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)，通過緊湊且與甲板兼容的風(fēng)力推進(jìn)系統(tǒng)，實現(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AirWing設(shè)備，在保持與貨物作業(yè)兼容性的同時，在該船只的英國-加拿大-英國航線上實現(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，全球海運業(yè)正步入一個變革時期。目前，海運業(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%，航運運營商面臨著嚴(yán)峻的合規(guī)挑戰(zhàn)。國際海事組織（IMO）已制定了日益嚴(yán)格的船舶能效設(shè)計指數(shù)（EEDI）和現(xiàn)有船舶能效指數(shù)（EEXI）要求，同時，歐盟正準(zhǔn)備將航運納入其碳排放交易體系（EU ETS），并實施《歐盟海運燃料條例》（FuelEU Maritime regulations）。這些動態(tài)發(fā)展迫使船舶運營商采取脫碳策略，在確保環(huán)境合規(guī)的同時保持運營的可行性。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)運而生，它利用免費且無限的能源來減少燃料消耗。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。英國利物浦的GT Wings公司開發(fā)了一種新的海運風(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方程式賽車中的空氣動力學(xué)原理，并結(jié)合了針對大規(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翼帆在展開狀態(tài)下的渲染效果圖。GT Wings公司已開發(fā)出多種尺寸規(guī)格的翼帆，包括AirWing20、AirWing28和AirWing40，每種規(guī)格都針對不同尺寸的船舶進(jìn)行了定制。
AirWing單元正在測試其自動調(diào)整系統(tǒng)，以在不同風(fēng)況下實現(xiàn)最佳性能。當(dāng)風(fēng)速超過45節(jié)時，它會進(jìn)入“安全模式”，以在推力生成變得不切實際時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，同時保持與船舶運營的兼容性。最終的設(shè)計采用了多元素實心翼結(jié)構(gòu)，由兩個空氣動力學(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，通過空氣在其曲面流動時產(chǎn)生的壓力差來產(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)化整個系統(tǒng)的空氣動力學(xué)性能。多元素配置的關(guān)鍵優(yōu)勢在于，與單元素設(shè)計相比，它能夠在更高的攻角下保持附著的空氣流動。當(dāng)配置得當(dāng)時，主翼面和襟翼之間的縫隙會加速從高壓（迎風(fēng)）側(cè)到低壓（背風(fēng)）側(cè)的空氣流動，為邊界層注入能量并延遲流動分離。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立于主翼面進(jìn)行調(diào)整，因此它可以精細(xì)控制整個系統(tǒng)的彎度和總升力系數(shù)。一個自動控制系統(tǒng)集成了多個傳感器和執(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位置。該系統(tǒng)能夠自動優(yōu)化調(diào)整，以應(yīng)對不斷變化的風(fēng)況、船速和航向。“我們特別選擇了這種材料，因為它能減少手工勞動時間，同時提供最佳的表面光潔度，”KS Composites公司的項目經(jīng)理丹·紐漢（Dan Newham）解釋道?！案呖酥厥刮覀兡軌蛴酶俚膶訑?shù)達(dá)到必要的結(jié)構(gòu)性能，從而提高了制造效率?！?/span>“當(dāng)前的混合方法平衡了性能、認(rèn)證要求和項目限制，”哈羅普指出?！半S著技術(shù)的成熟和監(jiān)管熟悉度的提高，我們預(yù)計將有機(jī)會實施更先進(jìn)的復(fù)合材料解決方案。”對于更廣泛的海運行業(yè)而言，AirWing技術(shù)代表了一條切實可行的減排路徑，可以在不影響運營的情況下在現(xiàn)有船舶上實施。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處安裝實例，因此市場潛力巨大。
