海洋工程船舶综合推进系统建模与仿真

发布时间：2017-08-26 14:31

  本文关键词：海洋工程船舶综合推进系统建模与仿真

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【摘要】：为了对海洋工程船舶的综合推进系统进行分析与研究,以“海洋石油681”船舶作为研究对象,进行了推进系统的建模与仿真。推进系统数学模型包括柴油机机理数学模型、柴油机控制逻辑模型、船舶操纵运动数学模型、推进器数学模型以及三维虚拟场景、推进系统的三维模型和仿真可视化的二维展示等。数学模型均在Matlab仿真平台中进行过验证后再进行编程实现。柴油机模型的原型是Wartsila 16V32型先进涡轮增压四冲程V型柴油机。本课题的柴油机模型结合了热力学原理和柴油机建模方面比较流行的容积法原理创建,进行了柴油机缸内热力过程、进排气系统、涡轮增压系统、活塞连杆机构的建模。控制逻辑与实船控制逻辑一致。推进器数学模型采用荷兰B4-55型螺旋桨图谱以及经验公式创建。船舶运动模型及船桨干涉模型采用的是日本拖拽水池委员会(JTTC) MMG小组提出的分离结构模型(MMG模型)。为了突出重点、优化仿真结构、简化运算,模型仅涉及船舶前进、横移、转首三个自由度。水动力导数采用的是周昭明对井上图谱进行回归分析提出的回归公式。仿真平台按照模型、数据、显示界面、模型管理器的结构进行设计,以实现分层管理和模块化,方便对仿真程序的维护。架构采用的是微软WPF (Windows Presentation Foundation)桌面应用程序架构,以实现仿真程序丰富的表现能力。仿真平台中的三维模型首先是采用Autodesk公司的3ds Max软件进行前期制作,然后将得出的三维模型再通过Electric Rain ZAM 3D进行坐标、材质、动画等调整,最后转换为WPF支持的XAML (eXtensible Application Markup Language)格式,三维模型交予应用程序进行控制。通过创建较为精细的推进系统模型,本课题研究的仿真平台可以进行船舶综合推进系统的性能分析,综合推进系统的操纵培训,也可以进行基于综合推进系统模型的控制系统研究。
【关键词】：工程船舶 综合推进 柴油机模型 WPF技术
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U664.3
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题研究的背景10-12
• 1.2 课题研究的意义12-14
• 1.3 课题研究的现状14-16
• 1.4 课题的主要工作16-18
• 第2章 柴油机数学模型18-38
• 2.1 建模的理论基础19-20
• 2.2 工质的热力学性质20-22
• 2.3 缸内热力过程22-31
• 2.3.1 燃烧放热模型23-24
• 2.3.2 气体流动模型24-27
• 2.3.3 气缸散热模型27-30
• 2.3.4 气缸工作容积30-31
• 2.4 进排气热力过程31-32
• 2.4.1 排气系统31-32
• 2.4.2 进气系统32
• 2.5 空冷器热力过程32-33
• 2.6 涡轮增压器33-38
• 2.6.1 涡轮机数学模型33-35
• 2.6.2 压气机数学模型35-38
• 第3章 推进器数学模型38-46
• 3.1 螺旋桨推力及扭矩38-42
• 3.2 舵力及其力矩42-46
• 第4章 船舶运动数学模型46-53
• 4.1 三自由度基本公式46-48
• 4.2 附加质量、静矩与附加惯性矩48-49
• 4.3 船舶绕Z轴转动惯量49
• 4.4 粘性类流体动力及力矩49-52
• 4.4.1 船体纵向水动力50-51
• 4.4.2 船体横向水动力51
• 4.4.3 船体首摇力矩51-52
• 4.5 船舶位移计算52-53
• 第5章 综合推进系统仿真53-73
• 5.1 仿真程序结构53-55
• 5.2 数学模型的实现55-62
• 5.2.1 微分方程组的数值解55-57
• 5.2.2 图谱的数值化方法57-62
• 5.3 三维模型的创建62-65
• 5.4 仿真程序界面设计65-73
• 5.4.1 程序控件设计65-69
• 5.4.2 界面布局设计69-73
• 第6章 结论与展望73-75
• 参考文献75-79
• 致谢79-80
• 研究生履历80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 张晓飞;叶家玮;曾晓鹏;;对转集成电机推进器研究[J];舰船科学技术;2012年12期

2 徐俊;;碧海骄子 铁军锻造——UT788CD—1建造管理经验谈[J];中国军转民;2014年01期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 王海燕;大型低速船用柴油机建模与系统仿真[D];大连海事大学;2007年

2 甘辉兵;LNG船推进系统建模与仿真研究[D];大连海事大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 张玉武;重心有理插值的理论与方法研究[D];安徽理工大学;2010年

2 陆瑶;船用柴油机燃烧与排放三维数值模拟研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

3 白军;大型船舶靠泊操纵仿真研究[D];大连海事大学;2010年

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本文编号：741934