空气润滑系统

三菱重工和日本邮船共同开发的空气润滑系统

       船舶在海上航行时船身会沾上许多空气气泡，如今这些气泡成了可以助力轮船节省燃料的好帮手。近日，美国密歇根大学机械工程学院的气泡专家史蒂芬·塞斯尔声称，利用一种可被称为“空气润滑系统”的方法，可以帮助轮船实现节省5%到10%燃料。

        据塞斯尔博士介绍，具体方法是使空气从船的外壳上的小孔中被快速泵出，这时蜂巢状的气泡会迅速联合起来，并在船体外形成1厘米到2厘米厚的一层空气层。由于空气的阻力远远小于水，因此这样可以减少轮船航行时的阻力。当轮船向前移动时，附着在船体上的空气层则向后滑动，并最终从船体底部的表面移走。由于补充新的气泡所需的能量并不多，所以采用这种方法可以节省大约5%到10%的燃料。

        塞斯尔博士一直致力于为美国海军研究这种空气润滑系统。军用战舰为有利于快速行进，一般采用V型船体，不利于气泡在表面聚集。相比之下，几乎所有的货运轮船为了保持船体体积更大、重量更轻，都是平底的。在这种平底船上，气泡的推动作用会发挥得更好。又鉴于燃料成本往往占到整个货船运营成本的一半，甚至更多，这项利用气泡提供能量的方法的节约潜力无疑是巨大的。

       据了解，气泡通常是在平坦的轮船外壳滑动，但是通过新的海军测试技术检测发现，可以通过某种方法使其固定在某个地方。一个窍门就是，将船体左右舷下方几厘米处的突出地方之间的空隙中的空气捕捉起来；另一种方法是改造船尾，阻止空气被吸入推进器，从而阻止空气通过减轻推进器对水的掌控而减少的推动力；甚至可以设计一种有一个凹陷进去几米深的空气阀的船体。

       这种利用空气气泡节省燃料的方法已经开始进行实际应用。荷兰公司达门造船集团在一艘持水量60米的河运货船上进行的测试，已发现采用了这种空气腔技术后船只可以减少大约15%的燃料消耗。荷兰的一家海军工程学院（MARIN）更是认为，这种空气腔可以使得大型船只的燃料成本减少大约20%。达门集团同时估计，对于一艘持水量110米的货船来说，空气润滑系统可能仅会增加大约5％的建造成本。该集团预计，明年年初将开始进行生产，并计划此后不久开始授权其他造船厂进行制造。

       不过，尽管上述测试结果都很乐观，但是到目前为止，仍很少有造船企业采用这种空气润滑系统。部分原因在于，随着全球贸易的大量减少，传统造船业的业务也大量减少。新船的设计和建造需要多年的时间，因此投资这样一个不稳定的市场可能带来风险。但是，鹿特丹海军工程企业DK集团的老板卡帝亚·卡丹斯算了一笔账：改造现有船只、为其装上空气润滑系统，要比建造新的船只便宜得多。该集团的改造产品空气腔系统（ACS）今年已经开始销售。据了解，它可以被安装在货柜船的底部，并且安装可以利用船只在船坞定期维护的两周时间内完成。测试表明安装了ACS的船只可以节省大约15％的燃料。卡丹斯称，据DK集团保守估计，未来一年半到两年半的时间里，ACS设备的投资回报可能达到7%-10%。

        目前尚未启用空气润滑系统的另一个原因是由于，海洋上的航行环境十分严酷，而这种空气润滑系统需要包裹住至少2/3的船体，因此有人担心可能影响到对船只的控制。

        事实上，从某些角度来看，空气润滑系统反而有利于对船体的控制。空气腔作为减震器，可以减少颠簸和滚动。

        不过，采用空气润滑系统可能存在一个问题，就是在海上航行期间，如果汹涌的水流将空气腔内的空气冲出，那么船就会变成被水“抓住”，而不是在其中滑动了，这会造成船体的剧烈震动。
        解决这一问题的方法是采用雷达和激光传感器预测水流将在何时何地形成巨大的冲击力，这样就可以将大量的空气适时地泵入空气腔，将水排出，化解风险。

       日本三菱重工和日本邮船集团的日之出邮船公司共同开发的空气润滑系统，已经应用于2010年2月建成的大吨位运输船，具有领先于世界其他国家造船公司的应用经验。

      减少船体阻力可以看做是改善能源效率的有效手段之一。自兴波阻力被控制在最小限度的一些新船型被开发出来后，可减少船体摩擦阻力的技术研究开始显得尤为重要。空气润滑法便是一个能够在船底与海水之间使用空气进行润滑以减少船体摩擦阻力的新技术。

模式1

      第二种是船底留有大块凹陷区域，从中送入压缩空气，形成空气膜来减少船底阻力。这个模式的关键在于如何维持空气膜的稳定存在，因为在不稳定的情况下无法发挥应有的降阻效果。

模式2