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原文传递某艇动力推进系统仿真

论文题名：	某艇动力推进系统仿真
关键词：	舰船;推进系统;柴油机;计算机仿真;数学模型
摘要：	推进系统是舰船的心脏，是舰船不可缺少的重要组成部分。柴油机推进系统是现代舰船最常用的推进系统，它在动力性和经济性方面具有独特的优点，同时舰船推进系统是一个复杂的非线性系统，无法用常规的方法分析其在各个机动工况下的动态特性，而动态特性对于舰艇的作战性能的影响是非常大的。比如，涡轮增压柴油机的瞬态性能较差。当柴油机在怠速空转时突然接排正车或倒车离合器，柴油机的转速会大幅度下降，甚至失速停车；当柴油机带螺旋桨紧急加速时，循环喷油量急剧增加而造成燃油燃烧不完全，还可能发生增压器喘振等等。计算机仿真是利用系统的数学模型在计算机上进行的实验，它的主要特点是投资少、无风险、见效快及不受实验条件的限制。本课题研究的艇推进系统是由三台柴油机、三台倒顺离合减速器齿轮箱、三只定距螺旋桨组成。目前，对该柴油推进系统的动态性能研究主要分为试验研究和仿真研究，试验研究由于受试验条件、周期以及耗费的限制，远远不能满足对导弹艇动力装置动态性能研究的需要。本文作者将对上面的导弹艇柴油机推进系统进行建模和离线仿真，并研究其动态性能。通过对仿真母型船某艇动力推进系统基本资料的收集，在仿真软件MATLABSIMULINK平台上，搭建某导弹艇的柴油动力推进系统模型。推进系统模型分为柴油机子模型，传动设备子模型，螺旋桨子模型和艇的阻力子模型。柴油机子模型包含了调速器、喷油泵、涡轮、压气机、流量函数和柴油机本体模块。为了在仿真时随时可以调用涡轮和压气机的效率和压比值，作者把压气机和涡轮的特性曲线离散化，并制作成查询模块，只要给出压气机或涡轮的转速和流量就可以通过插值和推理得出相应的效率和压比值。螺旋桨特性计算的核心是推力系数和扭矩系数的确定和计算。本文采用多项式拟合方法处理螺旋桨特性曲线，得到的四个象限的推力系数和扭矩系数可以满足全工况仿真的需要。为了检查船机桨的匹配性，对动力推进系统进行正常航行时的稳态仿真。所得的仿真结果与实际航行中的结果比较，仿真结果有较好的精度。在此基础上进行推进系统的动态仿真。在三机三桨工作方式下,正常加减速、正常换向和紧急加速、紧急换向工况下，研究不同的控制规律和参数，对整个推进系统动态性能的影响。得到以下结论：关于正常加减速，热机状态主机正常加速应遵循PA6柴油机使用手册的建议；关于紧急加速，控制规律建议采用30秒方案；关于正常换向，正常换向过程中主机加、减速的速率和热机正常加、减速的速率相同，柴油机在600r/min时脱开正车离合器，空车停留时间根据艇的车钟指令来确定，倒车离合器同步之后，柴油机的转速指令可先减速，然后再反向加速；关于紧急换向，柴油机在减速阶段宜采用紧急减速速率，柴油机在600r/min时脱开开车离合器，在航速≤17节再停留2～3秒后接倒车离合器，反向加速采用正常加速速率。并在动态性能研究的基础上，对艇推进系统的机动性进行预测。在建模的过程中，对柴油机的准稳态模型进行了一定的简化和修改，省略了进排气管，加入流量函数，使仿真速度得到了很大的提高。在动态仿真的过程中，作者对原来的控制规律和参数进行优化，不但保证了主机不超过负荷或尽量少超负荷，而且很大程度上提高了艇的机动性。
作者：	景民
专业：	轮机工程
导师：	陆金铭
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏科技大学
学位年度：	2008
正文语种：	中文