舰用燃气轮机推进装置虚拟试验技术的研究

摘要

联合动力装置由于其能有效解决军舰全速时的大功率和巡航时的经济性,同时由于其组合形式灵活多变,已成为今后世界各国大型舰船的动力发展趋势。而燃燃联合动力装置在各种型式的联合动力装置中具有自己独特的优点:功率密度大、启动及加载时间短、噪声低频分量低等,其满足了军用舰艇为提高战斗力需要提高航速和机动性能的要求,越来越受到各国海军的青睐,因此研究燃燃联合动力装置对我国舰船动力的发展有着重要意义。
　　本文分析了燃燃联合动力装置推进系统的主要配置形式,各自的特点以及在船舶推进系统中得应用情况,对燃燃联合动力装置进行了初步设计。同时,运用MATLAB/-Simulink仿真工具对燃燃联合动力装置推进系统以模块化的设计方法对其进行了建模与仿真,整个系统包括三轴燃气轮机模型、sss离合器模型、并车齿轮箱模型、并车控制器模型、调速器模型、推进器模型以及船体模型。通过建立的仿真模型,对单台燃气轮机的动态过程、两台燃气轮机的并车、切换过程进行了仿真研究,得到了在各种运行模式下的燃气轮机功率、出口温度等相关参数以及并入、切换时sss离合器的中间件在不同比转加速度和不同阻尼下的位移变化规律,并对燃燃联合动力装置的控制方案和控制参数进行了初步研究。
　　建立燃气轮机仿真模型时对燃气轮机相关部件的特性曲线的处理是关键,本文结合神经网络法和最小二乘法对燃气轮机部件特性进行了拟合,满足了仿真的拟合精度要求。同时,本文将模糊控制应用于燃燃联合动力装置的调速控制中,通过模糊控制,自动地修改、调整和完善模糊控制规则,从而再现实际操纵中对该型燃气轮机的实际控制经验,达到了良好的控制燃燃联合推进装置这一高度非线性、较大时滞和时变性的复杂系统的效果。

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Contents

第1章绪论

1.1课题背景及选题意义

1.2燃气轮机推进系统国内外的发展与应用

1.3 虚拟试验技术及其在船舶动力装置中的应用

1.4本文主要研究工作

第2章燃燃联合推进装置的试验台架初步设计及建模方法概述

2.1实船上燃燃联合动力装置主要的组成和配置

2.2燃燃联合推进推进系统试验台架的总体设计

2.3燃燃联合推进装置的运行方式

2.4模块化建模方法

2.5 本章小结

第3章燃燃联合推进装置的数学模型

3.1三轴燃气轮机数学模型

3.2 调速器模块

3.3 sss离合器模块

3.4 齿轮箱模块

3.5 燃燃联合推进装置(COGAG)的并车控制

3.6 推进器模块

3.7 船体模块

3.8 本章小结

第4章模糊自整定PID控制器及特性数据的处理

4.1 模糊自整定PID控制

4.2 特性数据的处理

4.3 本章小结

第5章燃燃联合推进装置的仿真模型

5.1三轴燃气轮机的仿真模型

5.2 模糊自整定PID控制器仿真模型

5.3 sss离合器仿真模型

5.4 并车齿轮箱模型

5.5并车控制器模型

5.6 螺旋桨模型

5.7 船体模型

5.8燃气轮机单机及燃燃联合推进装置总体模型图

5.9 本章小结

第6章三轴燃气轮机及燃燃联合推进装置仿真结果分析

6.1三轴燃气轮机仿真结果及分析

6.2 sss离合器不同调节参数时仿真结果分析

6.3燃燃联合推进装置仿真结果分析

6.4 仿真应注意的问题

6.5 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢