Carrying around 80-90% of world volume of goods, the shipping industry has a considerable environmental impact. The International Maritime Organization (IMO) fixed a 50% greenhouse gases emission reduction target by 2050 with respect to 2008 levels. Toward the objective of sustainable shipping, Wallenius Marine, together with KTH Royal Institute of Technology and SSPA Sweden, launched the project to develop a wind powered pure car carrier ship. The 200 meters long vessel is powered by four 360 degrees rotating upright wings that allow sailing in all conceivable wind conditions. The implementation of such concept strongly depends on the aerodynamic properties of the multi-wings system. However, its assessment is challenging due to flow interactions between the wings.The main goal of the study is to investigate and find a suitable wing design and configuration to propel the ship only using wind power, ie when the installed engine power is off. The first task of this study was to determine the reliability and limitations of the aero-modelling tools developed by KTH including a 2D wing trimming optimizer and a vortex lattice method code. Flapped-wing and symmetrical wing (NACA-4 digits profiles) rig designs have been investigated. The flapped wing profile enhances by 30% the thrust power of the multi-rig system compared to a symmetrical wing profile for same arrangement on deck and total sails area. The “rectangle” disposition of the rigs on deck appeared to be more performant than the in-line arrangement. Indeed, this configuration allows to sail with a larger range of incident wind angles (closer to the wind) and with higher vessel’s speed than the base design one. Further numerical testing using more accurate tools that can take turbulence effects into account, such as CFD and model testing in wind tunnel or real conditions may be done to validate the conclusions raised by this study. / Sjöfarten står för cirka 80-90% av den sammanlagda globala transportvolymen och har en betydande miljöpåverkan. IMO1 har satt upp som mål att utsläpp av växthusgaser skall halveras fram till 2050 med avseende på 2008 års nivåer. I ett steg mot målet om hållbar sjöfart inledde Wallenius Marine tillsammans med Kungliga Tekniska Högskolan och SSPA Sverige ett projekt för att utveckla ett av vindkraft drivet bilfraktsfartyg. Det 200 meter långa fartyget drivs av fyra stycken, 360 grader roterbara, upprättstående vingar som möjliggör segling under alla tänkbara vindförhållanden. Genomförandet av ett sådant koncept beror starkt på vingarnas aerodynamiska egenskaper. Att bedöma prestandan för detta komplexa system är utmanande på grund av intrikata flödesinteraktioner vingar sinsemellan.Studiens huvudmål är att finna bästa möjliga konstruktion för den aerodynamiska nordningen då fartyget drivs uteslutande med vindkraft, alltså då den installerade motoreffekten inte brukas. Den första uppgiften för denna studie var att bestämma användningsområdet för de flygmodelleringsverktyg som utvecklats av KTH inklusive en 2D-wing-trimningsoptimerare och en VLM-kod (Vortex Lattice Method). Riggkonstruktioner med klappvingar och symmetrisk vinge (NACA-4-siffror) har undersökts. Vingar med klaffar kan förbättra de aerodynamiska egenskaperna med 30% kontra vingar med symmetrisk vingprofil. Att placera vingarna i en rektangel tycks vara fördelaktigt mot att placera dem i linje. Denna konfiguration medger segling under ett större vindvinkelområde, dvs ’närmare vinden’, och med högre fartygshastighet än grunddesignen. Ytterligare utvärdering med noggrannare verktyg som tar hänsyn till turbulenseffekter, såsom CFD, modelltestning i vindtunnel eller skalade tester under verkliga förhållanden kan göras för att validera slutsatserna av denna studie.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-280564 |
| Date | January 2020 |
| Creators | Bouysses, Valérie Aurore |
| Publisher | KTH, Marina system |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-SCI-GRU ; 2020:033 |
Page generated in 0.3301 seconds