船用螺旋桨负载动态实验仿真装置研究

介绍了动态仿真船用螺旋桨负载的总全方案并给出了一种仿装置。该装置能仿螺旋桨在各种工况下的静、动态特性,为推进电机提供逼真的轴负载。装置的主体为转矩随动系统,其反馈转矩的测量采用了转矩传感器。文章针对某深潜救生艇的螺旋桨负载进行了仿真研究,仿真结果与实际响应接近。     

螺旋桨负载模拟装置的可行性验证

针对螺旋桨模拟装置的可行性进行了仿真验证.建立了一个带螺旋桨负载的推进系统的数学模型;设计了船桨模型,并结合曲线拟合方法获得了相关数据曲线的函数.在Simulink环境下,建立了整个仿真系统,并进行了动态仿真.通过仿真,螺旋桨负载模拟装置的运行结果与实际的螺旋桨特性基本一致,确定了模拟装置可以模仿船舶推进系统的动态特性,同时仿真程序可为工程实践提供理论支持.     

基于笼型异步电机的螺旋桨负载模拟研究

将笼型异步电机作为螺旋桨负载的模拟电机,通过建立旋转坐标系下的笼型异步电动机数学模型实现了电流在磁场方向和转矩方向的解耦,采用转矩矢量控制策略实现了机械负载模拟电机的转矩闭环控制。在MATLAB/Simulink仿真环境下构建了基于转矩矢量控制的机械负载模拟控制系统的仿真模型,并结合综合考虑船桨相互影响的螺旋桨负载模型进行了某船舶的螺旋桨起动和反转过程仿真研究。正确的模拟了船舶螺旋桨负载的反转特性,并确定所设计系统可以实现了机械负载转矩的四象限模拟,能够应用于螺旋桨等具有可逆性质的机械负载模拟的场合。     

螺旋桨负载下的全回转电力推进器动力学特性

为研究全回转电力推进器控制系统的动力学响应特性,建立一种变频器控制异步交流电机驱动螺旋桨动力学系统的数学模型,提出一种考虑螺旋桨动态负载特性的电机转速、螺旋桨转速、转矩、推力的迭代求解方法,构建考虑螺旋桨负载下的全回转电力推进器的动力学仿真模型。通过数值仿真,分析螺旋桨进速不变和变化,以及不同期望转速下的电机及螺旋桨负载的动态响应变化过程和特点。结果表明,建立的动力学仿真模型与实际运动情况相符;推力系数和转矩系数随进速的增加而减小,转速几乎不会发生变化,推力有明显下降;期望转速越低时,异步电机转速、螺旋桨转速和输出推力上升速率越快。同时,在进速增加时,推力下降的范围越小。因此,须合理考虑进速系数对于全回转电力推进器的控制和推力分配的影响。这种考虑螺旋桨负载下的全回转电力推进器的建模方法对于全回转推进器电力控制、船舶动力定位方法和推力分配策略的研究具有一定的工程价值和指导意义。     

船舶综合全电力推进系统的动态仿真

为了优化船舶综合全电力推进系统的控制性能,建立了由船舶电站、永磁同步电机和船桨组成的系统数学模型。给出了多台柴油发电机组并联运行的仿真计算方法。在螺旋桨特性计算中,提出了推力系数和扭矩系数的计算方法。针对永磁同步电机常规直接转矩控制存在负载角不稳定问题,提出了基于负载角限制的直接转矩控制算法。以中铁渤海1号船为例,实现船舶全电力推进系统的动态过程仿真,结果验证了数学模型和方法的有效性。     

深潜艇推进电动机的H∞控制研究

为了抑制转子电阻参数摄动和洋流、海浪引起的转矩波动对深潜艇推进电机调速系统的影响,对应用状态反馈鲁棒控制方法来处理推进感应电动机磁场定向下的矢量控制问题进行了研究,并在此基础上,根据建立的深潜艇直航运动模型和螺旋桨四象限动态工作情况下的仿真模型,进行了深潜艇直航推进仿真.仿真结果表明,这种方法能够有效抑制转子参数摄动和负载转矩波动对系统动态性能的影响.     

电力推进船的螺旋桨负载特性仿真与模拟试验

针对电力推进船舶在风浪中航行的各种工况,考虑船舶运动和风浪作用,建立带有风浪扰动的电推船桨模型。采用永磁同步电动机对螺旋桨负载特性进行仿真模拟,通过矢量控制使永磁同步电机的电磁转矩特性与螺旋桨各种工况的负载转矩特性一致。在MATLAB/Simulink软件平台上进行全数字建模与仿真,并进行半实物的模拟试验,验证系统的可行性。     

船舶电力推进螺旋桨负载模拟系统的研究

为促进船舶电力推进技术的研究和发展,应用现场总线、网络通信和计算机控制技术设计了船舶电力推进螺旋桨负载模拟系统.分析系统的机械动态平衡方程和螺旋桨转矩特性,建立模拟系统转矩计算模型和转矩控制方法,基于Delphi集成开发环境和SQL Server数据库技术编制了系统监控软件.实际运行表明:系统功能正确、工作稳定,控制精度达到电力推进试验要求.     

船舶螺旋桨负载模拟装置设计

综合考虑船舶和螺旋桨的相互影响,建立了螺旋桨负载的数学模型,设计了船舶螺旋桨负载模拟装置的软硬件系统,确定了试验装置的基本构成,并通过试验验证了方案的正确性和可行性。     

永磁同步电机直接转矩控制的建模与仿真研究

为了研究永磁同步电机直接转矩控制系统的动态性能,利用Matlab/Simulink建立了永磁同步电机直接转矩控制模型,并对电机的启动性能以及负载为阶跃输入情况进行了仿真分析,仿真结果表明所构建的系统模型动态过程符合实际调速系统运动过程。     

冰与螺旋桨相互影响下推进器扭矩和轴系荷载响应关联研究（英文）

Ships use propulsion machinery systems to create directional thrust. Sailing in ice-covered waters involves the breaking of ice pieces and their submergence as the ship hull advances. Sometimes, submerged ice pieces interact with the propeller and cause irregular fluctuations of the torque load. As a result, the propeller and engine dynamics become imbalanced, and energy propagates through the propulsion machinery system until equilibrium is reached. In such imbalanced situations, the measured propeller shaft torque response is not equal to the propeller torque. Therefore, in this work, the overall system response is simulated under the ice-related torque load using the Bond graph model. The energy difference between the propeller and propeller shaft is estimated and related to their corresponding mechanical energy. Additionally, the mechanical energy is distributed among modes. Based on the distribution, kinetic and potential energy are important for the correlation between propeller torque and propeller shaft response.     

Propeller torque load and propeller shaft torque response correlation during ice-propeller interaction

Ships use propulsion machinery systems to create directional thrust. Sailing in ice-covered waters involves the breaking of ice pieces and their submergence as the ship hull advances. Sometimes, submerged ice pieces interact with the propeller and cause irregular fluctuations of the torque load. As a result, the propeller and engine dynamics become imbalanced, and energy propagates through the propulsion machinery system until equilibrium is reached. In such imbalanced situations, the measured propeller shaft torque response is not equal to the propeller torque. Therefore, in this work, the overall system response is simulated under the ice-related torque load using the Bond graph model. The energy difference between the propeller and propeller shaft is estimated and related to their corresponding mechanical energy. Additionally, the mechanical energy is distributed among modes. Based on the distribution, kinetic and potential energy are important for the correlation between propeller torque and propeller shaft response.     

船舶推进轴系扭矩非接触式监测系统研究

柴油机是船舶动力的核心,船舶推进轴系的状态决定了机桨传动的效率.由于以接触式方法测量与计算轴功率和扭矩很不方便,因此需要更方便、更灵活的非接触式测量方法.提出一种新的基于光电技术的非接触式轴工况监测系统.两个编码盘和光电开关用来检测一定长度内轴的扭转角度,轴的扭转角度可根据计数器频率和叶片中心角,通过现场可编程门阵列（FPGA）量化,轴功率与扭矩可在计算机上显示出来.实验结果表明,该方法适用于量化轴的扭转角,去除了可能导致在线监测系统危险的冗余光纤.该监测系统的设计为船舶推进轴系的监测与故障诊断提供了一种思路.     

船舶柴油机转速的线性自抗扰控制

船舶柴油机推进系统包含非线性、时变参数以及柴油机-推进轴系-螺旋桨之间的强耦合作用,难以建立精确的数学模型,且易受到螺旋桨负载扰动的影响,不利于船舶柴油机转速的实时准确控制。针对此问题,将线性自抗扰控制（Linear Active Disturbance Rejection Control,LADRC）技术应用于船舶柴油机的转速控制系统。首先,基于平均值建模方法建立了某大型低速二冲程船舶柴油机的模型,并分析了转速控制中的不确定因素;然后,针对柴油机的转速控制问题设计了二阶LADRC控制器;最后,以船舶柴油机平均值模型为载体对LADRC的控制性能进行仿真测试,并与经过遗传算法优化的PI控制器进行对比。仿真结果表明,在负载扰动及模型参数改变的情况下LADRC表现出良好的控制性能,并且比PI控制具有更优的扰动抑制能力和鲁棒性。     

海洋异物接近对导管螺旋桨服役性能影响研究

螺旋桨是目前船舶及海洋装备重要推进装置,其工作可靠性及服役性能对我国海洋战略的实施具有非常重要的意义。复杂海洋环境下螺旋桨服役性能除受到风、浪、流等环境因素影响外,还受到周围其他海洋异物的影响,进而引起螺旋桨载荷特性发生突变。本文基于计算流体力学基础理论,建立导管螺旋桨水动力学数值仿真模型。将海洋异物接近过程简化为准定常过程,分析不同接近距离对导管桨水动力性能的影响。基于流固耦合理论,将水动力学载荷施加在桨叶表面,获得不同接近距离时桨叶应力、应变的变化特性。研究结果表明：海洋异物的接近会对导管桨水动力学特性产生较大的影响作用。当异物接近距离为0.01 m时,导管桨推力将增加11.74%,扭矩增加12.73%,桨叶最大应力值增加32.06%,最大形变量增加30.28%。本文研究工作对导管桨服役性能评估及疲劳寿命预测具有非常重要的参考意义。     

Long marine shafting alignment and optimization considering propeller hydrodynamic force in wake field北大核心CSCD

[目的]针对计入螺旋桨水动力的舰船轴系校中计算,传统方法通常容易忽略船体伴流场的影响,使得螺旋桨水动力计算的结果与真实值之间存在较大偏差,从而导致轴系校中精度下降。[方法]以某舰船长轴系为对象,建立桨-轴-船一体化有限元模型及其伴流场流域模型,利用CFD数值仿真的叠模方法计算螺旋桨水动力;采用流固耦合法将流体计算结果作用于螺旋桨表面,进行轴系校中计算,并得到螺旋桨水动力对轴系整体挠曲线及各轴承状态参数的影响规律。在此基础上,引入多目标优化算法开展轴系多目标优化校中,来解决轴系末端四套轴承间载荷差值过大的问题。[结果]考虑螺旋桨水动力后,轴系尾部挠度变化减小,越靠近螺旋桨处的轴承其载荷所受影响越大,载荷值随进速系数的增大而减小;对比多目标优化前后的轴系校中状态,轴系各轴承之间的载荷差值明显减小,轴系运行状态得到改善。[结论]所提方法提高了计入螺旋桨水动力的轴系校中计算精度,可为轴系校中质量的提升提供参考。     

基于有限元模型的船用螺旋桨桨叶应力分析

采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)软件建立静止域(舵、导管及船体)和旋转域(螺旋桨)的三维几何模型,在螺旋桨流场内求解雷诺平均纳维-斯托克斯方程(Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations,RANS),由此对船用螺旋桨产生的推力和转矩特性进行数值模拟。对比分析在压载工况和满载工况下螺旋桨桨叶的压力分布、沿不同轴的受力情况和绕不同轴的转矩情况,为轴系弹性校中提供更加准确可靠的应力情况,对船用螺旋桨的生产设计提供有益的参考。