电力推进船舶螺旋桨模拟负载的研制

摘要

随着电力电子、变频器控制和计算机控制等技术的迅猛发展，电力推进因其节能高效、环保、操作性好以及易于控制等优点，已经成为船舶推进方式的发展方向，国内外造船界和科研单位都对船舶电力推进系统加大研究力度。螺旋桨作为电力推进系统的重要组成部分，其负载特性必然影响着对综合电力推进系统的关键技术研究。因此，本课题基于集美大学轮机工程学院船舶综合电力推进系统科研平台建设项目，研发螺旋桨负载的物理模拟系统，对深入研究电力推进系统有非常重要的意义。
　　本论文以螺旋桨负载为研究对象，依据异步电动机的工作特性，采用PLC技术、变频调速技术以及计算机控制技术，研制可以准确模拟船舶在不同工况下的螺旋桨工作特性的实验系统，完善船舶综合电力推进系统科研平台。本论文主要工作如下：
　　1.介绍了螺旋桨的基本参数、推力与转矩的计算公式、螺旋桨敞水特性曲线和船桨之间的相互作用，并详细地对螺旋桨的三种重要转矩特性进行了分析，阐述了螺旋桨推力特性和船舶阻力特性。
　　2.分析比较现有不同类型螺旋桨模拟系统的优缺点，针对现有电力推进系统，设计了综合电力推进科研平台的螺旋桨负载系统的组成结构，提出了螺旋桨负载模拟系统的控制方案，并分析所采用关键技术的工作机理。
　　3.根据设计方案，完成系统组成的硬件选型以及系统集成。分析了系统不同部分的控制流程并完成PLC程序编制，重点研究了PLC和变频器通信的实现方法。
　　4.研究了船桨数学模型的算法，设计了螺旋桨模拟负载的监控软件结构和软件界面，开发基于Delphi的上位机监控软件，实现了监控软件与PLC通信以及图谱数据的处理。
　　5.系统联调与数据分析。测试螺旋桨工作在不同工况下的实验数据并进行数据分析。
　　实验测试证明，本项目开发的螺旋桨负载模拟系统工作正常，可以模拟螺旋桨自由航行特性、系缆特性和反转特性。各个设备之间成功实现数据实时传输，负载监控软件实现控制负载系统启动，为负载系统提供给定转矩，显示转速、转矩和航速等状态并可以将数据存储到数据库中。

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第1章 引言

1.1 课题研究背景、来源和意义

1.2 国内外电力推进船舶螺旋桨模拟负载研究现状

1.3 本课题研究内容

第2章 船用螺旋桨特性

2.1 螺旋桨的重要参数[27,28]

2.2 敞水螺旋桨的推力和转矩

2.3 螺旋桨工作特性曲线

2.4 螺旋桨与船体的相互作用

2.5 螺旋桨转矩特性

2.6 螺旋桨的推力特性

2.7 船舶阻力特性

2.8 本章小结

第3章 螺旋桨负载模拟系统设计

3.1 船桨数学模型研究

3.2 螺旋桨负载模拟系统方案设计及关键技术

3.3 螺旋桨负载模拟系统的硬件组成分析

3.4 螺旋桨负载模拟系统的控制软件的开发

3.5 变频器的设置

3.6 本章小结

第4章 螺旋桨负载模拟系统监控软件设计

4.1 负载系统监控软件总体设计

4.2 负载系统监控软件主要功能分析

4.3 负载系统监控软件的开发

4.4 本章小结

第5章 螺旋桨负载模拟系统调试与数据分析

5.1 综合电力推进科研平台介绍

5.2 负载模拟实验数据分析

5.3 本章小结

第6章 结论与展望

致谢

参考文献

附录

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