某舰CODAD推进装置动态性能及其控制策略的仿真研究

摘要

计算机仿真技术是利用系统的数学模型，在计算机上进行的试验，它是预测和研究系统动态性能的有效手段，主要特点是投资少，见效快，无风险。某舰是我国正在研制的新型舰艇，其动力装置主要由四台PA6柴油机，两个液力偶合器，两个减速齿轮箱和两个调距桨和一套控制系统组成。由于国内首次使用相继增压的PA6柴油机，并无经验可借鉴，同时该舰具有使用工况多，技术要求高等特点，保证该舰推进装置安全可靠的工作是至关重要的。 船用柴油机的建模方法大致可分为四类：线性化模型、准稳态模型、充排模型和压力波模型。线性化模型是一种忽略次要因素的简化方法，对系统做了很多的假设，这种模型与线性化工况点有很大的关系，不适用于大幅变动工况的研究。准稳态模型把柴油机的动态过程看成一系列的稳态过程组成，其基础是柴油机各部分的稳态特性、基本的动力学和热力学方程以及基于实验的经验公式，在稳态试验数据的基础上建立动态模型，可用于动态性能实时仿真和非实时的瞬态性能分析及优化。充排模型主要用于非实时的动态性能分析及稳态性能预测，它基于放热规律，对气缸内工作过程进行详细的计算，主要用于柴油机稳态性能的精确预测。压力波模型的缸内过程模型和充排法相同，但是它进一步考虑了压力波在进排气管内的传播过程，是这四种方法中计算量最大，同时也是精度最高的一种方法。根据本课题的特点，作者采用Matlab/Simulink仿真工具，参考了国内外柴油机的建模方法，在准稳态的基础上，建立了该舰的主机的仿真模型，同时还建立了CODAD装置的其他各个部件以及螺旋桨的仿真模型，并利用该仿真模型与某研究所建立的控制系统模型接口，通过联调验证了该模型是基本正确的，同时对控制系统参数设定提供一定参考。 利用联调好的推进装置和控制系统的仿真模型，本文还研究了本舰四机双桨工作时，从前进一正常加速以及紧急加速至前进五的动态过程，分析了在紧急加速过程中，加有负荷限制和不加负荷限制两种情况下舰船推进装置的动态响应，仿真结果表明加速过程中必须加有负荷限制，否则柴油机很容易超负荷，导致故障。此外，根据本推进装置的特点，利用该仿真模型，本文讨论了双机接脱排过程中，两台柴油机的负荷转移情况以及相应的液力偶合器的工作情况。 在本文中，作者还针对本推进装置的特点，介绍了各种工况下的机桨配合情况。 由于本舰的推进装置为四机双桨工作，用非线性的液力偶合器与减速齿轮箱进行功率传递，同时驱动可调桨，对于如此复杂的推进装置的仿真研究在国内尚属首次，同时数据不足，因而在建模过程中难免会有不足的地方，在本文的总结部分，作者结合在联调过程的体会，提出了本仿真模型有待改善的地方。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：主要符号说明

声明

第一章绪 论

1.1仿真技术对于舰船推进装置运行特性研究的意义

1.2国内外舰船推进装置仿真研究状况

1.2.1国外研究发展状况

1.2.2国内研究发展状况

1.3本文研究的目的及意义

1.4仿真工具的选用

第二章柴油机数学模型的研究

2.1柴油机动态模型建模方法概述

2.1.1线性化模型

2.1.2准稳态模型

2.1.3充排模型

2.1.4压力波模型

2.2柴油机基本结构

2.3柴油机数学模型

2.3.1供油装置

2.3.2柴油机本体模型

2.3.3涡轮增压器模型

2.3.4中冷器模型

第三章传动机组和螺旋桨数学模型的研究

3.1偶合器的数学模型

3.1.1偶合器的工作特点

3.1.2偶合器的仿真模型

3.2减速齿轮箱的数学模型

3.3螺旋桨的数学模型

3.4船体的数学模型

3.4.1船体基本模型

3.4.2部分桨工作时船体阻力计算

第四章某舰船机桨工况配合特性

4.1舰船及CODAD装置简介

4.2机、桨的工作特性

4.2.1船舶柴油机的工作特性

4.2.2船舶柴油机的工作范围

4.2.3螺旋桨的推进特性

4.2.4可调桨的基本特性

4.2.5可调桨扩大了柴油机的工作范围

4.3双机单桨的配合特性

4.4.多桨推进时的机桨配合特性

4.5可调桨在四机双桨推进装置中的作用

4.5.1双机并车中单机工作时使用可调桨的优点

4.5.2多桨推进中部分桨工作时使用可调桨的优点

第五章CODAD联合推进装置仿真结果分析

5.1仿真控制系统模型介绍

5.2正常加速过程的动态性能分析

5.3紧急加速过程的动态性能

5.3.1加速规律的影响

5.3.2负荷控制的影响

5.4双机接脱排过程仿真结果

第六章总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文