VTI National Transport Research Database

GEneric Multidiscaplinary optimization for sail INstallation on wInd-assisted ships (GEMINI)

  • Yao, Hua-Dong
  • Chalmers tekniska högskola AB, Universitet eller högskola, 556479-5598
Sponsors, duration, budget: Trafikverket ; 2023-09-01 -- 2026-08-31 Registration number:
  • Trafikverket 2023/32107
Subject(s): Abstract: Sjöfarten står idag för 90% av godstransporterna och genererar betydande utsläpp av växthusgaser. Ett av de effektiva alternativen för att minska utsläppen är att använda vind som assisterad eller huvuddrivkraft. Olika koncept för vingsegel har förespråkats, t.ex. halvmåneformade, tvådelade och tredelade. Stora segel tillverkade av lättviktsmaterial är lätt att utsatta för strukturella fel och aerodynamisk effektivitetsförlust på grund av strukturell deformation och vibrationer orsakade av vind, dvs. fluid-strukturinteraktion (FSI). Dessutom kan layouten för installation av flera segel medföra aerodynamisk interferens mellan seglen, vilket försämrar dragkraftsgenereringen. I det här projektet kommer generiska konfigurationer för dessa koncept att utvecklas, jämföras och optimeras med avseende på aerodynamik och FSI över ett brett spann av vindhastigheter och riktningar, inklusive strömningsstall. Som ett viktigt verktyg för detta ändamål kommer en generisk multidisciplinär designoptimeringsplattform (MDO) att utvecklas för optimering av en installationslayout med ett enda segel eller en installationslayout av flera segel, och denna plattform kan anpassas till olika vingsegelkoncept genom att justera ingångsvariabler. En algoritm för FSI-optimering kommer att föreslås specifikt för att implementera plattformen. De optimerade vingseglen och installationslayouterna kommer att valideras med hjälp av vindtunneltester och en modell av ett långdistansfartyg. En databas med projektdata kommer att skapas och göras tillgänglig för fartygsägare, segeltillverkare och andra slutanvändare. De generiska konfigurationerna och relevanta resultaten förväntas fungera som referenser eller riktlinjer för praktisk produktdesign.Abstract: Shipping today accounts for 90% of freight transport and generates significant greenhouse gas emissions. One of the effective options to reduce the emissions is to use wind as assisted or main propulsion. Diverse wing-sail concepts have been advocated such as crescent-shaped, two-element and three-element. Large sails made of lightweight materials are prone to structural failure and aerodynamic efficiency loss due to structural deformation and vibration caused by wind, i.e., fluid-structure interaction (FSI). Besides, the layout for multi-sail installation can introduce aerodynamic interference between sails, which degrades thrust generation. In this project, generic configurations for these wing sail concepts will be developed, compared, and optimized in terms of aerodynamics and FSI over a broad range of wind speeds and directions including flow stall. As an essential tool for this purpose, a generic multidisciplinary design optimization (MDO) platform will be developed for the optimization of a single sail or an installation layout of multi-sails, and this platform can be adapted to different wing-sail concepts by adjusting input variables. An algorithm for FSI optimization will be proposed specifically to implement the platform. The optimized wing-sails and installation layouts will be validated using wind tunnel tests and a long-range ship model. A database of project data will be established and made available to ship owners, sail manufacturers and other end users. The generic configurations and relevant results are expected to serve as references or guidelines for practical product design.
Item type:

Powered by Koha