GT Wings公司的AirWing產(chǎn)品利用航空航天工程原理，結(jié)合混合玻璃纖維和碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，通過(guò)緊湊且與甲板兼容的風(fēng)力推進(jìn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了高達(dá)30%的燃油節(jié)省。在Carisbrooke Shipping公司的船只上安裝的20米長(zhǎng)AirWing設(shè)備，在保持與貨物作業(yè)兼容性的同時(shí)，在該船只的英國(guó)-加拿大-英國(guó)航線上實(shí)現(xiàn)了8.3%的燃油節(jié)省。隨著減少溫室氣體排放的監(jiān)管壓力不斷加大，全球海運(yùn)業(yè)正步入一個(gè)變革時(shí)期。目前，海運(yùn)業(yè)的燃料消耗量每年高達(dá)約3億噸，占全球碳排放量的2.5%，航運(yùn)運(yùn)營(yíng)商面臨著嚴(yán)峻的合規(guī)挑戰(zhàn)。國(guó)際海事組織（IMO）已制定了日益嚴(yán)格的船舶能效設(shè)計(jì)指數(shù)（EEDI）和現(xiàn)有船舶能效指數(shù)（EEXI）要求，同時(shí)，歐盟正準(zhǔn)備將航運(yùn)納入其碳排放交易體系（EU ETS），并實(shí)施《歐盟海運(yùn)燃料條例》（FuelEU Maritime regulations）。這些動(dòng)態(tài)發(fā)展迫使船舶運(yùn)營(yíng)商采取脫碳策略，在確保環(huán)境合規(guī)的同時(shí)保持運(yùn)營(yíng)的可行性。風(fēng)力輔助推進(jìn)系統(tǒng)作為一種極具前景的技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，它利用免費(fèi)且無(wú)限的能源來(lái)減少燃料消耗。然而，傳統(tǒng)系統(tǒng)往往存在顯著的操作挑戰(zhàn)，尤其是占用大量甲板空間，干擾貨物作業(yè)，以及推力與尺寸比不足，限制了其節(jié)油潛力。英國(guó)利物浦的GT Wings公司開(kāi)發(fā)了一種新的海運(yùn)風(fēng)力推進(jìn)方法，旨在解決這些局限性。AirWing系統(tǒng)是一種商用翼帆，它借鑒了美洲杯帆船賽和一級(jí)方程式賽車中的空氣動(dòng)力學(xué)原理，并結(jié)合了針對(duì)大規(guī)模制造技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化的特殊復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。這些特點(diǎn)共同作用，使得該系統(tǒng)在緊湊的空間內(nèi)就能產(chǎn)生出色的推力，即使對(duì)于甲板空間有限的船舶而言，也能使風(fēng)力推進(jìn)成為可行的選擇。這是一張AirWing翼帆在展開(kāi)狀態(tài)下的渲染效果圖。GT Wings公司已開(kāi)發(fā)出多種尺寸規(guī)格的翼帆，包括AirWing20、AirWing28和AirWing40，每種規(guī)格都針對(duì)不同尺寸的船舶進(jìn)行了定制。
AirWing單元正在測(cè)試其自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)，以在不同風(fēng)況下實(shí)現(xiàn)最佳性能。當(dāng)風(fēng)速超過(guò)45節(jié)時(shí)，它會(huì)進(jìn)入“安全模式”，以在推力生成變得不切實(shí)際時(shí)最大限度地減少阻力。
海上風(fēng)力推進(jìn)面臨的基本挑戰(zhàn)在于開(kāi)發(fā)一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在緊湊的單元內(nèi)產(chǎn)生顯著推力，同時(shí)保持與船舶運(yùn)營(yíng)的兼容性。最終的設(shè)計(jì)采用了多元素實(shí)心翼結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)空氣動(dòng)力學(xué)表面——主翼面和襟翼——組成，它們協(xié)同工作以產(chǎn)生推進(jìn)力。與軟帆不同，這種剛性垂直翼的功能類似于飛機(jī)機(jī)翼，通過(guò)空氣在其曲面流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的壓力差來(lái)產(chǎn)生升力。主翼面提供了主要的升力表面，而位于后緣的較小襟翼則作為高升力裝置，可調(diào)整以優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)的空氣動(dòng)力學(xué)性能。多元素配置的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)在于，與單元素設(shè)計(jì)相比，它能夠在更高的攻角下保持附著的空氣流動(dòng)。當(dāng)配置得當(dāng)時(shí)，主翼面和襟翼之間的縫隙會(huì)加速?gòu)母邏海ㄓL(fēng)）側(cè)到低壓（背風(fēng)）側(cè)的空氣流動(dòng)，為邊界層注入能量并延遲流動(dòng)分離。這種縫隙效應(yīng)使得翼帆在失速前能夠產(chǎn)生顯著更大的驅(qū)動(dòng)力，這在逆風(fēng)航行或微風(fēng)條件下尤為重要。由于襟翼角度可以獨(dú)立于主翼面進(jìn)行調(diào)整，因此它可以精細(xì)控制整個(gè)系統(tǒng)的彎度和總升力系數(shù)。一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)集成了多個(gè)傳感器和執(zhí)行器，能夠持續(xù)調(diào)整主翼組件的攻角和襟翼元素的相對(duì)位置。該系統(tǒng)能夠自動(dòng)優(yōu)化調(diào)整，以應(yīng)對(duì)不斷變化的風(fēng)況、船速和航向。“我們特別選擇了這種材料，因?yàn)樗軠p少手工勞動(dòng)時(shí)間，同時(shí)提供最佳的表面光潔度，”KS Composites公司的項(xiàng)目經(jīng)理丹·紐漢（Dan Newham）解釋道。“高克重使我們能夠用更少的層數(shù)達(dá)到必要的結(jié)構(gòu)性能，從而提高了制造效率。”“當(dāng)前的混合方法平衡了性能、認(rèn)證要求和項(xiàng)目限制，”哈羅普指出。“隨著技術(shù)的成熟和監(jiān)管熟悉度的提高，我們預(yù)計(jì)將有機(jī)會(huì)實(shí)施更先進(jìn)的復(fù)合材料解決方案。”對(duì)于更廣泛的海運(yùn)行業(yè)而言，AirWing技術(shù)代表了一條切實(shí)可行的減排路徑，可以在不影響運(yùn)營(yíng)的情況下在現(xiàn)有船舶上實(shí)施。全球約有20,000艘船舶適合采用風(fēng)力推進(jìn)，而目前僅有約35處安裝實(shí)例，因此市場(chǎng)潛力巨大。
