發(fā)布時(shí)間：2020-11-04 16:06

　　 隨著設(shè)計(jì)制造與控制信息技術(shù)在船舶領(lǐng)域的快速發(fā)展,世界著名螺旋槳制造商LIPS公司被芬蘭的W?rtsil?柴油機(jī)廠商收購(gòu),世界主要柴油機(jī)制造商MAN BW公司擁有螺旋槳設(shè)計(jì)和生產(chǎn)部門(mén),這標(biāo)志著船舶推進(jìn)系統(tǒng)集成化逐漸成為船舶設(shè)計(jì)的必然趨勢(shì)。“船機(jī)槳”匹配作為船舶推進(jìn)系統(tǒng)集成的核心,對(duì)提高船舶營(yíng)運(yùn)的經(jīng)濟(jì)性和安全性至關(guān)重要。但是“船機(jī)槳”匹配一般基于船舶設(shè)計(jì)工況點(diǎn),設(shè)計(jì)的主機(jī)以及螺旋槳參數(shù)在設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行最優(yōu),而船舶經(jīng)常運(yùn)行在非設(shè)計(jì)工況下,“船機(jī)槳”匹配性能以及主機(jī)最佳運(yùn)行性能較難獲得。因此本文在開(kāi)展設(shè)計(jì)工況下的“船機(jī)槳”匹配研究的同時(shí),還進(jìn)行了非設(shè)計(jì)工況下主機(jī)-螺旋槳匹配特性的研究,確保船舶在非設(shè)計(jì)工況下能夠滿足船舶的設(shè)計(jì)與運(yùn)行要求。本文基于Matlab/GUI環(huán)境建立了推進(jìn)系統(tǒng)集成化設(shè)計(jì)平臺(tái),該平臺(tái)具有船阻計(jì)算模塊、船舶-主機(jī)匹配模塊(初步匹配)、主機(jī)-螺旋槳匹配模塊(終結(jié)匹配)以及螺旋槳校核模塊。在船舶-主機(jī)匹配模塊中研究了影響低速機(jī)設(shè)計(jì)工況點(diǎn)選取的三種因素;主機(jī)-螺旋槳匹配模塊包含了傳統(tǒng)回歸擬合方法以及遺傳算法的兩種匹配方法,其中遺傳算法作為船機(jī)槳匹配優(yōu)化方法,將其與傳統(tǒng)方法進(jìn)行了比較。為了研究非設(shè)計(jì)工況下的船機(jī)槳匹配性能,本文基于MATLAB/Simulink環(huán)境下建立了非設(shè)計(jì)工況的推進(jìn)系統(tǒng)仿真模型,并對(duì)平臺(tái)基于傳統(tǒng)回歸擬合方法匹配的螺旋槳、基于遺傳算法匹配的螺旋槳以及實(shí)際船舶采用的螺旋槳分別進(jìn)行非設(shè)計(jì)工況仿真分析。本文根據(jù)38800DWT散貨船的數(shù)據(jù),利用匹配平臺(tái)進(jìn)行計(jì)算,其計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證了平臺(tái)的準(zhǔn)確性,同時(shí)表明了基于遺傳算法的匹配方法相比傳統(tǒng)的回歸擬合方法而言,能夠匹配更大效率的螺旋槳,且計(jì)算流程相對(duì)簡(jiǎn)單。根據(jù)非設(shè)計(jì)工況推進(jìn)系統(tǒng)仿真模型,針對(duì)設(shè)計(jì)工況、輕載工況以及重載工況三種工況進(jìn)行仿真,仿真結(jié)果表明:非設(shè)計(jì)工況下實(shí)船采用的設(shè)計(jì)槳的機(jī)槳配合特性最優(yōu),其次是遺傳算法匹配的螺旋槳,最后是傳統(tǒng)方法匹配的螺旋槳。同時(shí),傳統(tǒng)方法匹配的螺旋槳在非設(shè)計(jì)工況下無(wú)法運(yùn)行在主機(jī)限制線內(nèi),說(shuō)明只根據(jù)設(shè)計(jì)工況進(jìn)行匹配設(shè)計(jì),會(huì)導(dǎo)致非設(shè)計(jì)工況下機(jī)槳匹配工作出現(xiàn)超出主機(jī)運(yùn)行限制區(qū)域的問(wèn)題,因此考慮設(shè)計(jì)工況點(diǎn)與非設(shè)計(jì)工況結(jié)合的機(jī)槳匹配具有重要意義。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：U662
【部分圖文】：

圖 1. 1 MAN&ME 系列柴油機(jī)的減額輸出研究的主要有幾大低速機(jī)生產(chǎn)商，其程中的應(yīng)用，通過(guò)研究主機(jī)功率點(diǎn)在出結(jié)論并對(duì) ITTC 規(guī)定的輕運(yùn)行裕度的研究主要從經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，開(kāi)展對(duì)低設(shè)計(jì)院的崔存剛等人研究了減額輸出差額回歸年限來(lái)確定減額輸出點(diǎn)選在

齒輪箱以及傳動(dòng)軸將輸出功率傳遞給螺旋槳，螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生推力以克服航行船舶阻力。1 2 341-主機(jī)；2-齒輪箱；3-傳動(dòng)軸；4-螺旋槳圖 2. 1 船舶推進(jìn)系統(tǒng)布置示意圖船舶推進(jìn)系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換的物理模型如所示，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出量為轉(zhuǎn)速engn 和扭矩減速齒輪箱和傳動(dòng)軸系，將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變?yōu)槁菪龢�的轉(zhuǎn)速Pn ，經(jīng)過(guò)摩擦力矩的損機(jī)輸出扭矩變成軸系輸出扭矩shaftQ 。此外，螺旋槳輸出的推力PT 由于推力減額成有效推力shT ，同時(shí)船速 Vsh又影響著螺旋槳的進(jìn)速 VA，而進(jìn)速?zèng)Q定著螺旋槳扭矩，構(gòu)成了推進(jìn)系統(tǒng)的一個(gè)閉環(huán)。

從船-機(jī)-槳的能量傳遞過(guò)程可以看出，船舶推進(jìn)系統(tǒng)各設(shè)備的任何一個(gè)參數(shù)變化都會(huì)影響整個(gè)推進(jìn)系統(tǒng)的能量關(guān)系，從而影響推進(jìn)系統(tǒng)的性能，因此，需要對(duì)整個(gè)船-機(jī)-槳系統(tǒng)以及各個(gè)部分進(jìn)行研究，從而使得船、機(jī)、槳三者能夠良好的配合工作。為了滿足工程計(jì)算的精準(zhǔn)、快速、經(jīng)濟(jì)性和通用性等要求，本章基于 MATLAB GUI 搭建了船機(jī)槳匹配平臺(tái)，該 GUI 平臺(tái)的基本功能有以下六點(diǎn)：（1）船舶阻力計(jì)算模塊：根據(jù)船型數(shù)據(jù)能夠計(jì)算不同航速下的船舶阻力，同時(shí)可以繪制sR V阻力曲線以及Te sP V有效功率曲線，可以直觀地表達(dá)船舶阻力以及有效功率隨航速的變化關(guān)系。這樣，對(duì)于缺少試航數(shù)據(jù)的船舶，也能夠根據(jù)基本的船型數(shù)據(jù)計(jì)算其船舶阻力和船舶有效功率。（2）船-機(jī)-槳船舶-主機(jī)匹配模塊：已知船速 V 和船舶的有效功率曲線（或船舶阻力曲線）根據(jù)設(shè)定的螺旋槳直徑 D（或轉(zhuǎn)速 N），來(lái)確定螺旋槳的最佳直徑D（或轉(zhuǎn)速n）、效率0η ，螺距比 P /D ，從而確定所需主機(jī)功率SP 。（3）船-機(jī)-槳主機(jī)-螺旋槳匹配模塊：已知主機(jī)功率SP 、轉(zhuǎn)速 n以及有效功率曲線之后，基于傳統(tǒng)的回歸擬合方法或者遺傳算法兩種方法來(lái)確定最高螺旋槳效率η 時(shí)的航
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本文編號(hào)：2870308