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基于船机桨动态特性的船舶航速优化研究
| 论文题名： | 基于船机桨动态特性的船舶航速优化研究 |
| 关键词： | 船机桨匹配;动态特性;航速优化;机器学习 |
| 摘要： | 船舶远洋运输是国际贸易最主要的运输方式，但航运业每年CO2排放高达10亿吨，在气候问题愈发引起各国关注，碳达峰、碳中和已成为国际共识的背景下，航运业迫切需要降低碳排放以满足越发严格的法规要求。航速优化因其投资少而收益显著备受船东青睐，而基于船机桨动态特性的航速优化研究，不仅能够通过优化各航段航速降低船舶主机燃油消耗，还可以充分考虑船舶航行动态特性，对于指导船舶经济运行具有非常重要的意义。 以某30万吨级远洋油船为研究对象，分析动态过程中各航行参数随航速的变化规律，基于船机桨之间数学物理关系建立动态过程数学与仿真模型。同时基于船舶航行数据建立主机油耗机器学习模型，采用随机搜索与网格搜索相结合的方法进行模型超参数寻优，并模拟实际航行环境评估模型预测可靠性。对航速离散化处理后采用python语言自主开发源程序，应用Gurobi优化求解器求解稳态航速优化问题，并分析航行时间与气象条件对优化节能效果的影响;在此基础上分别采用迭代计算与动态规划的方法进行动态航速优化研究。 研究结果表明，所建动态过程仿真模型能够准确捕捉与记录加减速过程中各参数的变化，满足10％左右的工程应用误差;主机油耗预测模型相对误差均在4％以内，模型预测准确性较高。航速优化能够实现较好的节油效果:与历史航行数据相比节油量为45.43t，节油率可达6.44％;与准时恒速航行相比节油量为26.61t，节油率为3.88％。由于动态过程主机油耗、航行距离与持续时间在全航程中占比很小(分别为0.378％、0.276％、0.290％)，因此从节油效果来看，稳态与动态航速优化差异并不显著，但是动态航速优化充分展现了船舶实际航行时的加减速过程。基于船机桨动态特性的航速优化突破稳态航速优化中存在的航速阶跃变化的局限，在充分考虑船舶加减速过程的同时为船舶节能减排提供了可行技术手段。 |
| 作者： | 张强 |
| 专业： | 动力工程及工程热物理 |
| 导师： | 孙宝芝 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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