船舶调距桨装置动态加载试验系统研究

发布时间：2017-08-17 03:06

  本文关键词：船舶调距桨装置动态加载试验系统研究

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【摘要】：调距桨装置具有良好的工作特性,可以有效提高船舶的机动性、经济性和操纵性,其市场应用范围从军舰到商船和民用船舶均已覆盖。调距桨装置动态加载试验系统作为检验调距桨装置性能及可靠性的主要设备之一,可以在很大程度上提升我国调距桨装置的研究和开发能力。本文研究的课题来源于某调距桨装置试验台研发项目,针对调距桨装置动态加载试验系统的设计原则和若干关键技术问题进行了分析和研究。研究涉及到的关键技术问题主要包括调距桨装置离心加载方法研究、单车和并车驱动设计与仿真以及试验台测控系统设计。全文具体研究内容如下：(1)介绍了调距桨装置组成、桨毂结构及推进系统,并对调距桨静态加载方法和动态加载方法进行了分析。根据被试件的试验要求,提出了船舶调距桨装置动态加载试验系统的总体设计方案。此外,对于试验台的驱动系统和测控系统,分别给出了设计原则。其中对于驱动系统,给出了设计要求和选型方法；对于测控系统,提出了操作面板+试验软件的分级模式。(2)通过对调距桨桨叶在水中受力的分析,给出了桨叶所受外载荷的计算方法。通过对离心加载装置结构和受力模型进行理论分析,提出了离心力扭矩和离心力弯矩的具体计算方法。同时对满足调距桨装置加载试验载荷模拟要求的离心加载装置的各个尺寸参数进行计算,并进行干涉校核。根据计算所得的尺寸参数,对离心加载装置进行三维建模,再利用有限元仿真软件ANSYS模拟调距桨动态加载的工况,通过仿真分析对离心加载方法的效果进行评估。(3)介绍了试验台驱动系统主要组成部分的参数及原理,包括驱动电机、并车齿轮箱和滑动轴承。提出利用变频器主从控制功能实现双电机并车驱动,并对单车和并车两种驱动模式的控制原理进行了分析。利用系统仿真软件Simulink对驱动系统的主要组成部分进行建模,给出了各个模型的搭建原理,并对整个驱动系统进行仿真。仿真工况包括单车和并车驱动稳距运行、单车和并车驱动调距运行,并对仿真结果进行分析。(4)根据试验系统整体功能的要求,结合离心加载的特点和驱动系统的组成,对试验台测控系统进行设计,包括电控系统、数采系统和操作软件。对于电控系统,提出了主系统+子系统的分布式设计方法；对于数采系统,提出了应变测点位置及多路应变测量装置的设计原理；对于操作软件,介绍了功能模块组成及监控程序的设计原理。介绍了试验流程,并以稳距运行和调距运行试验中两个典型试验为例,给出了试验结果。通过分析试验数据,对试验系统的性能进行评估。
【关键词】：调距桨装置 动态加载 离心加载装置 并车驱动 有限元仿真 Simulink仿真 应变测量
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U664.3
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 绪论13-21
• 1.1 研究背景及意义13-15
• 1.2 国内外研究现状15-17
• 1.2.1 国外调距桨研究现状15-16
• 1.2.2 国内调距桨研究现状16-17
• 1.3 本文研究目标、研究内容和拟解决的关键问题17-20
• 1.3.1 本文研究目标17-18
• 1.3.2 拟解决的关键问题18
• 1.3.3 本文研究内容18-20
• 1.4 本章小结20-21
• 第2章 调距桨装置动态加载试验系统方案分析21-35
• 2.1 调距桨装置概述21-25
• 2.1.1 调距桨装置组成21-22
• 2.1.2 调距桨桨毂结构22-23
• 2.1.3 调距桨推进系统23-25
• 2.2 调距桨装置陆上加载试验方法25-27
• 2.2.1 静态加载试验方法25-26
• 2.2.2 动态加载试验方法26-27
• 2.3 试验系统总体设计方案27-29
• 2.4 试验系统设计原则29-34
• 2.4.1 驱动系统设计原则29-31
• 2.4.2 测控系统设计原则31-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第3章 调距桨装置离心加载方法研究35-57
• 3.1 桨叶受力分析35-39
• 3.1.1 水动力弯矩和水动力扭矩36-38
• 3.1.2 离心力扭矩38-39
• 3.1.3 转叶力矩39
• 3.2 调距桨装置离心加载原理39-43
• 3.2.1 离心加载装置受力分析39-41
• 3.2.2 离心力扭矩41-42
• 3.2.3 离心力弯矩42-43
• 3.3 离心加载装置分析与设计43-48
• 3.3.1 桨叶载荷计算43-44
• 3.3.2 离心加载装置参数计算44-46
• 3.3.3 离心加载装置干涉校核46-48
• 3.4 离心加载方法有限元分析验证48-55
• 3.4.1 有限元分析理论48-49
• 3.4.2 桨彀及离心加载装置模型49-51
• 3.4.3 离心加载装置有限元仿真51-53
• 3.4.4 仿真结果分析53-55
• 3.5 本章小结55-57
• 第4章 试验台驱动系统设计与仿真57-83
• 4.1 驱动系统组成及原理57-66
• 4.1.1 驱动电机及变频系统57-59
• 4.1.2 并车齿轮箱59-61
• 4.1.3 滑动轴承61-64
• 4.1.4 调距桨装置转动惯量64-66
• 4.2 驱动模式及控制原理66-70
• 4.2.1 单车驱动模式66-67
• 4.2.2 并车驱动模式67-70
• 4.3 驱动系统Simulink建模70-75
• 4.3.1 系统建模仿真理论70
• 4.3.2 驱动电机及控制器建模70-72
• 4.3.3 并车齿轮箱及滑动轴承建模72-73
• 4.3.4 驱动系统整体建模73-75
• 4.4 驱动系统不同工况仿真分析75-80
• 4.4.1 单车驱动稳距运行75-77
• 4.4.2 并车驱动稳距运行77-79
• 4.4.3 单车驱动调距运行79-80
• 4.4.4 并车驱动调距运行80
• 4.5 本章小结80-83
• 第5章 试验台测控系统设计及试验结果分析83-103
• 5.1 试验台电控系统83-86
• 5.1.1 电控系统总体设计83-85
• 5.1.2 电控子系统85
• 5.1.3 电控主系统85-86
• 5.2 试验台数采系统86-90
• 5.2.1 应变片及测点位置87-88
• 5.2.2 直角应变花测量原理88-89
• 5.2.3 多路应变测量装置89-90
• 5.3 试验台操作软件90-94
• 5.3.1 操作软件功能模块90-91
• 5.3.2 操作软件设计原理91-94
• 5.4 调距桨加载试验流程94-97
• 5.4.1 稳距运行试验95
• 5.4.2 调距运行试验95-97
• 5.5 试验结果与分析97-101
• 5.5.1 稳距试验分析97-99
• 5.5.2 调距试验分析99-101
• 5.6 本文小结101-103
• 第6章 总结与展望103-107
• 6.1 全文总结103-104
• 6.2 研究展望104-107
• 参考文献107-110

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本文编号：686796