船舶电力推进系统螺旋桨负载特性仿真研究

发布时间：2017-06-28 03:04

  本文关键词：船舶电力推进系统螺旋桨负载特性仿真研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 近年来,随着电力半导体技术,变频调速技术和微机控制技术的迅速发展,船舶电力推进技术获得了广泛应用。电力推进作为一种进步的推进方式,以其诸多的优越性已成为国内外现代船舶推进方式新的发展方向。螺旋桨作为推进器在电力推进系统中占有重要地位。因此研究螺旋桨负载特性对于深入认识电力推进系统是非常重要的。本课题就是在武汉理工大学“船舶电力推进仿真系统实验室”项目资助下,通过仿真实验对螺旋桨负载进行了研究和分析。 本论文以螺旋桨负载为研究对象,并将船和桨作为一个整体,为实验室船舶电力推进仿真系统开发了一套螺旋桨负载仿真模型,从而能提供给推进电机逼真的轴负载,准确模拟船舶在不同工况下螺旋桨的工作特性。本论文的主要工作如下: 1.介绍了螺旋桨的工作机理、螺旋桨工作特性曲线和装船后与船体的相互影响关系,并详细分析了螺旋桨的三种典型特性和船舶阻力特性; 2.为了逼真地模拟螺旋桨负载,本文采用有界形式的螺旋桨进速比,选取诺尔特斯特洛姆系列试验图谱,并用切比雪夫多项式拟合,而且对不同桨叶数和盘面比的螺旋桨推力系数和转矩系数进行修正; 3.为了使实验室电力推进仿真系统真实模拟实船的动态负载特性,从推进系统转动部分机械运动平衡方程式着手,分析仿真系统的负载电机转矩和转动惯量与实船的螺旋桨转矩和转动惯量之间的关系,寻找一种转矩折算方法; 4.用Saber库中的元件和MAST语言对各数学模型进行描述,构建了螺旋桨负载模型,并仿真分析; 5.利用Saber与Matlab/Simulink软件各自的特点,对两者协同仿真进行了初步研究,实现了协同仿真的接口问题; 6.与实船操纵和运动规律对比,仿真结果表明整个船桨仿真模型有较高的精度,在一定程度上能较好地模拟实际螺旋桨负载的工作状态,其结果可为电力推进系统的性能提供理论预报和分析。
【关键词】：船舶电力推进系统 螺旋桨负载特性 仿真 Saber Matlab/Simulink
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：U664.14
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 选题的背景及意义10-13
• 1.2 国内外电力推进应用及螺旋桨负载研究情况13-17
• 1.2.1 国内外船舶电力推进发展现状13-15
• 1.2.2 国内外螺旋桨负载研究现状15-17
• 1.3 论文主要研究内容17-18
• 第2章 船用螺旋桨特性18-36
• 2.1 螺旋桨的重要参数18-19
• 2.2 敞水螺旋桨的推力和转矩19
• 2.3 螺旋桨工作特性曲线19-20
• 2.4 螺旋桨与船体的相互作用20-25
• 2.4.1 船对螺旋桨的影响:伴流系数21-22
• 2.4.2 螺旋桨对船的影响:推力减额系数22-25
• 2.5 螺旋桨转矩特性25-28
• 2.5.1 自由航行特性25-26
• 2.5.2 系缆(抛锚)特性26
• 2.5.3 螺旋桨反转特性26-28
• 2.6 船舶阻力特性28-35
• 2.6.1 裸船体阻力28-31
• 2.6.2 附加阻力31-33
• 2.6.3 阻力、有效功率与航速及船型的关系33-35
• 2.7 本章小结35-36
• 第3章 船桨运动模型36-46
• 3.1 螺旋桨四象限工作特性曲线36-38
• 3.2 螺旋桨特性曲线拟合38-43
• 3.2.1 螺旋桨特性曲线的选取38-39
• 3.2.2 螺旋桨特性曲线的解析形式39-43
• 3.3 推力系数和转矩系数的修正43
• 3.4 船桨数学模型43-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第4章 船舶电力推进混合仿真系统46-52
• 4.1 混合仿真系统的组成46-47
• 4.2 实轴推进系统47-49
• 4.3 实验仿真系统与实船电力推进系统转矩关系49-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第5章 螺旋桨负载特性动态仿真52-75
• 5.1 仿真软件介绍52-56
• 5.1.1 软件组成、特点及分析功能52-53
• 5.1.2 建模语言MAST53-56
• 5.2 仿真软件Saber建模56-65
• 5.2.1 进速比模型57-58
• 5.2.2 推力系数和转矩系数模型58-61
• 5.2.3 推力、转矩和船速模型61-62
• 5.2.4 船舶阻力模型62-63
• 5.2.5 螺旋桨进速模型63-65
• 5.3 典型工况的仿真分析65-74
• 5.3.1 船舶正车启动65-68
• 5.3.2 船舶正航停车68-71
• 5.3.3 船舶正航拉倒车71-74
• 5.4 本章小结74-75
• 第6章 Saber与Matlab/Simulink协同仿真75-82
• 6.1 Matlab/Simulink简介75-77
• 6.1.1 Matlab的主要优缺点75-76
• 6.1.2 Simulink工具箱简介76-77
• 6.2 Saber与Matlab/Simulink协同仿真77-81
• 6.3 本章小结81-82
• 第7章 结论与展望82-84
• 7.1 全文总结82
• 7.2 本文不足和后续研究展望82-84
• 参考文献84-88
• 致谢88-89
• 攻读硕士学位期间发表论文89

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 蒋志金;张文孝;任莉;;基于Simulink的船机桨网匹配建模与仿真[J];装备制造技术;2013年04期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 许爱德;开关磁阻电机在船舶电力推进中的应用研究[D];大连海事大学;2010年

2 林治国;船舶电力推进系统的硬件在回路仿真[D];武汉理工大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前8条

1 王晨光;基于Weis-Fogh机构的船舶电力推进系统的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

2 张丛辉;船舶燃气轮机—发电系统稳定性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

3 杨江;吊舱式电力推进系统的建模与仿真[D];武汉理工大学;2011年

4 宋春楠;船舶电力推进系统中螺旋桨负载模拟的研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

5 李修强;船舶运动建模与特性仿真研究[D];武汉理工大学;2010年

6 汪金波;基于DSP直接转矩控制负载模拟系统的研究[D];集美大学;2012年

7 伍文晖;水面无人艇试验平台设计[D];大连海事大学;2013年

8 池飞飞;船用永磁同步电机直接转矩控制仿真研究[D];武汉理工大学;2013年

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本文编号：492228