0-绿色船舶前沿

绿色船舶制造发展现状及趋势分析1. 引言1.1 绿色船舶制造发展现状及趋势分析概述绿色船舶制造是指在船舶设计、建造、运营、报废等全生命周期过程中，以减少对环境的影响、提高船舶能源效率和减少温室气体排放为目标，倡导绿色环保、低碳化、节能减排的船舶生产模式。

随着全球环保意识的增强和气候变化问题的日益凸显，绿色船舶制造成为航运行业的重要发展方向。

目前，绿色船舶制造已经成为全球航运业的热点和发展趋势。

各国政府纷纷出台相关政策支持绿色船舶制造，推动船舶产业向绿色、环保方向转型。

绿色船舶制造不仅仅是简单地提高船舶的能源效率和减少排放，更是推动整个航运行业的可持续发展的重要切入点。

通过对绿色船舶制造的发展现状和趋势进行深入分析，可以更好地把握未来船舶制造的方向和趋势，为航运业的发展提供借鉴和指导。

本文将从绿色船舶制造的意义、发展现状分析、趋势分析、技术创新和政策支持等方面展开论述，旨在全面解析绿色船舶制造的现状及未来发展趋势，为推动航运业向绿色、低碳、可持续方向发展提供参考。

2. 正文2.1 绿色船舶制造的意义绿色船舶制造意义重大，是应对全球环境问题和气候变化的关键举措之一。

传统船舶制造和运营过程中产生大量的废气、废水和废渣，对海洋环境和生态造成严重破坏。

而绿色船舶制造通过有效控制船舶排放和减少资源消耗，可以降低对环境的负面影响，保护海洋生态系统的健康。

绿色船舶制造还有助于推动航运行业的可持续发展。

随着全球经济的发展和贸易活动的增加，船舶数量和货运量逐渐增加，传统船舶运输模式已经难以满足环保和可持续发展的要求。

而绿色船舶制造可以提高航运效率、降低成本、增强市场竞争力，促进航运行业向可持续方向转型发展。

绿色船舶制造不仅有利于保护环境和生态，也有利于提升航运行业整体竞争力和可持续发展性。

推动绿色船舶制造的发展是当今航运行业的重要任务之一，也是推动航运业向高质量发展的重要举措。

2.2 绿色船舶制造的发展现状分析近年来，随着环保意识的增强和能源危机的日益严重，绿色船舶制造逐渐成为国际船舶制造业的热点话题。

我国绿色船舶动力系统集成技术创新及应用研究◎ 李澳 瓦锡兰维修服务（上海）有限公司摘 要：绿色船舶是利用先进环保技术制造船舶，直至报废回收，均实现节能减排、资源再利用、降低环境污染目标。

而动力系统是船舶动力装置，也是制造船舶关键部分，对技术创新、应用要求更高。

基于此，文章以船舶动力系统发展现状为切入点，简要分析直流组网技术、储能技术及轴带电机技术等绿色技术，以此为基础，提出绿色船舶动力系统集成技术创新及应用情况，从而为相关研究者提供参考。

关键词：绿色船舶；动力系统集成技术；创新应用我国颁布《关于加快内河船舶绿色智能发展的实施意见》（简称《意见》），对船舶绿色发展的规范标准、相关技术等提出更高要求，采取集成式方法加快绿色动力系统研发，控制节能减排。

绿色动力系统集成技术具有低能耗、低污染、低排放特征，能够减少船舶运行对环境的影响，成为未来主要发展趋势。

因此，我国船舶行业应当积极创新应用动力系统集成技术，为达成节能减排目标贡献一份力量。

1.船舶动力系统发展现状船舶动力系统作为船舶航行关键部分，由主机、传动设备、轴系、轴系附件、推进器可决定船舶航行及速度。

现有常见船舶动力装置主要有柴油发动机和燃气轮机，具体如下：第一，柴油发动机。

该动力系统发展时间长、出现较早，安全性、稳定性较高，低扭矩下具有较大推动力，成为船舶主动力系统。

根据发动机活塞冲程，可将其分为四冲程和二冲程发动机[1]。

其中，二冲程发动机低扭能力强、转速低，效率和压缩比更高，能够将其动力性能发挥出来，多用于低速型船舶。

四冲程发动机行程长、转速高，多用于快艇及小型船舶，配合传动系统与变速箱，能够提高传动效率。

并且，柴油机能耗较高，以30kw柴油发电机组为例，油耗量6.3kg，受限于装置工艺，燃料无法完全燃烧，将排放CO和HC等污染物。

第二，燃气轮机。

该动力系统与柴油发动机相比，在尺寸、效率、传动质量方面更具优越性，主要是压缩空气充入燃烧室，和燃料共同膨胀做功，加速性能及传动效率良好，可直接输出旋转运动，减少废料、废气排放污染，有助于维护河海湖泊可持续发展。

DOI:10.16078/j.tribology.2012.04.016第32卷第4期摩擦学学报Vol32No4 2012年7月Tribology July，2012绿色船舶的摩擦学研究现状与进展严新平1，2*，袁成清1，2，白秀琴1，2，徐立1，2，孙玉伟1，2，孙星1，2（1．武汉理工大学能源与动力工程学院可靠性工程研究所，湖北武汉430063；2．船舶动力工程技术交通行业重点实验室，湖北武汉430063）摘要：绿色船舶是船舶领域1个重要的发展方向，摩擦学理论及其技术在以新能源应用为特征的绿色船舶发展过程中将起到重要作用。

导致绿色船舶在运行过程中功率损失和能耗增加的原因主要涉及到内摩擦和外摩擦两方面的问题，前者主要包括船舶主机、辅机与轴系等机械装置内各摩擦副之间产生的摩擦，而后者主要存在于与空气和水接触部分，包括甲板上层建筑、船体壳板、螺旋桨、舵与艉轴外支架等。

本文在解析绿色船舶与摩擦学之间关联的基础上，以系统的观点从三方面就相关摩擦学问题进行了详细论述，重点论述了风能和太阳能在船舶上应用的摩擦学问题、船舶减阻的摩擦学研究以及船舶能效提升涉及的摩擦学问题。

最后，结合绿色船舶摩擦学的现有研究进展及发展趋势，对摩擦学相关研究工作在船舶行业的应用前景进行了展望．关键词：绿色船舶；摩擦学；清洁能源；船舶减阻；能效提升中图分类号：U662文献标志码：A文章编号：1004－0595（2012）04－0410－11 Research Status and Advances of Tribology of Green ShipYAN Xin－ping1，2*，YUAN Cheng－qing1，2，BAI Xiu－qin1，2，XU Li1，2，SUN Yu－wei1，2，SUN Xing1，2（1．Reliability Engineering Institute，School of Energy and Power Engineering，Wuhan University of Technology，Wuhan，430063，China2．Key Laboratory of Marine Power Engineering＆Technology（Ministry of Communications），Wuhan University of Technology，Wuhan430063，China）Abstract：Utilizing the new energy technology and seeking for high energy efficiency，green ship is a significant developmentfor the shipping industry in the future，and the tribology will play an important role during this developing process．It is theproblems of internal friction and external friction that actually lead to the ship's power loss and energy consumption increase，the former includes the friction problems existing in the rubbing pairs of main engine，auxiliary engine and shafting system，while the latter aims at the friction in the interface between hull and water，as well as that of hull and atmosphere．Analyzingthe relationship between green ship and tribology，this paper discusses these two fields from three specific domains in the viewof systematical standpoint，which are tribology problems of new energy ship，tribological research for hull resistance reducingand energy efficiency improving，and finally，the blueprint and entry points for relative study on tribology that takes theshipping industry as its application field are prospected by reviewing and dissecting the research progress and developmenttrend．Key words：green ship，tribology，clean energy，ship drag reduction，energy efficiency improvementReceived9March2012，revised19May2012，accepted2June2012，available online28July2012．*Corresponding author．E－mail：xpyan@whut．edu．cn cn，Tel：+86－27－86549879．The project was supported by the State Key Program of National Natural Science of China（863）（2012AA112701）．国家高技术研究发展计划项目（863）（2012AA112701）资助．航运业是综合交通运输体系的重要一环，根据联合国贸易和发展会议发表的《2010海上运输回顾》报告显示，2009年全球海上贸易总量约为78．4亿吨，全球货物流动80%的市场份额是通过海上运输进行的［1］．就我国而言，根据交通运输部《2010中国航运发展报告》，我国水路货运量、货物周转量在综合运输体系中所占比重分别为11．7%和48．2%．与陆运和航空运输相比，船舶运输在经济性、安全性和环保性方面拥有巨大的优势．运输同样的货物，卡车的能源消耗为内河船舶的10倍，火车的能源消耗为内河船舶的2倍．然而气候变化、全球变暖给全球带来了日益严峻的环境压力，将船舶及航运业对环境的污染问题推到了“聚光灯”下，船舶减排面临前所未有的挑战，统计数据显示船舶所排放的CO2、SO x、NO x和PM（固体颗粒）等污染气体总量在不断增大．另一方面，高涨的燃油成本、持续增长的燃油需求以及石化能源的可采资源量的问题，使得船舶界和航运业迫切希望寻找新的船舶营运型式．在这种背景之下，航运带来的环境保护及社会责任问题越来越引起行业的重视，“绿色船舶”的概念随之产生，以采用新技术、新能源、新材料和新工艺为基础的绿色船舶正在积极地发展．在全球节能减排呼声日益高涨的境况下，针对绿色船舶的典型特点，如综合能源利用技术、低碳润滑技术、减摩耐磨涂层和摩擦学仿生材料等，如何利用摩擦学技术理论，进一步提高其节能效率并减少污染气体的排放，对多学科交叉的摩擦学提出了新的挑战．1绿色船舶与摩擦学“绿色船舶”的概念最早出现于20世纪90年代中期，系采用相对先进技术（绿色技术）在其生命周期内能经济地满足其预定功能和性能，同时实现提高能源使用效率、减少或消除环境污染，并对操作和使用人员具有良好保护的船舶．为了更快地推进绿色船舶发展进程，IMO（国际海事组织）、欧盟以及各国船级社纷纷出台各种规范、标准，从制度上确保全球海洋环境或区域海洋环境尽可能地免受污染．2011年7月15日，在伦敦闭幕的国际海事组织海洋环境保护委员会第62次会议，通过了“新船设计能效指数”和“船舶能效管理计划”两项标准，强制实施温室气体减排．各国陆续推出应对方案：DNV（挪威船级社）推出环境和能源效率等级方案；LR（英国劳氏船级社）颁发独立审核的绿色护照，负责新造船和营运船绿色护照的审核和认证工作；GL（德国船级社）推出环境服务体系，旨在满足客户对于相关环境需求的特别服务，“环境护照”是该服务的具体体现［2－3］．中国船级社为促进节能减排技术应用，倡导绿色造船和绿色航运，推出了Green Ship（绿色船舶）附加标志作为对绿色船舶的特别标识．根据船舶各个绿色要素达到的水平，授予的绿色船舶附加标志分为3个级别．适用于所有申请绿色附加标志的船舶，贯穿于新船的设计与制造、营运和拆解的全过程．目前，绿色船舶的涉及面从基本的高效节能船型到低排放高效动力推进装置，到环保无污染涂料以及轻质材料，谓之面面俱到．人们正在通过利用世界最前沿、最先进的科学技术，从各个方面打造新型绿色船舶．可以断定，未来绿色船舶的发展方向将是综合了所有绿色因素的新概念船舶［3］．摩擦学是研究物体相互运动表面之间的相互作用，以及相关问题与实践的科学与技术，包括润滑、摩擦、磨损等，摩擦学普遍存在于生活生产实践当中，涉及范围广泛．随着资源、能源和环境状况的进一步恶化，摩擦学的作用更加突显出来，其研究目标也相应地发生了变化，即从传统的控制摩擦，减小磨损，改善润滑发展到节能、节材、减排、减振、降噪和发展生物生态润滑以及改善生命质量［4－5］．绿色船舶涉及到的摩擦可以分为外摩擦和内摩擦两部分，外摩擦主要是指与空气和水接触部分．其中，与空气的摩擦，包括船舶甲板上层设备；与水的摩擦，包括船体壳板、螺旋桨、舵与艉轴外支架．内摩擦主要指船舶主机、船舶辅机与船舶轴系等产生的摩擦．就绿色船舶而言，这两部分涉及到的重点问题及深入研究的方向，可以从三个方面展开，即清洁能源船舶的摩擦学研究、船舶减阻的摩擦学研究以及船舶能效提升的摩擦学研究．2清洁能源船舶的摩擦学研究清洁能源的是指对能源清洁、高效、系统化应用的技术体系，就目前的技术发展态势而言，以风能、太阳能、核能、燃料电池、潮汐能、氢能和生物质能为代表的清洁能源技术已在各型船舶上得以试验应用［6］．值得注意的是，由于能源形式和利用方式的不同，在实际研发建造清洁能源船舶的过程中更需综合考虑船型、船舶结构、动力系统、电气系统、船员配置、航行区域和港口物流等各个要素，所以当前清114第4期严新平，等：绿色船舶的摩擦学研究现状与进展洁能源船舶的工程化情况并不具有通用性．清洁能源作为一次能源，并不能被船舶上电气设备或动力设备直接应用，需经能量转换装置成为电能或其他二次能源．以利用海洋波浪能为例，其能量转换装置中包括铰接、轴承和缸套活塞等摩擦组件以便将不规则波浪能转换为线性往复运动－回转运动带动发电机运转的机械能．上述摩擦组件的工作过程与陆上设备工作环境相比，在具有湿度高、温变快和腐蚀性等特点的海洋环境中，摩擦磨损的边界条件更为复杂，多因素综合作用的效应更难以处理．南安普敦大学Robert J K Wood 等［7－8］从海洋可再生能源发电系统摩擦学设计约束条件这一点入手，以海上风机、潮汐和波浪发电装置等为研究对象，研究并分析众多相关因素，包含润滑、污染、轴承和齿轮箱故障、生物粘附、气蚀、磨蚀、状态监测、设计趋势和摩擦部件负荷状态等．Harish Hirani 等［9］对采用新型橡胶轴承的船用推进系统轴系中的水润滑（海水－淡水）径向轴承进行了混合润滑实船案例分析，其采用数值计算的方式估算了针对不同负载和转速情况下的润滑水膜厚度，同时根据特定表面粗糙度参数对具体润滑模式进行了预测．此外，针对提高运输工具燃油经济性和可靠性的超硬低摩擦（摩擦系数小于0．05）纳米复合材料涂层和超低摩擦涂层技术也已见诸报道．对于风能、太阳能等其他清洁能源技术而言，能量转换系统的机械机构所含摩擦副及其摩擦学特性迥异，需要进行深入研究、分析和归类，才能在解释其机理的基础上更进一步提升整个能源转换系统的工作效率和可靠性．实际上，通过对国内外学术领域近年来在清洁能源技术、绿色船舶和摩擦学（绿色摩擦学）等多个方向所发表文献进行的跟踪和分析，发现以解决绿色船舶摩擦学问题为出发点的研究极为有限．文献大都集中于解决某些系统的摩擦副的摩擦学问题，而对海洋环境因素和绿色船舶载体这两个典型特征未予考虑．本文所列述的部分研究成果仅对其中某些问题有所提及，在理论体系上并不完善．限于篇幅，本文以风帆助航船舶和太阳能船舶为典型进行论述．2．1风帆助航技术的摩擦学问题目前，世界上共有十余种不同形式和结构的船用风帆．尽管各型风帆结构存在较大的差异性，但是在基本原理上彼此之间却有着紧密的联系［6］，如图1所示为各型风帆助航船实景图或设计图．按照工作原Fig．1The various types of sail －assistant ships图1各型风帆助航船214摩擦学学报第32卷理，风帆可分为：第一，翼型原理采用翼型原理或与翼型原理相仿的风帆称为帆翼，又称作翼型帆或者翼帆，主要有矩形帆翼、三角帆翼（简称三角帆）、Walker型风帆、Skysail（天帆）；第二，利用马格努斯效应产生推进力的风帆，主要为转筒帆（又称转柱帆）；第三，将机翼原理与马格努斯效应两者结合而产生的帆型，如转子－帆翼组合体；第四，采用控制边界层分离原理的抽气式涡轮帆等．2．1．1定航速模式航行下柴油机低负荷运行的摩擦学问题从运营安全和港口物流角度出发，一般要求船舶采用定航速航行模式．当风速和风向条件达到可利用需求时，就需要降低主机输出功率并使其维持在低负荷状态下工作．船用大型低速柴油机较长时间低负荷运行时，其燃烧效率降低、积炭明显增加，进而导致缸体内表面发生变化，使得活塞运动润滑不良、阻力增大，甚至划伤气缸壁，严重时还会导致爆缸．因此，重点研究柴油机低负荷运行时各运动部件摩擦副表面的摩擦学特性，有助于提高整机工作效能，进而保证长期运转过程中的可靠性和经济性．2．1．2风载荷及风振作用于风翼机构的摩擦学问题第一，风帆船在航行的过程中，恶劣的海上环境会加剧风帆与骨架之间的接触摩擦，最终可能导致传动失效，因而在帆架结构的材料选择上提出了新的要求．选择经济可靠的抗腐蚀材料，或在钢结构材料表面覆盖耐磨材料以增加其使用寿命，进而提高整个帆面的使用寿命．第二，在不同类型折叠帆的钢架结构中，如图2和图3所示，帆面横向肋骨中的铰链机构会因在风载荷作用下进行收帆、张帆以及帆向角调整操作而发生摩擦磨损，而海上复杂气象环境的影响更将恶化摩擦副之间的摩擦特性，对帆的使用寿命产生负面影响．因此，需要研究并采用合理的润滑模式以降低其摩擦系数，保证正常工作．（a）Furlingcondition（b）Stretch conditionFig．2Foldable rigid sails图2折叠式硬帆Fig．3Foldable lifting sails图3折叠式升降帆第三，海洋环境中极具不确定性的风载荷会通过帆面受力而直接作用于风翼桅杆上，使安装于其中的机械传动机构在交变载荷的冲击作用下发生振动冲击或微动磨损，最终可能导致零件的疲劳破坏，如传动系统中轴承的疲劳失效、齿轮齿面间磨损和胶合等现象．特别是具有腐蚀性的海洋环境，传动轴承将同时承受盐雾腐蚀等众多因素的综合作用．如选用滑动轴承，需着重研究包含腐蚀磨损、微动磨损、振动冲击和疲劳磨损等多种机理的摩擦学问题．2．2太阳能光伏技术的摩擦学问题太阳能光伏技术是基于半导体材料在光照射下产生空穴－电子对的原理将太阳辐射能转换为电能进行利用．对于陆上系统而言，为实时获得最大太阳辐射能，会采用机械驱动机构进行单轴或双轴太阳角度跟踪．对于太阳能船舶而言，由于需要考虑在船舶甲板区域内最大限度地获取太阳辐射能的同时，314第4期严新平，等：绿色船舶的摩擦学研究现状与进展还需考虑到可调电池阵列在风载荷下对船舶稳性的影响问题，故在采用“太阳帆”的双体船上应用较多，而在小型船或大规模采用光伏系统的远洋船上主要采取直接平面铺装太阳能电池板的方式［10］，如图4所示．2．2．1光伏逆变器工作过程中存在的微动磨损与腐蚀磨损耦合作用问题作为将太阳能电池板所输出直流电转换为交流电的电气设备，光伏逆变器在工作过程中将承受由船体内动力设备运转所产生的低频振动影响．此外，由于腐蚀性海洋环境和机舱内高温、高油气环境因素的综合作用，逆变器内部电子元器件和开关器件的工作特性将受到何种影响，目前尚未有相关方面的研究．另外，从船舶入级规范的角度考虑，任何用于船舶上的设备均需符合相应标准要求，突显了针对大容量船载光伏逆变器在复杂环境中工作特性研Fig．4Various types of solar ships 图4各型太阳能船究的必要性．2．2．2海水蒸发后形成盐颗粒对太阳能电池表面玻璃的摩擦问题船用太阳能电池板所处的海洋环境极为苛刻，含有大量的盐份、水气及海风中夹杂的酸碱性物质，虽然大多数太阳能电池板玻璃盖片耐环境性能（光学性能、化学稳定性、冷热稳定性）较好，但长期处于温差大、盐分大、湿度高的环境中极易发生污染、着色、腐蚀和磨损等系列问题，使得光伏电池对太阳光的利用率下降，进而导致整个系统转换效率下降［11－14］．图5所示为在实验室环境模拟海洋环境的不同浓度盐水浸没试验中的玻璃表面形貌．在试验过程中，随着水份的不断蒸发，在玻璃表面会不断的析出盐粒，导致玻璃表面出现大量的盐斑，从而使得通过玻璃的太阳光透过率降低、反射率增高，也就影响了玻璃盖片的光谱透过率［15］．另外，苛刻的海洋环境更会严重影响到船用太阳能电池板的可靠性，在水浸、盐蚀、振动等因素的作用下，会出现太阳能电池板的密封开裂，内部出现裂纹等诸多情况，影响到太阳能电池板的可靠性．3船舶减阻中的摩擦学研究流体中运动物体受到的基本阻力由摩擦阻力、黏压阻力和兴波阻力组成．长期以来，人们一直在寻找减少流体阻力的有效方法，其中研究较为深入的方法有以下几种［16－17］：414摩擦学学报第32卷Fig．5Salt －water experiments of battery glass covers under the simulated marine environment图5模拟海洋环境条件下的电池玻璃盖片盐水试验第一，探索物体的流线型，包括由于形体改变对保持层流边界层的影响．希望通过型线的选择，能“自动”保持边界层层流流态，如果做不到这一点，则通过吸气、增压或其他方法“强制”保持，关于这种方法，在各种行业的应用已很普遍．第二，随着流体力学和高分子化学研究的进一步发展，众多学者提出使用高分子稀溶液以实现黏性减阻，即将高分子稀溶液注入物体壁面附近（注入到流核区无效）形成类似于鱼鳞表面的黏性液体．就内流而言，最高时可使阻力系数减少40% 50%．在相关领域的具体应用也部分证实了其有效性，但这种减阻的方法在某些领域应用时有一定的局限性，有的情况甚至是不可能的．例如，针对船舶采用黏性减阻的方式就直接面临两个方面的问题：一则，向水中加高分子稀溶液与STCW78/95公约中针对防止船舶造成海洋污染的相关条款相悖离；二则，成本不可控．第三，根据仿生学的启示，人们发现弹性材料护面可实现黏性减阻．实验表明：游泳运动员游泳时穿紧身的弹性尼龙衣，比不穿游泳衣时所受的阻力要小［17］．减阻的主要原因是此弹性边界为柔顺边界，最理想的情况下，边界的波动能自动与附面层的波动合拍，即所谓的“同步波动”．在这种情况下，流动阻力大大降低，可实现最大程度的减阻．当然，同步程度的不同，传递的能量在边界区域直接散失的能量也有所差别．通过选择合适的船型参数，利用球鼻首等造成有利的波系干扰，以及采用压浪条（板）、船艉附体等技术措施，均能改善艉部流场，可有效减少常规单体舰船的兴波阻力；采用双体船、水翼艇、潜水船、小水线面船等特殊船型，可以更有效地降低兴波阻力；鲨鱼是海洋中游得最快的动物之一．其皮肤布满微小的肋条状鳞片结构，这种带肋条的表面能有效地降低鲨鱼肌体在水流冲击中的振动，从而大幅降低游动阻力．人们已经通过对鲨鱼微鳞片进行抽象、放大和简化仿形加工出了仿生鲨鱼皮［18］，实现了7%左右的减阻率．尺度与形状是决定低阻动物表皮发挥减阻机能的关键因素［19］，制造出与生物原型表皮形貌相逼近的仿生减阻表面、实现减阻率7%的突破仍是尚待解决的难题［20］．生物加工技术可以直接将复杂生物形体引入功能形体制造，能够突破现有加工手段在工艺和效能上的瓶颈，北京航空航天大学张德远等［21］借助生物复制成形工艺对鲨鱼皮外端形貌进行大面积微复制，并进行减阻试验，结果表明：在测试范围内，减阻率高达24．6%．针对船舶而言，在摩擦阻力、黏压阻力和兴波阻力3种成份中，通常摩擦阻力是主要的．从航运企业的角度，降低船舶摩擦阻力对节约燃料、提高船舶营运利润的价值是十分显著的．船舶在真实流体中运动过程中，由于流体的黏性，在船体湿表面周围形成厚度随着船长而增长的边界层．边界层中的能量由船舶供给，由此对船舶产生了摩擦阻力，其大小与船体湿面积的大小、船体表面粗糙度、船壳涂料、污底、船壳表面流体速度以及流体密度等因素均有密切关系．一般低、中速船舶的摩擦阻力占总阻力的70 80%［22］．现有降低船舶摩擦阻力的技术，主要包括：船舶主要尺度和线型优化（在设计船体时尽可能考虑减小其湿表面积），气膜减阻和仿生船体表面减阻．其中，在仿生减阻领域的研究值得高度关注．在降低船舶兴波阻力方面，目514第4期严新平，等：绿色船舶的摩擦学研究现状与进展前有2个主要解决途径：一则，采用双体船、水翼艇、潜水船、小水线面船等特殊船型；二则，基于对流体动力学和船体摩擦阻力的认识，通过选择合适的船型参数，利用球鼻首等造成有利的波系干扰，以及采用压浪条（板）、船艉附体等技术措施，通过改善艉部流场以有效减少常规单体舰船的兴波阻力．3．1优化船舶的主要尺度和线型有统计资料表明，对中低速船舶，特别是肥大型的中低速船舶，形状阻力约占总阻力的10% 30%．随着国际远洋运输的主力船型（油船、散货船、集装箱船）向着大型化、快速化、专业化的方向发展，对此类船型的形状阻力进行减阻研究将具有实际的工程意义．首先，应用CFD优化船体线型，尽量推迟层流转变和湍流分离．因为边界层内流动若能持续维持层流状态，可使其表面摩擦阻力比处于湍流状态下要小1个量级．实际上，控制其完全处于层流状态是不可能的，延缓湍流分离过程作为折中手段也可在一定程度上实现减阻目的．其二，球鼻艏技术．球鼻艏结构外形复杂，但是其对船体减阻节能特性和声纳导流罩水声性能却具有显著且复杂的影响．国内外已有不同型号的大型驱逐舰采用了作为声纳导流罩的球鼻艏，但是基于其特殊技术要求，这类球鼻艏并不具有减阻节能功能．已有数据显示，应用该型球鼻艏可能导致使船体阻力增加约3%，故通常仅称之为声纳首［23－24］．在高速水面舰船加装新型减阻节能球鼻艏，则是近年来国内外前沿研究课题．这类球鼻艏具有近水面、大前伸的外形特征，称之为减阻节能球鼻艏．据初步分析，采用减阻节能球鼻艏有望取得优良的减阻节能效果（节能15%以上），因此具有重要的应用前景．其三，前缘引流减阻技术，源于流体力学研究中的钝体绕流技术，国内外对这一领域的研究主要集中在对流体中的柱体开孔和钝体分离流控制等方面．其中，对圆柱体绕流的研究为其技术应用的典型代表．圆柱绕流源于边界层在柱体去流段发生分离而产生的漩涡，由此形成的柱体前后压力差是柱体阻力的主要原因．在研究中通过采取在柱体前后开缝、开孔引流等措施改变表面边界层分布，推迟边界层的分离，从而改善柱体周围流场分布，实现减阻目的．国内外众多试验研究均验证了钝体前缘开孔引流对其周围流场特别是尾部流场具有明显改善作用，减阻效果亦很可观．3．2气膜减阻气膜减阻技术的原理是利用水与空气的密度、黏度的差别，在船底通入空气，形成1层薄的气液两相混合流，通过混合流密度、黏度以及流动模式的改变，减少船体的摩擦阻力．大量试验表明：在适当喷气流量和水流速度下，平板及回转体的表面摩擦阻力可减少50% 80%［25］．19世纪末，W Froude首先提出在船舶与水之间注入空气层来减小船体表面摩擦阻力的设想并进行了一些试验尝试．但限于当时的理论研究水平滞后且试验条件和设备不足，试验结果并不理想，未能取得成功．但这却为后来者的减阻研究提供了1种全新的思路，推动了这一减阻研究技术的快速发展．目前微气泡减阻已经成为船舶减阻研究领域最热门的方向之一，各国政府都投入巨大的人力、物力、财力以求在微气泡减阻领域取得突破．1984年，美国学者Madavan等［26］在试验水池中对回转体的微气泡减阻进行了研究，验证了前苏联Migirenk等的研究结论，其试验研究中得到摩擦阻力可减少50% 80%的结论．试验结果表明：相同速度下，喷气量越大，摩擦阻力减小越多，达到一定临界值后，继续增大喷气量，摩擦阻力变化不大；而相同喷气量下，航速越高，减阻效果越差；同时，喷气口上游区域受气泡影响很小，对混合介质的速度分布基本无影响．国内学者对微气泡减阻的研究起步较晚，始于20世纪80年代，但研究进展很快，已经取得了一定的成果．海军工程大学董文才等对平板和滑行艇进行了微气泡减阻的试验研究［27］，主要探讨了来流速度、喷气量、喷气方式、喷缝尺寸等因素对减阻效果的影响，得到了许多具有参考价值的数据结论．气膜减阻技术耗能较少且能够有效大幅减阻，研究发展该项技术具有显著的经济及军事优势，因而被普遍认为是船舶减阻领域最具前景的研究方向．目前，微气泡减阻作为该领域最热门的方向之一，已受到国内外船舶工程、水动力学等学科领域专家学者的高度重视．3．3仿生船体表面减阻船舶使用一段时间后，船壳由于被腐蚀等，其粗糙度就会增加．同时，海生物对船壳的污底与附着也日益严重．一般污底可影响1 1．5节航速，严重污底会降低航速2节以上．国内外有关新型防污涂料的文献专利报道非常可观，涉及到无锡自抛光、可控溶解型、生物防污、化614摩擦学学报第32卷。

浅析基于绿色理念下的船舶制造技术摘要：在新的时代背景之下，绿色、环保是经济发展的必要前提，作为对水源有重要影响的造船业来说，如何在船舶的设计、制造及耐腐性等方面提高其环保性能，对其未来的发展及环境的保护有着重大的影响，这就提出了制造绿色船舶的要求，本文即围绕绿色船舶的制造进行了探讨，分析了绿色船舶的概念、特点及其制造工艺与方法，为减少环境污染，提升企业竞争优势提供些许方法与策略。

关键词：绿色船舶；设计；制造；策略【引言】近年来，造船业发展迅速，对我国国民经济的增长产生了重要的影响，但从环境保护的角度来看，造船业浪费资源、污染水源、大气的情况较为普遍，这显然不符合目前所倡导的科学发展观的理念，与当前经济的发展趋势相适应，“绿色船舶”的概念应运而生，此种船舶在设计、制造及运行方面都以环保为目标，对提高船舶质量，促进造船业的快速、稳定发展有着积极的意义。

一、绿色船舶的概念及特点绿色船舶，又称环境协调船舶（ECS），其核心理念在于对资源与环境的保护，它从设计、制造到使用、回收的整个过程都符合环保要求，将船舶对生态环境的危害降低到最小，它包含了绿色材料、绿色设计、绿色制造、安全使用、污染治理、绿色回收等多方面内容，是一个系统的概念，其特点主要有以下几个方面：1、先进的技术特性。

技术先进是制造绿色船舶的基础与前提，其先进性要求技术能保证所生产制造的船舶产品能安全、高效的实现其各项性能及功能，保证船舶高质量的环保性能，保证其绿色产品能在激烈的市场竞争中占据强劲优势。

2、合理的经济特性。

船舶的成本应包涵企业、用户及社会成本，也就是船舶的寿命周期成本，只有具备能够被用户接受的合理市场价格，船舶才具有市场价值，其技术性及环保性才能得到实现。

3、协调的环境特性。

绿色船舶的环保特性应包括节约资源、节约能源、保护环境、保护劳动者四方面内容，其环保特性是贯穿其整个寿命期限的，因此，应根据船舶在寿命的各个阶段的与环境的关系来设计其功能特性，使其环境协调性构成一个系统。