LNG动力Vindskip货船是对传统船舶设计的一次彻底革新，它从航空机构造中汲取灵感，采用独特的翼型船身设计，使船体能够迎风航行，利用空气动力学升力辅助推动前行。作为一款混合动力船，Vindskip在起航时依赖LNG（液化天然气）引擎，但得益于风力的助力，它只需装备功率较小的引擎，从而增加载货空间，节省60%的燃料消耗，并将废气排放量减少80%。

Vindskip以其独特的翼型设计，为现代货船注入了创新元素。这种设计在迎风航行时能产生空气动力学升力，辅助推进船只航行。Vindskip配备单台引擎，确保在低速时也能保持稳定航速，其巡航航速超过16节（约30公里/小时）。该船最大载运量达7000标准车当量，舷侧货舱口设计使得货物装卸更为便捷。航控计算机系统能够根据实时气象数据，规划最佳航线。此外，Vindskip还配备了符合SOLAS标准的救生艇，可通过船舷的专用释放装置迅速放下，确保应急疏散安全。

“三男子号”双桅帆船采用传统帆装设计，配置12面古典式风帆作为动力。尽管未采用尖端科技设备，但该船却开创了海运业的可持续革命。它定期在大西洋上执行运输任务，承运莱姆酒、咖啡和可可等特色商品，同时实现了高达90%的碳排放减少。虽然其35立方米的货舱容积，难以满足大规模海运需求，但它代表着环保航运的发展方向。

公平运输公司发起的“帆船货运联盟”（SailCargo Alliance），正在研制多艘同类帆船；另一船运公司“帆船海运”（SailCargo Inc）通过众筹，成功建造出碳中和快速帆船，整合风力与太阳能混合动力系统。这些创新实践表明，可持续船运的新时代已到来。

运送现代货物的三男子号双桅帆船是基于20世纪40年代的扫雷舰原型重建而成。

在当前全球气候变化的大背景下，海运业也面临着巨大的环保压力。尽管新型风力推进船只的研发正在如火如荼地进行，但这些船只大多仍处于试验阶段，距离商业化运营还有数年之遥。与此同时，全球约5万艘商用货船仍在不断地排放温室气体和污染物，加剧了气候变暖。

面对这一现状，即使未来Vindskip等高能效、低排放的船只技术达到成熟，要想让它们迅速取代现有的庞大运输船队，从经济效益角度考虑仍是一大难题。然而，“天帆”辅助推进技术的出现，为这一难题提供了过渡性解决方案。

“天帆”技术（SkySails），顾名思义，就是利用高空风力来辅助航行。这种技术不需要对现有船舶进行完全替换，只需加装风力辅助推进系统，就能显著降低商船的燃油消耗（可节省10%～35%的燃料）。这一创新方案由德国天帆公司（SkySails GmbH）率先研发并应用，他们已经在五艘商用船舶上安装了大型牵引风筝式的“天帆”装置。

这些高空飞翔的“天帆”虽然不能像传统风帆那样提供持续稳定的推力，但在有利条件下，这种采用空气动力学设计的风筝可以产生高达2000千瓦（约2680马力）的推进力。实际运营数据显示，使用“天帆”的船只平均每天能节省2吨～3吨燃料。

“天帆”装置不仅具有显著的环保效益，其空气动力学设计也符合工程学原理。它借鉴了航空机翼的升力产生机制，通过机翼上下表面的气流速度差来产生升力。操作方面，“天帆”可以通过驾驶台的专用控制台进行全自动操作，操作便捷性高。根据船只的载重吨位，可以选择安装投影面积在150至600平方米区间的“天帆”。高强度合成纤维缆线让“天帆”可以飞升至约300米的作业高度，而电液伺服系统则能精确控制其飞行姿态。

“天帆”的结构布局非常合理，它完全独立于货船的货物装载区域。同时，“天帆”还能在最大50度的风向夹角范围内高效捕捉风力，在典型航行条件下也能有效利用风力。在全球约90%的国际贸易货物依赖海运的背景下，“天帆”技术的推广无疑为海运业的低碳转型提供了创新解决方案。

现代帆船凭借其优异的航行性能，在广阔的海面上高效航行，充分体现了现代船舶技术的实力。它成功将传统帆船的帆装系统与智能控制技术相融合，不仅保留了帆船的传统航行特性，还显著提升了其在恶劣海况下的航行稳定性与操作安全性。无论是在常规海况还是极端气象条件下，现代帆船都能保持良好的航行性能，完美诠释了现代风帆推进技术的技术优势与应用价值。

文中图片均来源于《How it works》杂志

作者：《how it works》科普团队

审核：梁忠伟 中国机械学会微纳制造、智能运维专委会理事、中机联绿色制造专委会常务委员

来源: 科普中国创作培育计划

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