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长距离通航隧洞船舶曳引系统方案研究
| 论文题名： | 长距离通航隧洞船舶曳引系统方案研究 |
| 关键词： | 通航隧洞;船舶曳引系统;结构设计;运行稳定性;运行工况 |
| 摘要： | 乌江作为贵州省水运主通道骨干，也是贵州省融入长江经济带主要载体之一，为提高船舶载运效率，拟建设乌江通航隧洞。隧洞航道处于封闭性水域，航道岸壁为直立型，断面尺度受限，属于一种特殊的限制性航道。又由于乌江航道运输船标准船型体态较大，长距离隧洞内光线暗、船与岸间距较小，船舶难以在此种航道中安全通行，因此提出采用隧洞船舶曳引系统通航技术，其性能直接关系到船舶能否在隧洞环境中安全通航。 曳引系统作为一种机械牵引式通航方案，在通航宽度、水深、牵引角度、牵引加速度等运行工况下产生非线性的动态响应，增大了通航过程中的不确定性。论文主要围绕曳引系统在隧洞运行稳定性与运行工况之间的关系展开研究，以期设计可应用于乌江隧洞中的船舶曳引系统方案。本论文主要从以下几方面展开研究： 首先，通过搭建船舶曳引系统运动数学模型，探究系统能否保证船舶在隧洞中安全通航，得到系统运行稳定性与运行工况之间的变化关系。以思林枢纽为例，针对等比例缩小模型，根据曳引系统基本组成结构与被牵引船模受力情况，模拟船模在航道中的运动状态，建立运动学数学模型。代入船模及航道数据求解数学模型，以船舶在不同运行工况下所产生最大偏移量及最大拉力为主要依据，验证曳引系统在隧洞中安全通航的可行性，得到曳引系统运行稳定性与运行工况变化之间的关系。 其次，为验证曳引系统数学模型分析结论准确性，通过开展物理模型试验，探究曳引系统不同通航工况下船舶的运动状态，提出系统最佳运行工况的建议。在数值仿真计算的基础上，模拟思林枢纽航道条件，搭建曳引系统试验台架，开展物理模型试验。基于试验数据，验证仿真结论的准确性，得到模型试验中最佳运行工况。根据相似性关系方程，计算得到实际隧洞航道中最佳航道建设尺寸、牵引加速度、牵引角度等运行工况，为实船曳引系统方案设计提供理论依据。 最后，根据仿真与试验结论，结合实际隧洞环境条件，设计系统控制方案与各组成部件结构，计算所需部件参数。采用有限元分析技术，对所设计结构关键受力点进行应力及应变分析，验证结构设计的合理性。 论文研究成果可对航道及通航曳引系统建设提供参考，对降低环境污染、降低工程造价、增大通航安全有一定指导意义。 |
| 作者： | 陈文博 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 高岚;潘志翔 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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