順風而行，創新的古老技術 Rotor sail 筒轉帆
2023/03/02閱讀時間約 6 分鐘
最近新聞上常常出現筒轉帆rotor sail的一些報導，一下是哪些船有安裝了筒轉帆，另一邊是哪個船東或CEO又出來喊話說：這是又好又成熟的傳統的綠色航行技術！引起我的好奇心，開始找一些資料，好好的研究一下這是啥技術！到底只是噱頭？還是真的能用？
什麼是筒轉帆(Rotor Sail)？
筒轉帆就是弗萊特納轉子(Flettner Rotor)的現代化改良版本．是一種用在船舶推進和穩定的方。 這是由德國工程師安東·弗萊特納(Anton Flettner)在1900年代初開發的，它使用了一種流體動力學現象，即瑪格努斯效應(Magnus effect)來推動這艘船。
這種系統的推力和方向取決於以下幾個因素：
1.風速（運動學）
2.風向（方向）
3.船的航行方向（方向）
4.轉子高度和直徑（幾何）
5.轉子的表面特性（運動和動力學）
2.風向（方向）
3.船的航行方向（方向）
4.轉子高度和直徑（幾何）
5.轉子的表面特性（運動和動力學）
驅動的原理是，當圓柱圍繞軸旋轉，而介質（空氣或水）垂直於軸，然後在軸和流體的方向上產生壓力差。轉子兩側所產生的壓力差，被稱為“ kutta-joukowski”力。這個壓力差的的使用概念首先是由科學家馬丁·庫塔（Martin Kutta）和尼古拉·朱科夫斯基（Nikolai Joukowski）量化的，他們研究了旋轉筒的情況。
弗萊特納轉子都在飛機和船舶中都曾使用過，雖然這仍然是一個尚未在商業上生產的實驗概念。弗萊特納轉子也稱為瑪格努斯轉子（Magnus Rotor）。 安裝在甲板上的大型轉筒可以稱作筒轉帆或弗萊特納帆。
什麼是馬格納斯效應(Magnus effect)？
馬格納斯效應是弗萊特納轉子背後的物理概念，最早由德國物理學家古斯塔夫馬格納斯(Gustav Magnus)研究。
他觀察到旋轉的物體會偏離直線路徑，這種偏轉直接取決於它旋轉的方式。
物體兩側之間的壓力差會產生一種力，從而改變物體的運動軌跡。這種壓力差與物體的幾何形狀及動力學特性（粗糙度係數、形狀因數、接近速度、角速度）直接相關。
這種效應在 3 個行業中最常被研究：許多球類運動的技巧（棒球的變化球或是足球的香蕉球）、國防工業的導彈應用，以及工程應用（弗萊特納轉子）。
產生的力被稱為 Kutta-Joukowski 力，在海洋流體動力學和船舶工程中起著重要作用。工程中最常見的應用是飛機和船舶上的弗萊特納推進系統。 它用於推進和穩定。
弗萊特納轉子(Flettner Rotor)在船舶推進的應用
推進是船舶極為重要的一部分，以最少的輸入功率來產生最大的推進力始終是理想的情況。 雖然傳統螺旋槳由船用柴油發動機提供動力，但仍需考慮對環境的破壞。
由於航行於大海的船隻數量眾多，因此首選更清潔的能源替代品。弗萊特納轉子就是這樣的一個產品，它利用風力在船後方產生推力。
這些筒轉帆由小型馬達提供動力，而轉筒本身垂直向上突出以提供推進力。 當它們旋轉時，馬格努斯效應開始發揮作用，並在船尾產生水平推力。 主要動力來源是為轉筒提供動力的馬達，而動力的輸出是由周圍空氣的相對運動提供的。
風來得越快，產生的推力就越大。因為這樣，所以即使風向不在航行方向，裝有弗萊特納轉子的船隻也能航行。但是，如果風向改變方向並從另一側（左舷或右舷）接近，由於現在產生的推力朝向船首，因此船將反向移動。因此，必須仔細分析計算迎面而來的風向，以確保船舶的正確航向。
將近一百年前的老技術
用於開發 Flettner 轉子概念的第一艘船是由 Germaniawerft 在德國開發的 Buckau。 除了是德國 U 型潛艇最大的製造商之一，設計了筒轉帆船舶 建於1924年。Buckau 採用雙轉筒系統，高度為 15 米，直徑為 3 米。 用於筒轉帆的馬達消耗 37kw 的功率。
它的第一次航行是 1925 年從波蘭到蘇格蘭，隨後於 1926 年航行到美洲。然而，這艘船效率低下，難以集中足夠的動力推進船達到預期的速度 . 結果，該專案最終被取消，提案被擱置。
另一艘德國船隻 Barbara 於 1926 年建造，試圖使用 3 轉筒系統來推動船舶。 由威悉造船廠在不來梅建造，由於專案延誤和困難也被廢棄。
結果，在 1980 年代，人們對弗萊特納系統重新產生了興趣，並開始研究分析這種推進系統的可行性。
到底是有沒有用？
講了這麼多，那到底這幾根大棒子有沒有用？下面是安裝筒轉帆之後的實際運轉數據，給大家參考
2014年在RORO船“Estraden”上首次安裝了兩個型號18x3筒轉帆專案。
芬蘭及周邊地區經營渡輪服務的 Viking Line 公司於 2011 年委託 STX Europe 建造一艘筒轉帆動力船。雖然建造於 2012 年完成，但筒轉帆是在 2018 年後期添加的。命名為 MS Viking Grace，由 Wärtsilä 於 2009 年設計，在上面安裝了一個型號24x4筒轉帆。
於2018年8月底在“Maersk Pelican”上完成，這是一艘由Maersk Tankersk Tankers擁有的109,000 DWT LR2油輪。
獨立第三方測量和分析了每個參考船舶上轉子帆安裝的節油效能。
2018年，由中國造船公司為希臘船東維多利亞蒸汽船子公司上海造船廠設計的64,000噸散貨船“AFROS”已成功應用筒轉帆。四個筒轉帆安裝在船的甲板上，作為輔助推進動力。
2021年，上海造船廠設計的32.5萬噸超大型礦石運輸船將交付。 這是世界上第一艘配備筒轉帆的礦石船，安裝五個筒轉帆將使能源效率提高8%，從而每年減少高達3400噸二氧化碳排放量。
結論是，筒轉帆確定有用，能夠達到節省燃料及降低排碳的功用！但是，能不能夠達到船東的預期效果或是節能減碳的目標，就要由各位船東自行評估。
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