船舶调距桨装置动态加载试验系统研究

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。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外调距桨研究现状

1．2．2 国内调距桨研究现状

1．3 本文研究目标、研究内容和拟解决的关键问题

1．3．1 本文研究目标

1．3．2 拟解决的关键问题

1．3．3 本文研究内容

1．4 本章小结

第2章 调距桨装置动态加载试验系统方案分析

2．1 调距桨装置概述

2．1．1 调距桨装置组成

2．1．2 调距桨桨毂结构

2．1．3 调距桨推进系统

2．2 调距桨装置陆上加载试验方法

2．2．1 静态加载试验方法

2．2．2 动态加载试验方法

2．3 试验系统总体设计方案

2．4 试验系统设计原则

2．4．1 驱动系统设计原则

2．4．2 测控系统设计原则

2．5 本章小结

第3章 调距桨装置离心加载方法研究

3．1 桨叶受力分析

3．1．1 水动力弯矩和水动力扭矩

3．1．2 离心力扭矩

3．1．3 转叶力矩

3．2 调讴桨装置离心加载原理

3．2．1 离心加载装置受力分析

3．2．2 离心力扭矩

3．2．3 离心力弯矩

3．3 离心加载装置分析与设计

3．3．1 桨叶载荷计算

3．3．2 离心加载装置参数计算

3．3．3 离心加载装置干涉校核

3．4 离心加载方法有限元分析验证

3．4．1 有限元分析理论

3．4．2 桨毂及离心加载装置模型

3．4．3 离心加载装置有限元仿真

3．4．4 仿真结果分析

3．5 本章小结

第4章 试验台驱动系统设计与仿真

4．1 驱动系统组成及原理

4．1．1 驱动电机及变频系统

4．1．2 并车齿轮箱

4．1．3 滑动轴承

4．1．4 调距桨装置转动惯量

4．2 驱动模式及控制原理

4．2．1 单车驱动模式

4．2．2 并车驱动模式

4．3 驱动系统Simulink建模

4．3．1 系统建模仿真理论

4．3．2 驱动电机及控制器建模

4．3．3 并车齿轮箱及滑动轴承建模

4．3．4 驱动系统整体建模

4．4 驱动系统不同工况仿真分析

4．4．1 单车驱动稳距运行

4．4．2 并车驱动稳距运行

4．4．3 单车驱动调距运行

4．4．4 并车驱动调距运行

4．5 本章小结

第5章 试验台测控系统设计及试验结果分析

5．1 试验台电控系统

5．1．1 电控系统总体设计

5．1．2 电控子系统

5．1．3 电控主系统

5．2 试验台数采系统

5．2．1 应变片及测点位置

5．2．3 直角应变花测量原理

5．2．2 多路应变测量装置

5．3 试验台操作软件

5．3．1 操作软件功能模块

5．3．2 操作软件设计原理

5．4 调距桨加载试验流程

5．4．1 稳距运行试验

5．4．2 调距运行试验

5．5 试验结果与分析

5．5．1 稳距试验分析

5．5．2 调距试验分析

5．6 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 研究展望

参考文献