隨著設(shè)計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,世界主要柴油機(jī)制造商MAN BW公司擁有螺旋槳設(shè)計和生產(chǎn)部門,這標(biāo)志著船舶推進(jìn)系統(tǒng)集成化逐漸成為船舶設(shè)計的必然趨勢�！按瑱C(jī)槳”匹配作為船舶推進(jìn)系統(tǒng)集成的核心,對提高船舶營運的經(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)計工況點,設(shè)計的主機(jī)以及螺旋槳參數(shù)在設(shè)計工況下運行最優(yōu),而船舶經(jīng)常運行在非設(shè)計工況下,“船機(jī)槳”匹配性能以及主機(jī)最佳運行性能較難獲得。因此本文在開展設(shè)計工況下的“船機(jī)槳”匹配研究的同時,還進(jìn)行了非設(shè)計工況下主機(jī)-螺旋槳匹配特性的研究,確保船舶在非設(shè)計工況下能夠滿足船舶的設(shè)計與運行要求。本文基于Matlab/GUI環(huán)境建立了推進(jìn)系統(tǒng)集成化設(shè)計平臺,該平臺具有船阻計算模塊、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)計工況點選取的三種因素;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)計工況的推進(jìn)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(jìn)行非設(shè)計工況仿真分析。本文根據(jù)38800DWT散貨船的數(shù)據(jù),利用匹配平臺進(jìn)行計算,其計算結(jié)果驗證了平臺的準(zhǔn)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(jù)非設(shè)計工況推進(jìn)系統(tǒng)仿真模型,針對設(shè)計工況、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)計工況下實船采用的設(shè)計槳的機(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,傳統(tǒng)方法匹配的螺旋槳在非設(shè)計工況下無法運行在主機(jī)限制線內(nèi),說明只根據(jù)設(shè)計工況進(jìn)行匹配設(shè)計,會導(dǎo)致非設(shè)計工況下機(jī)槳匹配工作出現(xiàn)超出主機(jī)運行限制區(qū)域的問題,因此考慮設(shè)計工況點與非設(shè)計工況結(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，通過研究主機(jī)功率點在出結(jié)論并對 ITTC 規(guī)定的輕運行裕度的研究主要從經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，開展對低設(shè)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(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)動機(jī)的輸出量為轉(zhuǎn)速engn 和扭矩減速齒輪箱和傳動軸系，將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速變?yōu)槁菪龢霓D(zhuǎn)速Pn ，經(jīng)過摩擦力矩的損機(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 ，同時船速 Vsh又影響著螺旋槳的進(jìn)速 VA，而進(jìn)速決定著螺旋槳扭矩，構(gòu)成了推進(jìn)系統(tǒng)的一個閉環(huán)。

從船-機(jī)-槳的能量傳遞過程可以看出，船舶推進(jìn)系統(tǒng)各設(shè)備的任何一個參數(shù)變化都會影響整個推進(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，需要對整個船-機(jī)-槳系統(tǒng)以及各個部分進(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，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(jù)船型數(shù)據(jù)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(dá)船舶阻力以及有效功率隨航速的變化關(guān)系。這樣，對于缺少試航數(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確定最高螺旋槳效率η 時的航
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本文編號：2870308