船型、船舶结构、动力系统、电气系统、船员配置、航行区域和港口物流等各个要素，所以当前清114第4期严新平，等：绿色船舶的摩擦学研究现状与进展洁能源船舶的工程化情况并不具有通用性．清洁能源作为一次能源，并不能被船舶上电气设备或动力设备直接应用，需经能量转换装置成为电能或其他二次能源．以利用海洋波浪能为例，其能量转换装置中包括铰接、轴承和缸套活塞等摩擦组件以便将不规则波浪能转换为线性往复运动－回转运动带动发电机运转的机械能．上述摩擦组件的工作过程与陆上设备工作环境相比，在具有湿度高、温变快和腐蚀性等特点的海洋环境中，摩擦磨损的边界条件更为复杂，多因素综合作用的效应更难以处理．南安普敦大学Robert J K Wood 等［7－8］从海洋可再生能源发电系统摩擦学设计约束条件这一点入手，以海上风机、潮汐和波浪发电装置等为研究对象，研究并分析众多相关因素，包含润滑、污染、轴承和齿轮箱故障、生物粘附、气蚀、磨蚀、状态监测、设计趋势和摩擦部件负荷状态等．Harish Hirani 等［9］对采用新型橡胶轴承的船用推进系统轴系中的水润滑（海水－淡水）径向轴承进行了混合润滑实船案例分析，其采用数值计算的方式估算了针对不同负载和转速情况下的润滑水膜厚度，同时根据特定表面粗糙度参数对具体润滑模式进行了预测．此外，针对提高运输工具燃油经济性和可靠性的超硬低摩擦（摩擦系数小于0．05）纳米复合材料涂层和超低摩擦涂层技术也已见诸报道．对于风能、太阳能等其他清洁能源技术而言，能量转换系统的机械机构所含摩擦副及其摩擦学特性迥异，需要进行深入研究、分析和归类，才能在解释其机理的基础上更进一步提升整个能源转换系统的工作效率和可靠性．实际上，通过对国内外学术领域近年来在清洁能源技术、绿色船舶和摩擦学（绿色摩擦学）等多个方向所发表文献进行的跟踪和分析，发现以解决绿色船舶摩擦学问题为出发点的研究极为有限．文献大都集中于解决某些系统的摩擦副的摩擦学问题，而对海洋环境因素和绿色船舶载体这两个典型特征未予考虑．本文所列述的部分研究成果仅对其中某些问题有所提及，在理论体系上并不完善．限于篇幅，本文以风帆助航船舶和太阳能船舶为典型进行论述．2．1风帆助航技术的摩擦学问题目前，世界上共有十余种不同形式和结构的船用风帆．尽管各型风帆结构存在较大的差异性，但是在基本原理上彼此之间却有着紧密的联系［6］，如图1所示为各型风帆助航船实景图或设计图．按照工作原Fig．1The various types of sail －assistant ships图1各型风帆助航船214摩擦学学报第32卷理，风帆可分为：第一，翼型原理采用翼型原理或与翼型原理相仿的风帆称为帆翼，又称作翼型帆或者翼帆，主要有矩形帆翼、三角帆翼（简称三角帆）、Walker型风帆、Skysail（天帆）；第二，利用马格努斯效应产生推进力的风帆，主要为转筒帆（又称转柱帆）；第三，将机翼原理与马格努斯效应两者结合而产生的帆型，如转子－帆翼组合体；第四，采用控制边界层分离原理的抽气式涡轮帆等．2．1．1定航速模式航行下柴油机低负荷运行的摩擦学问题从运营安全和港口物流角度出发，一般要求船舶采用定航速航行模式．当风速和风向条件达到可利用需求时，就需要降低主机输出功率并使其维持在低负荷状态下工作．船用大型低速柴油机较长时间低负荷运行时，其燃烧效率降低、积炭明显增加，进而导致缸体内表面发生变化，使得活塞运动润滑不良、阻力增大，甚至划伤气缸壁，严重时还会导致爆缸．因此，重点研究柴油机低负荷运行时各运动部件摩擦副表面的摩擦学特性，有助于提高整机工作效能，进而保证长期运转过程中的可靠性和经济性．2．1．2风载荷及风振作用于风翼机构的摩擦学问题第一，风帆船在航行的过程中，恶劣的海上环境会加剧风帆与骨架之间的接触摩擦，最终可能导致传动失效，因而在帆架结构的材料选择上提出了新的要求．选择经济可靠的抗腐蚀材料，或在钢结构材料表面覆盖耐磨材料以增加其使用寿命，进而提高整个帆面的使用寿命．第二，在不同类型折叠帆的钢架结构中，如图2和图3所示，帆面横向肋骨中的铰链机构会因在风载荷作用下进行收帆、张帆以及帆向角调整操作而发生摩擦磨损，而海上复杂气象环境的影响更将恶化摩擦副之间的摩擦特性，对帆的使用寿命产生负面影响．因此，需要研究并采用合理的润滑模式以降低其摩擦系数，保证正常工作．（a）Furlingcondition（b）Stretch conditionFig．2Foldable rigid sails图2折叠式硬帆Fig．3Foldable lifting sails图3折叠式升降帆第三，海洋环境中极具不确定性的风载荷会通过帆面受力而直接作用于风翼桅杆上，使安装于其中的机械传动机构在交变载荷的冲击作用下发生振动冲击或微动磨损，最终可能导致零件的疲劳破坏，如传动系统中轴承的疲劳失效、齿轮齿面间磨损和胶合等现象．特别是具有腐蚀性的海洋环境，传动轴承将同时承受盐雾腐蚀等众多因素的综合作用．如选用滑动轴承，需着重研究包含腐蚀磨损、微动磨损、振动冲击和疲劳磨损等多种机理的摩擦学问题．2．2太阳能光伏技术的摩擦学问题太阳能光伏技术是基于半导体材料在光照射下产生空穴－电子对的原理将太阳辐射能转换为电能进行利用．对于陆上系统而言，为实时获得最大太阳辐射能，会采用机械驱动机构进行单轴或双轴太阳角度跟踪．对于太阳能船舶而言，由于需要考虑在船舶甲板区域内最大限度地获取太阳辐射能的同时，314第4期严新平，等：绿色船舶的摩擦学研究现状与进展还需考虑到可调电池阵列在风载荷下对船舶稳性的影响问题，故在采用“太阳帆”的双体船上应用较多，而在小型船或大规模采用光伏系统的远洋船上主要采取直接平面铺装太阳能电池板的方式［10］，如图4所示．2．2．1光伏逆变器工作过程中存在的微动磨损与腐蚀磨损耦合作用问题作为将太阳能电池板所输出直流电转换为交流电的电气设备，光伏逆变器在工作过程中将承受由船体内动力设备运转所产生的低频振动影响．此外，由于腐蚀性海洋环境和机舱内高温、高油气环境因素的综合作用，逆变器内部电子元器件和开关器件的工作特性将受到何种影响，目前尚未有相关方面的研究．另外，从船舶入级规范的角度考虑，任何用于船舶上的设备均需符合相应标准要求，突显了针对大容量船载光伏逆变器在复杂环境中工作特性研Fig．4Various types of solar ships 图4各型太阳能船究的必要性．2．2．2海水蒸发后形成盐颗粒对太阳能电池表面玻璃的摩擦问题船用太阳能电池板所处的海洋环境极为苛刻，含有大量的盐份、水气及海风中夹杂的酸碱性物质，虽然大多数太阳能电池板玻璃盖片耐环境性能（光学性能、化学稳定性、冷热稳定性）较好，但长期处于温差大、盐分大、湿度高的环境中极易发生污染、着色、腐蚀和磨损等系列问题，使得光伏电池对太阳光的利用率下降，进而导致整个系统转换效率下降［11－14］．图5所示为在实验室环境模拟海洋环境的不同浓度盐水浸没试验中的玻璃表面形貌．在试验过程中，随着水份的不断蒸发，在玻璃表面会不断的析出盐粒，导致玻璃表面出现大量的盐斑，从而使得通过玻璃的太阳光透过率降低、反射率增高，也就影响了玻璃盖片的光谱透过率［15］．另外，苛刻的海洋环境更会严重影响到船用太阳能电池板的可靠性，在水浸、盐蚀、振动等因素的作用下，会出现太阳能电池板的密封开裂，内部出现裂纹等诸多情况，影响到太阳能电池板的可靠性．3船舶减阻中的摩擦学研究流体中运动物体受到的基本阻力由摩擦阻力、黏压阻力和兴波阻力组成．长期以来，人们一直在寻找减少流体阻力的有效方法，其中研究较为深入的方法有以下几种［16－17］：414摩擦学学报第32卷Fig．5Salt －water experiments of battery glass covers under the simulated marine environment图5模拟海洋环境条件下的电池玻璃盖片盐水试验第一，探索物体的流线型，包括由于形体改变对保持层流边界层的影响．希望通过型线的选择，能“自动”保持边界层层流流态，如果做不到这一点，则通过吸气、增压或其他方法“强制”保持，关于这种方法，在各种行业的应用已很普遍．第二，随着流体力学和高分子化学研究的进一步发展，众多学者提出使用高分子稀溶液以实现黏性减阻，即将高分子稀溶液注入物体壁面附近（注入到流核区无效）形成类似于鱼鳞表面的黏性液体．就内流而言，最高时可使阻力系数减少40% 50%．在相关领域的具体应用也部分证实了其有效性，但这种减阻的方法在某些领域应用时有一定的局限性，有的情况甚至是不可能的．例如，针对船舶采用黏性减阻的方式就直接面临两个方面的问题：一则，向水中加高分子稀溶液与STCW78/95公约中针对防止船舶造成海洋污染的相关条款相悖离；二则，成本不可控．第三，根据仿生学的启示，人们发现弹性材料护面可实现黏性减阻．实验表明：游泳运动员游泳时穿紧身的弹性尼龙衣，比不穿游泳衣时所受的阻力要小［17］．减阻的主要原因是此弹性边界为柔顺边界，最理想的情况下，边界的波动能自动与附面层的波动合拍，即所谓的“同步波动”．在这种情况下，流动阻力大大降低，可实现最大程度的减阻．当然，同步程度的不同，传递的能量在边界区域直接散失的能量也有所差别．通过选择合适的船型参数，利用球鼻首等造成有利的波系干扰，以及采用压浪条（板）、船艉附体等技术措施，均能改善艉部流场，可有效减少常规单体舰船的兴波阻力；采用双体船、水翼艇、潜水船、小水线面船等特殊船型，可以更有效地降低兴波阻力；鲨鱼是海洋中游得最快的动物之一．其皮肤布满微小的肋条状鳞片结构，这种带肋条的表面能有效地降低鲨鱼肌体在水流冲击中的振动，从而大幅降低游动阻力．人们已经通过对鲨鱼微鳞片进行抽象、放大和简化仿形加工出了仿生鲨鱼皮［18］，实现了7%左右的减阻率．尺度与形状是决定低阻动物表皮发挥减阻机能的关键因素［19］，制造出与生物原型表皮形貌相逼近的仿生减阻表面、实现减阻率7%的突破仍是尚待解决的难题［20］．生物加工技术可以直接将复杂生物形体引入功能形体制造，能够突破现有加工手段在工艺和效能上的瓶颈，北京航空航天大学张德远等［21］借助生物复制成形工艺对鲨鱼皮外端形貌进行大面积微复制，并进行减阻试验，结果表明：在测试范围内，减阻率高达24．6%．针对船舶而言，在摩擦阻力、黏压阻力和兴波阻力3种成份中，通常摩擦阻力是主要的．从航运企业的角度，降低船舶摩擦阻力对节约燃料、提高船舶营运利润的价值是十分显著的．船舶在真实流体中运动过程中，由于流体的黏性，在船体湿表面周围形成厚度随着船长而增长的边界层．边界层中的能量由船舶供给，由此对船舶产生了摩擦阻力，其大小与船体湿面积的大小、船体表面粗糙度、船壳涂料、污底、船壳表面流体速度以及流体密度等因素均有密切关系．一般低、中速船舶的摩擦阻力占总阻力的70 80%［22］．现有降低船舶摩擦阻力的技术，主要包括：船舶主要尺度和线型优化（在设计船体时尽可能考虑减小其湿表面积），气膜减阻和仿生船体表面减阻．其中，在仿生减阻领域的研究值得高度关注．在降低船舶兴波阻力方面，目514第4期严新平，等：绿色船舶的摩擦学研究现状与进展前有2个主要解决途径：一则，采用双体船、水翼艇、潜水船、小水线面船等特殊船型；二则，基于对流体动力学和船体摩擦阻力的认识，通过选择合适的船型参数，利用球鼻首等造成有利的波系干扰，以及采用压浪条（板）、船艉附体等技术措施，通过改善艉部流场以有效减少常规单体舰船的兴波阻力．3．1优化船舶的主要尺度和线型有统计资料表明，对中低速船舶，特别是肥大型的中低速船舶，形状阻力约占总阻力的10% 30%．随着国际远洋运输的主力船型（油船、散货船、集装箱船）向着大型化、快速化、专业化的方向发展，对此类船型的形状阻力进行减阻研究将具有实际的工程意义．首先，应用CFD优化船体线型，尽量推迟层流转变和湍流分离．因为边界层内流动若能持续维持层流状态，可使其表面摩擦阻力比处于湍流状态下要小1个量级．实际上，控制其完全处于层流状态是不可能的，延缓湍流分离过程作为折中手段也可在一定程度上实现减阻目的．其二，球鼻艏技术．球鼻艏结构外形复杂，但是其对船体减阻节能特性和声纳导流罩水声性能却具有显著且复杂的影响．国内外已有不同型号的大型驱逐舰采用了作为声纳导流罩的球鼻艏，但是基于其特殊技术要求，这类球鼻艏并不具有减阻节能功能．已有数据显示，应用该型球鼻艏可能导致使船体阻力增加约3%，故通常仅称之为声纳首［23－24］．在高速水面舰船加装新型减阻节能球鼻艏，则是近年来国内外前沿研究课题．这类球鼻艏具有近水面、大前伸的外形特征，称之为减阻节能球鼻艏．据初步分析，采用减阻节能球鼻艏有望取得优良的减阻节能效果（节能15%以上），因此具有重要的应用前景．其三，前缘引流减阻技术，源于流体力学研究中的钝体绕流技术，国内外对这一领域的研究主要集中在对流体中的柱体开孔和钝体分离流控制等方面．其中，对圆柱体绕流的研究为其技术应用的典型代表．圆柱绕流源于边界层在柱体去流段发生分离而产生的漩涡，由此形成的柱体前后压力差是柱体阻力的主要原因．在研究中通过采取在柱体前后开缝、开孔引流等措施改变表面边界层分布，推迟边界层的分离，从而改善柱体周围流场分布，实现减阻目的．国内外众多试验研究均验证了钝体前缘开孔引流对其周围流场特别是尾部流场具有明显改善作用，减阻效果亦很可观．3．2气膜减阻气膜减阻技术的原理是利用水与空气的密度、黏度的差别，在船底通入空气，形成1层薄的气液两相混合流，通过混合流密度、黏度以及流动模式的改变，减少船体的摩擦阻力．大量试验表明：在适当喷气流量和水流速度下，平板及回转体的表面摩擦阻力可减少50% 80%［25］．19世纪末，W Froude首先提出在船舶与水之间注入空气层来减小船体表面摩擦阻力的设想并进行了一些试验尝试．但限于当时的理论研究水平滞后且试验条件和设备不足，试验结果并不理想，未能取得成功．但这却为后来者的减阻研究提供了1种全新的思路，推动了这一减阻研究技术的快速发展．目前微气泡减阻已经成为船舶减阻研究领域最热门的方向之一，各国政府都投入巨大的人力、物力、财力以求在微气泡减阻领域取得突破．1984年，美国学者Madavan等［26］在试验水池中对回转体的微气泡减阻进行了研究，验证了前苏联Migirenk等的研究结论，其试验研究中得到摩擦阻力可减少50% 80%的结论．试验结果表明：相同速度下，喷气量越大，摩擦阻力减小越多，达到一定临界值后，继续增大喷气量，摩擦阻力变化不大；而相同喷气量下，航速越高，减阻效果越差；同时，喷气口上游区域受气泡影响很小，对混合介质的速度分布基本无影响．国内学者对微气泡减阻的研究起步较晚，始于20世纪80年代，但研究进展很快，已经取得了一定的成果．海军工程大学董文才等对平板和滑行艇进行了微气泡减阻的试验研究［27］，主要探讨了来流速度、喷气量、喷气方式、喷缝尺寸等因素对减阻效果的影响，得到了许多具有参考价值的数据结论．气膜减阻技术耗能较少且能够有效大幅减阻，研究发展该项技术具有显著的经济及军事优势，因而被普遍认为是船舶减阻领域最具前景的研究方向．目前，微气泡减阻作为该领域最热门的方向之一，已受到国内外船舶工程、水动力学等学科领域专家学者的高度重视．3．3仿生船体表面减阻船舶使用一段时间后，船壳由于被腐蚀等，其粗糙度就会增加．同时，海生物对船壳的污底与附着也日益严重．一般污底可影响1 1．5节航速，严重污底会降低航速2节以上．国内外有关新型防污涂料的文献专利报道非常可观，涉及到无锡自抛光、可控溶解型、生物防污、化614摩擦学学报第32卷。
航行横向补给舰船运动对高架索张力影响
航行横向补给舰船运动对高架索张力影响随着人类文明的发展，随之而来的是对资源的日益需求。
而海洋作为世界上最大的储备，尤其是海洋深处所蕴藏的丰富资源，成为了人们关注的焦点。
海上运输成为了世界贸易的重要形式之一。
在这个过程中，航行横向补给舰船则扮演着极为重要的角色。
而航行横向补给舰船在行驶过程中，高架索的张力则会对其运动造成一定的影响。
首先，需要了解航行横向补给舰船的基本结构。
航行横向补给舰船分为两部分，分别为补给舰和待补给舰。
它们之间通过斜索和高架索相连接。
而高架索则是维持两舰间距稳定的重要因素，保证船与船之间的水平距离保持一定的稳定性。
所以，在船舶的设计和施工过程中，需要对高架索的张力进行精确的计算和控制。
这不仅涉及到船舶的运动稳定性，还关系到船舶的安全和生命财产的保障。
航行横向补给舰船航行时，高架索的张力受到多种因素的影响。
其中包括船速、风速、波高、海况等等。
船速是航行横向补给舰船在海上行驶的速度，船速越快，高架索所受到的力就越大，张力也会加大；风速会产生风力矩，增大高架索的振动，从而对张力产生影响；波高和海况对船体的冲击力也会对高架索的张力产生影响。
从而影响船舶的水平稳定性，影响船舶的安全。
所以，船舶在行驶时需要根据实际情况调整控制高架索的张力，从而保证船舶的稳定和安全。
除了以上因素之外，船舶在距离其他船舶非常近的情况下，实际上高架索的张力仍然是一个重要的因素。
在交通繁忙的海域中，如果船舶的高架索张力不够，那么就可能发生船舶相撞的情况，造成严重后果。
所以，在海上交通运输中，要比平时更加重视高架索的张力，从而保证船舶的安全稳定。
总之，航行横向补给舰船船舶的安全，需要精确控制高架索的张力。
高架索的张力受到多种因素的影响，比如船速、风速、波高、海况等等。
在实际船舶运输中，需要时刻关注和控制这些因素，从而保证船舶的水平稳定性和安全。
航行横向补给舰船的高架索张力是一个复杂的问题，涉及到多种因素的影响。
以下列出一些相关数据，并进行分析。
浅述转筒风帆的工作原理及实践应用
1 引言
21 世纪以来，随着全球经济快速增长，全球贸 易也在不断提速。在国际贸易中，约 90%的货物是 通过海上运输实现，因海上运输具有成本低、运量 大等显著优势。但不容忽视的是，海上运输所带来
关 于 大 型 船 舶 寻 求 节 能 减 排 的 途 径 ，一 方 面 是对船型、发动机性能的优化和提升等，另一方面 是 加 强 对 太 阳 能 、风 能 等 各 种 清 洁 能 源 的 混 合 利 用 。 太 阳 能 的 转 化 率 低 ，受 光 照 强 度 影 响 大 且 需 大面积铺装，从海上特点及船舶的结构，不适宜在 船 舶 行 业 推 广 。 而 风 能 具 有 分 布 广 泛 ，资 源 充 足 等 特 点 ，更 加 适 宜 船 舶 使 用 。 因 此 目 前 在 船 舶 行 业 中 ，对 风 能 的 研 究 利 用 最 为 丰 富 。 风 能 装 置 主 要可分为传统翼型帆、天帆、walker 帆及转筒风帆 等。这几种风帆中，除 Walker 型帆仍在研究阶段 外，其余帆型在实践中均有所应用。日本在 1980 年建造的新爱德丸号船舶使用的是传统翼型帆 （图 1），德国在 2007 年建造的“白鲸天帆”号货轮 使用的是天帆型帆（图 2），德国在 2010 年建造的 “E-Ship 1”使用的是转筒风帆型帆（图 3）。本文 将主要就转筒风帆的原理、结构、发展历程和现阶 段应用做相关阐述。
比如，球体在气流中运动时，如果其旋转方向 与气流方向相同，就会在球体的一侧产生低压，另 一侧产生高压，前进中的球体在以顺时针方向旋转 时，由于其下侧与气流运动方向相对，所以空气流 速相对较慢，从而使得球体下侧受到的压力比上侧 更大，球体在压力的作用下，运动轨迹会向上偏移， 如果足球以逆时针方向旋转，同理可知，其运动轨 迹会向下偏移（图 4）。
马格努斯效应的研究现状
马格努斯效应的研究现状作者：王杰来源：《科技创新与应用》2020年第15期摘; 要：近年来，随着化石燃料的消耗，发展新能源已成为当务之急，马格努斯效应再次成为热门话题。
文章对不同领域的发展现状分别进行了描述，解释了马格努斯效应产生的原因，介绍了各国基于马格努斯效应装置的研究（转筒风帆、转柱舵、减摇装置、风力机和滚筒机翼）以及对于旋转弹体运动轨迹的探索，展望了马格努斯效应的巨大应用前景。
关键词：马格努斯效应;旋转圆柱;转筒风帆;风力机中图分类号：TK89 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2020）15-0012-04Abstract： In recent years， with the consumption of fossil fuels， the development of new energy has become a top priority， and the Magnus Effect has once again become a hot topic. In this paper， the development status in different fields is described respectively， the cause of Magnus Effect is explained， the research of Magnus Effect devices （rotary sail， rotating column rudder，anti-rolling device， wind turbine and drum wing） and the exploration of the motion trajectory of rotating projectile are introduced， and the great application prospect of Magnus Effect is prospected.Keywords： Magnus Effect; rotating cylinder; rotary sail; wind turbine引言在世界各国经济高速发展的今天，能源已成为影响一个国家经济持续发展的关键问题。
浅谈船舶防海生物装置MGPS的原理与选择
浅谈船舶防海生物装置MGPS的原理与选择【摘要】舰船的海水管系和海上平台以及港口的海水系统都会受到海洋附着生物的严重污染。
在海水系统中附着的海洋生物，会严重腐蚀管道，并且由于海生物堵塞海水进入口、管道、滤器、冷却器，会使海水管道的有效直径缩小，影响海水流量和降低热交换率，导致成本加大和能源浪费，并影响有关设备的正常运行。
近年来，船舶的防海生物装置已经在新造船中普遍使用，对船舶防海生物起到了至关重要的作用。
本人在参照学习了诸多论文的基础上，结合自身的体会，谈谈如何管理和是使用，以期对同行有一定的借鉴作用。
【关键词】船舶；防海生物装置；原理；特点船底防腐生物系统通常称为MGPS系统（marine growth preventing system）。
海洋微生物在船舶外壳、海底阀箱、管路系统、热交换器等系统大量附着，会使这些系统的有关设施加速腐蚀，减少寿命，增加了船舶管理的成本。
一、腐蚀的原因海洋生物极易容易附着在海水系统，海生物本身并不直接腐蚀船舶设施，而是间接地造成了腐蚀。
主要因为他的附着，一是通过它的新陈代谢产生了无机酸、有机酸、硫化物以及氢等酸性腐蚀源，二是促进金属的阴极化过程，三是改变了金属周围环境氧浓度、含盐量、酸度，形成了氧浓度差等局部腐蚀电池。
当金属材料浸于海水之中，有一些溶解态的无机物和有机物就被吸附到材料的表面，紧接着来之水体中的浮游细菌开始积聚到了材料表面，并且分泌了大量的胞外分泌物或猫膜。
随着异养细菌的繁殖和进一步分泌胞外薪性物质，材料表面膜厚度不断增加。
数周之后微生物膜变成一个非常复杂的群落，然后逐渐死亡，并裸露出金属基体，开始形成新的微生物膜。
随着材料浸泡的时间的延长，微生物膜的组织和组成都在不断地发生变化。
微生物的吸附生长增加了海水流动的阻力和热传导阻力，并加速对金属材料的腐蚀作用。
在这种自然形成的由不同种类的微生物及其排泄的聚合物组织膜结构并不均匀，局部堆积的排泄物会导致氧浓度差电池的产生，形成富氧区和贫氧区作为阳极被加速腐蚀，造成空蚀和缝隙腐蚀损坏设备。
小攻角下船尾外形对旋转弹丸马格努斯效应影响的数值研究
小攻角下船尾外形对旋转弹丸马格努斯效应影响的数值研究雷娟棉;张嘉炜;谭朝明【摘要】In order to study the influence of boattail on the Magnus effect of spinning projectile at small angles of attack,the configurations with various boattail angles (θt) and lengths (Lt/D) are numerically simulated.The variations of the aerodynamic force and moment with Ma,θt and Lt/D are obtained.According to the aerodynamic characteristics and flow field structure,the effects of boattail on Magnus effect are studied in details,and the mechanism of the Magnus effect for spinning projectile is analyzed.The results show that component of Magnus force along-z direction increases with θt and Lt/D due to the asymmetric distortion of the boundary layer.Meanwhile,the force along z-direction due to the asymmetricc ircumferential shear stress distortion decreases gradually with θt andLt/D,while increasing with Ma.The force along-z direction due to the asymmetric distortion of axial and circumferential pressures increases with θt,Lt/D,and Ma for Ma ≥ 1,while decreasi ng with Ma for Ma ＜ 1.%为了研究小攻角下船尾外形对旋转弹丸马格努斯效应的影响,对不同船尾外形的旋转弹丸进行了数值模拟,得到了气动力及力矩随马赫数Ma、船尾角θt和船尾长度Lt与弹径D的比值Lt/D的变化.根据气动特性及流场结构,分析了船尾及马赫数对旋转弹丸马格努斯效应的影响,并研究了旋转弹丸马格努斯效应的产生机理.结果表明:在船尾段,由边界层位移厚度的非对称畸变所产生的沿z轴负方向的力随θt和Lt/D的增大而逐渐增大;由周向切应力非对称畸变所产生的沿z轴正方向的力沿x轴逐渐增大,随Ma的增大而逐渐增大,随θt和Lt/D的增大而逐渐减小;由沿弹体轴向和周向压力分布的非对称性所产生的沿z轴负方向的力随θt和Lt/D的增大而逐渐增大,并且在超声速时随Ma的增大而逐渐减小,在亚跨声速时随Ma的增大而逐渐增大.【期刊名称】《兵工学报》【年(卷),期】2017(038)009【总页数】11页(P1705-1715)【关键词】兵器科学与技术;马格努斯效应;船尾角;船尾长度【作者】雷娟棉;张嘉炜;谭朝明【作者单位】北京理工大学宇航学院,北京100081;北京理工大学宇航学院,北京100081;中国船舶工业系统工程研究院,北京100036【正文语种】中文【中图分类】TJ011+.2Abstract: In order to study the influence of boattail on the Magnus effect of spinning projectile at small angles of attack, the configurations with various boattail angles (θt) and lengths (Lt/D) are numer ically simulated. The variations of the aerodynamic force and moment with Ma, θt and Lt/D are obtained. According to the aerodynamic characteristics and flow field structure, the effects of boattail on Magnus effect are studied in details，and the mechanism of the Magnus effect for spinning projectile is analyzed. The results show that component of Magnus force along -z direction increases with θt and Lt/D due to the asymmetric distortion of the boundary layer. Meanwhile, the force along z-direction due to theasymmetric circumferential shear stress distortion decreases gradually with θt and Lt/D, while increasing with Ma. The force along -z direction due to the asymmetric distortion of axial and circumferential pressures increases with θt , Lt/D, and Ma for Ma≥1, while decreasing with Ma for Ma<1.Key words: ordnance science and technology；Magnus effect;angle of boattail; length of boattail为保证飞行的稳定性，无升力面子弹和线膛炮弹采用绕弹体纵轴旋转的飞行方式。
麦格努斯效应及其应用
理论的导出
复合流动பைடு நூலகம்复位势为
a2 w( z ) V z V ln z z 2 i
升力的产生的分析
在圆柱的上表面，顺时针的环流和 无环量的绕流方向一致，因而速度加快， 而在下表面则方向相反，因而速度减少。 根据伯努力定理，上表面压力减少，下 表面压力增大，结果就产生了向上的升 力。
问题的提出
(1)先启动电机．使圆柱体转动， 无论转动角速度方向与oy轴相同 或相反，小车都不动。 (2)让圆柱停止转动，而开动风洞， 小车也不动。 (3)同时开动电机和风洞，即既吹 风，圆柱也转动时，小车就走动 了．并且当转动角速度与OZ轴方 向相同时，小车向y负方向走动； 与oz轴方向相反时，小车向y正方 向走动．圆柱转动得越快，风速 越大，则小车运动得也越快．
理论的应用
早在本世纪2O年代，就有人开始考虑将马格 努斯效应应用在船舶上， 但进展不大。7O年 代石油危机以后，人们又重新对其在船舶上 的应用产生兴趣，主要有以下几个方面。
翼型舵
现在各类船舶中应用得 最广泛的舵是翼型舵， 如图所示。当舵叶转过 一舵角时，作用在舵叶 上的总压力除了与舵叶 的剖面形状和舵角大小 有关，还与水流速度的 二次方成正比。
升力
根据伯努力方程
可得到升力
pC
v2
2
Ry V
并揭示了升力和环量之间的一个重要关系，即升力大 小准确的和速度环量成正比，它在绕流问题中具有普 遍意义，即不仅对圆柱是正确的，而且对于有尖后缘 的任意翼型都是正确的。
这样，就回答了开头提出的问 题。旋转圆柱绕流后会产生升力的 这种现象称为麦格努斯（Magnus） 效应。
麦格努斯效应及其应用
04级海洋科学 刘雪源、李竹花 尹姗姗、王冬梅
马格努斯效应的深入研究及在球类运动中的应用
马格努斯效应的深入研究及在球类运动中的应用一、介绍1.1 马格努斯效应的定义马格努斯效应是指当球体在旋转运动时，周围流体（通常是空气）会对其产生一种作用力，使其产生偏转运动的现象。
该效应最早由德国物理学家海因里希·古斯塔夫·马格努斯在1852年首次描述和解释。
1.2 马格努斯效应的原理马格努斯效应的原理主要是由于球体在旋转运动时，周围流体在球体的上下表面产生的压力差异，从而使球体产生一个垂直于运动方向的力。
当球体旋转方向与其运动方向一致时，这个作用力会使球体的运动路径向一侧偏转，反之则向相反方向偏转。
二、马格努斯效应在足球运动中的应用2.1 曼联传奇贝克汉姆的任意球技巧在足球比赛中，球员可以通过施加旋转来利用马格努斯效应，控制球的飞行路径。
其中，曼联传奇大卫·贝克汉姆就以其出色的任意球技巧而闻名，他能够通过精确施加旋转，使足球绕过人墙的障碍并突然改变方向，从而直接射进球门。
2.2 马格努斯效应对足球飞行路径的影响在足球运动中，马格努斯效应能够帮助球员在任意球和射门时，调整球的飞行路径，从而达到更高的射门精准度和进球率。
通过精准地施加旋转，球员可以使足球在空中做出不规则的弧线运动，让守门员更难以判断和接球。
三、马格努斯效应在乒乓球运动中的应用3.1 台球球拍的旋风技术在乒乓球比赛中，运动员经常使用台球球拍的旋风技术，通过施加旋转来改变球的运动路径，以获得更有利的攻击位置或使对手难以接球。
3.2 旋风球对对手的影响在乒乓球比赛中，当运动员使用旋风技术施加旋转后，对方往往会因为难以准确判断球的飞行路径而出现失误。
旋风球的使用不仅可以直接得分，还能够在心理上给对手施加压力，改变比赛局势。
四、马格努斯效应的研究进展4.1 现代科技对马格努斯效应的探索随着科学技术的不断进步，科研人员对马格努斯效应进行了更加深入的研究。
通过计算机模拟、实验观测和数值分析等方法，科学家们对马格努斯效应在不同条件下的表现和影响因素进行了系统研究，为其在工程领域和运动领域的应用提供了更多的理论支持和实际指导。
马格努斯效应的研究现状
马格努斯效应的研究现状马格努斯效应是指在流体中旋转的球体或圆柱体受到的力的现象。
这种力是由于旋转物体在流体中产生的涡流所引起的，这一现象最早由德国科学家海因里希·古斯塔夫·马格努斯在1852年发现并描述。
马格努斯效应对于飞行物体、运动球体和水中运动物体都有重要的影响，因此一直以来都备受科学家们的关注。
在过去的几十年里，科学家们对马格努斯效应进行了大量的研究，从而使我们对这一现象有了更深入的了解。
马格努斯效应的研究主要涉及到流体动力学、固体力学、热力学等多个领域，因此涉及到的研究方法也是多种多样的。
在实验方面，科学家们通常会利用风洞实验、水槽实验等方法来观察马格努斯效应的发生，并通过测量受力大小、方向等参数来验证理论模型。
在理论研究方面，科学家们则会通过数学建模、计算模拟等方法来深入探讨马格努斯效应的机理和特性。
最近几十年来，随着计算机技术、实验设备的不断发展，科学家们对马格努斯效应进行的研究也取得了一系列重要的进展。
近年来，马格努斯效应的研究在多个领域都取得了重要的进展。
在飞行器领域，研究人员通过实验和数值模拟发现，利用马格努斯效应可以提高飞行器的升力和操纵性能，因此可以应用于无人机、飞行器等领域。
在运动球体领域，科学家们通过实验和理论研究发现，马格努斯效应对于足球、网球等运动球体的飞行轨迹、旋转稳定性等有着重要的影响，因此可以应用于提高球类运动员的表现和比赛技术。
在水下运动器材领域，研究人员通过实验和数值模拟发现，马格努斯效应可以降低水下运动器材的阻力，提高其运动性能，因此可以应用于潜水装备、水下航行器等领域。
除了在应用领域取得的进展外，马格努斯效应的研究也在基础科学领域有着重要的意义。
在流体力学领域，研究人员通过实验和数值模拟揭示了马格努斯效应对于流体的运动和流场分布的影响，从而为理解流体力学基本规律提供了新的途径。
在固体力学领域，科学家们通过实验和理论研究深入探讨了马格努斯效应对于固体物体受力、振动特性等的影响，从而为设计和制造更优化的结构材料提供了新的思路。
捕获台风能量
捕获台风能量作者：段景颐来源：《大自然探索》2020年第09期2019年9月，强台风“法茜”登陆日本，让不少日本民众吃够了苦。
“法茜”登陆后大肆破坏地面供电设施，造成日本大范围停电。
由于正值夏季，停电导致冰柜无法工作，某拉面店主不得不将400份餐食倒掉。
台风每年都给人类带来巨大的生命威胁，并造成严重财产损失，但台风中蕴含着巨量能源，人类如果能捕获这些能源，就能弥补很大一部分能源缺口。
台风中的能源没有额外碳排放，而且是可再生资源。
更重要的是，台风的能量被人类捕获得越多，台风对人类带来的灾害程度就越轻。
可以把台风看成是一台巨大的热机，也就是依靠热量驱动引擎做工的设备。
它能把海水吸收自太阳的巨大热量转化成风和海浪的动能、雨水的势能和闪电的电能。
台风的巨大能量主要来自于海水中巨大的潜热——水的高比热容值让大海能储存大量来自太阳辐射的热量。
虽然夏季的热带海域表面波澜不惊，但在强烈日照的作用下，大量海水蒸发并上升到高空。
这个过程不但向大气中补充大量水汽，而且把海水吸收自太阳的巨大热量也一同带到大气中。
汽车引擎连续工作，需要持续吸热和放热。
台风形成的基本过程也是如此：台风下方的热带海洋（平均温度27℃）是台风吸取热量的“热库”;台风最上端的对流层顶（平均温度-72℃）是负责让温暖的水汽冷凝并放出热量的“冷凝器”。
“热库”和“冷凝器”之间的温差越大，台风转化的机械能越多，风速也就越快。
不过，潜热本身并不足以驱动台风运动。
根据伯努利原理，暖湿空气上升过程会形成低压区，这导致附近的高压空气向低压区移动，风就这样形成了。
气象学专家可根据气象云图上的等压线判断风力大小：相邻等压线分布越紧密，风力越大。
等压线反映的其实是大气压梯度。
台风眼附近的气压梯度紧密，因此越接近台风眼风速越快。
风速越快，海洋水汽蒸发速度也越快，这就像用电吹风吹湿头发可加速头发中的水分蒸发。
蒸发量提高导致更多能量通过水汽被带到高空，由此形成一个正反馈循环。
马格努斯效应及其在船舶上的应用
马格努斯效应及其在船舶上的应用随着船舶技术的不断发展，人们对船舶的性能和效率要求也越来越高。
而马格努斯效应作为一种有利于提高船舶性能的技术，在近年来得到了越来越多的关注和研究。
本文将介绍马格努斯效应的基本原理、实验研究以及在船舶上的应用。
一、马格努斯效应的基本原理马格努斯效应是指当一个圆柱体或球体在流体中旋转时，由于旋转体表面的速度不同，形成了两个不同的流场，使得旋转体受到了一个垂直于旋转轴的力，这就是马格努斯力。
马格努斯力的大小和方向与旋转体的旋转速度、流体密度、旋转体表面形状和流体粘性等因素有关。
当旋转体的旋转速度较慢时，马格努斯力较小，但随着旋转速度的增加，马格努斯力逐渐增大，直到达到一个峰值后又逐渐减小。
二、马格努斯效应的实验研究为了验证马格努斯效应的存在和大小，科学家们进行了一系列的实验研究。
其中最有代表性的是德国物理学家马格努斯于1852年进行的实验。
他在实验中通过将一个圆柱体置于水流中并使其旋转，观察到了旋转体受到的侧向力。
此后，许多科学家又进行了类似的实验，证实了马格努斯效应的存在和大小。
另外，一些学者还通过数值模拟和实验验证了马格努斯效应在不同流体中和不同旋转体形状下的变化规律。
三、马格努斯效应在船舶上的应用马格努斯效应作为一种有利于提高船舶性能的技术，已经被广泛应用于船舶设计和制造中。
具体应用包括以下几个方面：1.提高船舶速度：在船舶设计中采用圆柱体或球体的形状，并使其在船体周围旋转，可以利用马格努斯效应产生侧向力，从而提高船舶速度。
这种技术已经被应用于一些高速艇和赛艇上，取得了良好的效果。
2.改善船舶稳定性：利用马格努斯效应产生的侧向力可以改善船舶的横向稳定性，减少船体滚动和摇晃，提高航行安全性。
这种技术已经被应用于一些大型船舶和海洋平台上。
3.减少船舶阻力：在船舶设计中采用球体或圆柱体的形状，并使其在船体周围旋转，可以利用马格努斯效应减少船舶的阻力，提高航行效率。
这种技术已经被应用于一些大型油轮和货船上。
马格努斯效应的研究现状
马格努斯效应的研究现状【摘要】马格努斯效应是指当圆柱体在流体中旋转时，会在两侧产生压力差而使其受到一个垂直于流体速度方向的力。
本文从当前研究方法、实验结果分析、数值模拟研究、基于马格努斯效应的应用和未来研究方向等方面探讨了马格努斯效应的研究现状。
研究表明，马格努斯效应在多领域有广泛应用，如风力发电、海洋工程等。
对马格努斯效应的认识仍存在挑战，需要更多深入研究。
马格努斯效应的潜在应用前景广阔，但还需要进一步探索和完善。
【关键词】马格努斯效应、研究现状、研究方法、实验结果、数值模拟、应用、未来研究方向、新挑战、深入研究、应用前景、马格努斯效应的认识1. 引言1.1 马格努斯效应的研究现状马格努斯效应是指在旋转体周围运动的流体中，由于流体与旋转体相对运动产生的非定常流动现象。
这一效应最早由德国科学家海因里希·马格努斯在19世纪末发现，并被广泛应用于航空、航海、体育等领域。
随着科学技术的不断发展，马格努斯效应的研究也不断深入。
目前，关于马格努斯效应的研究主要集中在以下几个方面：当前研究方法、实验结果分析、数值模拟研究、基于马格努斯效应的应用以及未来研究方向。
通过这些研究，人们对马格努斯效应的机理和影响因素有了更深入的了解，为进一步探索其潜在应用提供了重要参考。
马格努斯效应在航空领域可以用于改善飞机和直升机的飞行性能，同时也可以应用于水上运动器械的设计中。
随着科技的飞速发展，对马格努斯效应的研究也将迎来新的挑战和机遇。
未来的研究方向将更加注重马格努斯效应在不同领域的应用和优化，为其广泛应用提供更多可能性。
2. 正文2.1 当前研究方法当前研究方法主要包括实验研究和数值模拟研究两种方式。
实验研究是通过在实验室或实际环境中对物体运动过程中的马格努斯效应进行观测和测量，以获得相关数据和结果。
研究人员往往利用旋转球体或圆柱体等实验样品，通过控制旋转速度和流体速度等参数来研究马格努斯效应的产生机制和影响因素。
一种基于马格努斯效应的旋筒风帆及艉楼[发明专利]
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(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011000125.6(22)申请日 2020.09.22(71)申请人 青岛科技大学地址 266000 山东省青岛市崂山区松岭路99号(72)发明人 李博洋 郭超 崔莹 杨倩倩 姚文龙 李雅静 (74)专利代理机构 青岛中天汇智知识产权代理有限公司 37241代理人 袁晓玲(51)Int.Cl.B63H 9/02(2006.01)B63B 15/00(2006.01)(54)发明名称一种基于马格努斯效应的旋筒风帆及艉楼(57)摘要本发明提出了一种基于马格努斯效应的旋筒风帆及艉楼，该装置包括：船舶艉楼、圆环架外齿、风筒架、雨刷器、透明风筒、电动机，其中船舶艉楼上设有固定圆盘、左舷观察窗、紧急按钮、环形轨道，本发明针对传统旋筒风帆产生的马格努斯效应力小以及航行船舶艉楼的风阻大等问题，提出一种与船舶艉楼巧妙结合的旋筒风帆，在不影响船舶现有功能的前提下，该旋筒风帆的直径可与船宽相等，所以受风面积大，在船舶航行过程中能够产生较大的马格努斯效应力，为船舶航行提供助推力，此外，该旋筒风帆既减小了船舶航行时艉楼的风阻，又节省了旋筒风帆的安装空间。
所以本发明的安装可以节省船舶燃油消耗，实现船舶节能减排。
权利要求书1页 说明书4页 附图5页CN 112158320 A 2021.01.01C N 112158320A1.一种基于马格努斯效应的旋筒风帆及艉楼，其特征在于：该装置包括船舶艉楼(1)、圆环架外齿(2)、风筒架(3)、雨刷器(4)、透明风筒(5)、电动机(6)，其中风筒架(3)和透明风筒(5)组成旋筒风帆，所述风筒架(3)包括支撑架(301)和圆环架(302)，所述船舶艉楼(1)上设有：固定圆盘(101)、左舷观察窗(102)、紧急按钮(103)、环形轨道(104)。
2.根据权利要求1所述的一种基于马格努斯效应的旋筒风帆及艉楼，其特征在于：所述旋筒风帆罩在船舶艉楼(1)并通过电动机(6)驱动实现绕轴线旋转。
马格努斯效应及其在船舶上的应用
马格努斯效应及其在船舶上的应用
马格努斯效应是指在旋转物体周围的流体中，流体会产生一定的旋转，从而对物体产生一定的力。
这种效应最早是由德国物理学家海因里希·马格努斯在1852年发现的，因此得名为马格努斯效应。
在船舶上，马格努斯效应可以用来增加船舶的稳定性和操纵性。
当船舶在水中行驶时，水流会在船体周围形成涡流，这些涡流会对船体产生一定的阻力和扰动力。
而利用马格努斯效应，可以通过改变船体的形状和旋转速度，来减小这些涡流对船体的影响。
一种常见的应用是在船舶的螺旋桨上。
螺旋桨的旋转会产生涡流，这些涡流会对船体产生扰动力和阻力，从而影响船舶的速度和操纵性。
而通过在螺旋桨上安装一些小的旋转翼，可以利用马格努斯效应来减小涡流的影响，从而提高船舶的效率和稳定性。
马格努斯效应还可以用来控制船舶的姿态。
在船舶行驶过程中，由于风浪等外部因素的影响，船舶的姿态可能会发生变化，从而影响船舶的稳定性和操纵性。
而通过在船舶的侧面安装一些小的旋转翼，可以利用马格努斯效应来产生侧向力，从而控制船舶的姿态，使其保持稳定。
马格努斯效应在船舶上的应用具有广泛的前景和潜力。
通过利用这种效应，可以提高船舶的效率和稳定性，从而为航运业的发展做出
贡献。
当一个旋转物体的旋转角速度矢量与物体飞行速度矢量不重合时[终稿]
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马格努斯效应：当一个旋转物体的旋转角速度矢量与物体飞行速度矢量不重合时，在与旋转角速度矢量和平动速度矢量组成的平面相垂直的方向上将产生一个横向力。
在这个横向力的作用下物体飞行轨迹发生偏转的现象称作马格努斯效应。
旋转物体之所以能在横向产生力的作用，从物理角度分析，是由于物体旋转可以带动周围流体旋转，使得物体一侧的流体速度增加，另一侧流体速度减小。
根据伯努力定理，流体速度增加将导致压强减小，流体速度减小将导致压强增加，这样就导致旋转物体在横向的压力差，并形成横向力。
同时由于横向力与物体运动方向相垂直，因此这个力主要改变飞行速度方向，即形成物体运动中的向心力，因而导致物体飞行方向的改变马格努斯效应可以用来解释乒乓球中的弧线球、足球中的香蕉球等现象。
利用马格努斯效应还设计出了带旋转的飞艇，这种飞艇通过旋转可以增加、调节飞艇的升力，是飞艇设计中一种很有趣的设计方式。
自转角：本体绕通过其质心的旋转轴自西向东旋转的角速度，一般用ω表示偏航角：定义1：船舶纵轴相对预定航向在水平面内的偏转角。
定义2：预定航线和航迹线的夹角。
对于导弹（或飞机）来说，确定导弹（或飞机）在空间中的方向需要三个角度，分别为偏航角、俯仰角和滚转角。
其中偏航角定义为导弹纵轴在水平面上投影与地面坐标系Ax轴（在水平面上，指向目标为正）之间的夹角，由Ax轴逆时针转至导弹导弹纵轴的投影线时，偏航角为正，反之为负（图中的偏航角为正）。
确定导弹（或飞机）在空间中的方向需要用三个角度，分别为偏航角、俯仰角和滚转角，这三个角度通常称为欧拉角，或弹体的姿态角。
这三个角度是地面坐标系与弹体坐标系之间的角度关系，即地面坐标系经过三次旋转即可转到弹体坐标系偏航角与侧滑角容易相互混淆，侧滑角是速度矢量V与导弹纵向对称平面之间的夹角，是速度坐标系与弹体坐标系之间的关系；而偏航角是导弹纵轴在水平面上投影与地面坐标系Ax轴（在水平面上，指向目标为正）之间的夹角，是地面坐标系与弹体坐标系之间的角度关系。