隨著設計制造與控制信息技術在船舶領域的快速發(fā)展,世界著名螺旋槳制造商LIPS公司被芬蘭的W?rtsil?柴油機廠商收購,世界主要柴油機制造商MAN BW公司擁有螺旋槳設計和生產部門,這標志著船舶推進系統(tǒng)集成化逐漸成為船舶設計的必然趨勢�！按瑱C槳”匹配作為船舶推進系統(tǒng)集成的核心,對提高船舶營運的經濟性和安全性至關重要。但是“船機槳”匹配一般基于船舶設計工況點,設計的主機以及螺旋槳參數在設計工況下運行最優(yōu),而船舶經常運行在非設計工況下,“船機槳”匹配性能以及主機最佳運行性能較難獲得。因此本文在開展設計工況下的“船機槳”匹配研究的同時,還進行了非設計工況下主機-螺旋槳匹配特性的研究,確保船舶在非設計工況下能夠滿足船舶的設計與運行要求。本文基于Matlab/GUI環(huán)境建立了推進系統(tǒng)集成化設計平臺,該平臺具有船阻計算模塊、船舶-主機匹配模塊(初步匹配)、主機-螺旋槳匹配模塊(終結匹配)以及螺旋槳校核模塊。在船舶-主機匹配模塊中研究了影響低速機設計工況點選取的三種因素;主機-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槳匹配優(yōu)化方法,將其與傳統(tǒng)方法進行了比較。為了研究非設計工況下的船機槳匹配性能,本文基于MATLAB/Simulink環(huán)境下建立了非設計工況的推進系統(tǒng)仿真模型,并對平臺基于傳統(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際船舶采用的螺旋槳分別進行非設計工況仿真分析。本文根據38800DWT散貨船的數據,利用匹配平臺進行計算,其計算結果驗證了平臺的準確性,同時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,且計算流程相對簡單。根據非設計工況推進系統(tǒng)仿真模型,針對設計工況、輕載工況以及重載工況三種工況進行仿真,仿真結果表明:非設計工況下實船采用的設計槳的機槳配合特性最優(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,傳統(tǒng)方法匹配的螺旋槳在非設計工況下無法運行在主機限制線內,說明只根據設計工況進行匹配設計,會導致非設計工況下機槳匹配工作出現超出主機運行限制區(qū)域的問題,因此考慮設計工況點與非設計工況結合的機槳匹配具有重要意義。
【學位單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：U662
【部分圖文】：

圖 1. 1 MAN&ME 系列柴油機的減額輸出研究的主要有幾大低速機生產商，其程中的應用，通過研究主機功率點在出結論并對 ITTC 規(guī)定的輕運行裕度的研究主要從經濟性出發(fā)，開展對低設計院的崔存剛等人研究了減額輸出差額回歸年限來確定減額輸出點選在

齒輪箱以及傳動軸將輸出功率傳遞給螺旋槳，螺旋槳旋轉產生推力以克服航行船舶阻力。1 2 341-主機；2-齒輪箱；3-傳動軸；4-螺旋槳圖 2. 1 船舶推進系統(tǒng)布置示意圖船舶推進系統(tǒng)能量轉換的物理模型如所示，發(fā)動機的輸出量為轉速engn 和扭矩減速齒輪箱和傳動軸系，將發(fā)動機轉速變?yōu)槁菪龢霓D速Pn ，經過摩擦力矩的損機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 ，同時船速 Vsh又影響著螺旋槳的進速 VA，而進速決定著螺旋槳扭矩，構成了推進系統(tǒng)的一個閉環(huán)。

從船-機-槳的能量傳遞過程可以看出，船舶推進系統(tǒng)各設備的任何一個參數變化都會影響整個推進系統(tǒng)的能量關系，從而影響推進系統(tǒng)的性能，因此，需要對整個船-機-槳系統(tǒng)以及各個部分進行研究，從而使得船、機、槳三者能夠良好的配合工作。為了滿足工程計算的精準、快速、經濟性和通用性等要求，本章基于 MATLAB GUI 搭建了船機槳匹配平臺，該 GUI 平臺的基本功能有以下六點：（1）船舶阻力計算模塊：根據船型數據能夠計算不同航速下的船舶阻力，同時可以繪制sR V阻力曲線以及Te sP V有效功率曲線，可以直觀地表達船舶阻力以及有效功率隨航速的變化關系。這樣，對于缺少試航數據的船舶，也能夠根據基本的船型數據計算其船舶阻力和船舶有效功率。（2）船-機-槳船舶-主機匹配模塊：已知船速 V 和船舶的有效功率曲線（或船舶阻力曲線）根據設定的螺旋槳直徑 D（或轉速 N），來確定螺旋槳的最佳直徑D（或轉速n）、效率0η ，螺距比 P /D ，從而確定所需主機功率SP 。（3）船-機-槳主機-螺旋槳匹配模塊：已知主機功率SP 、轉速 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確定最高螺旋槳效率η 時的航
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本文編號：2870308