气缸燃烧对船舶推进轴系扭振的影响

针对柴油机燃烧工况变化引起的轴系扭振问题,以某集装箱船作为研究对象,运用有限元方法对该船舶推进轴系进行固有频率的计算分析,确定可以代表轴系扭转振动的参考点,并将柴油机正常燃烧和单缸熄火的工况对轴系扭振的影响进行仿真分析。结果表明:在低频率阶次的振动情况下,曲轴的振幅比中间轴和尾轴的大,并且曲轴扭转角的最大位置基本上发生在输出端,尾轴中最大的扭转角和扭矩发生在螺旋桨处;柴油机在正常燃烧情况下的推进轴系的扭转振幅小;在单缸熄火的情况下,熄火气缸越接近曲轴的输出端,轴系螺旋桨处的最大扭转角度越小,但减小的幅度不大。     

船舶复杂轴系扭转振动建模及动力学分析

针对船舶复杂轴系结构,提出一种基于能量法的轴系扭转振动建模及动力学分析方法。该方法对船舶复杂轴系中的典型结构进行统一能量化描述,如联轴器、齿轮、负载等,并结合弹性轴的能量函数构建轴系结构的拉格朗日能量泛函;然后,利用最小二乘法和广义变分法,对轴系角位移展开项系数进行求解,从而建立适用于船舶复杂轴系结构的扭转动力学模型。通过与有限元方法计算结果相比较来验证该建模方法的准确性,并利用该方法分析连接刚度和负载转动惯量对整体轴系扭振特性的影响,以期为船舶复杂轴系设计提供一定参考。     

基于串口通讯的船舶轴功率测试分析系统开发研究

文章介绍了一种船舶轴功率测试系统的组成、原理和软件实现。轴功率测试仪采用了遥测应变测量技术,可动态测量轴系的轴功率。通过实船测试验证了该轴功率测量系统的准确性和可靠性,测量精度满足实船轴功率测量的技术要求。     

基于扭转弹性波理论的船舶柴油机推进轴系扭振研究

本文建立了连续轴模型中沿轴向传播的扭振弹性波的波动方程组,结合方程组的初始条件和边界条件及波动方程解的行波表达式,导出了各轴段扭转弹性波传播的解析表达式,利用数值迭代方法可求解;利用弹性波分析理论对船舶柴油机推进轴系的连续模型进行了扭振响应计算的研究,在激励力上可同时计及各谐次的综合作用,可精确计算共振及非共振工况的强迫振动响应,使计算过程与扭振实测分析过程完全对应.研究中,对某船舶柴油机推进轴系的扭转振动振形和轴系扭振响应进行了计算,获得了较好的效果.     

船舶轴系扭转振动消减方法研究

船舶轴系是船舶推进系统的主要组成部分,轴系产生的扭转振动是引发船舶推进系统事故的重要因素之一。在分析了船舶轴系扭转振动产生的原因、计算方法以及减振措施之后,并以某型船舶为例,利用轴系扭振计算软件,研究了优化该船轴系扭振的措施。     

某船舶推进轴系扭振计算分析

提高轴系扭振计算精度,必须有精确的原始参数,以准确掌握船舶轴系扭振情况。在有限元分析软件中,建立曲柄半拐等的三维模型,用有限元分析方法精确的确定了各质量、轴段的转动惯量、扭转刚度等精确原始参数。基于建立的实船轴系当量系统,计算出了各结自由振动的频率及对应的共振转速,自由端和飞轮输出端的振幅,分析了轴段应力和扭矩随曲轴转角及转速的变化关系。结果表明在整个转速范围内,扭转振幅小于限定值,轴段的最大扭矩和应力均小于材料许用值,本船舶轴系扭转振动状况是良好的。     

应变测量在轴系扭转振动测试中的应用

针对目前船舶轴系扭转振动测试主要采用的角位移和角速度测量方法不能直接测量出轴系扭转振动应力,会造成一定程度的误差的问题,基于目前非常成熟的应变测量技术,对轴系扭转振动的测量进行分析,给出数据处理的方法,并提出基于无线遥测轴功率系统进行功率-扭振测试系统的开发和数据分析方法。     

冰载荷冲击下的船舶推进轴系瞬态扭转振动响应分析

传统的推进轴系扭转振动响应计算聚焦于稳态响应,而传递矩阵法、系统矩阵法,可以取得满意的稳态计算结果,但无法处理冰区船舶、海洋工程船舶所遇到的变载荷、变惯量等瞬态工况。为了克服频域扭振计算方法在处理瞬态条件扭振问题的局限性,使用 Newmark 法从时域求解轴系扭转振动微分方程组,基于该算法对某船推进轴系在冰载荷作用下的瞬态响应做了数值计算。其结果表明,在冰载荷冲击下,轴系瞬态扭矩比稳态扭矩大;通过时频分析,在冰载荷作用期间,出现了明显的螺旋桨叶频激励,因此须避免冰载荷激励产生轴系扭转振动的叶次共振。 Newmark 法扭振计算结果与实船测试结果对比表明,该方法在稳态响应计算和时域曲线上都与实际测量结果基本一致,具有工程实用性。     

大型船舶轴系故障非接触式监测方法

大型船舶轴系故障具有多变性,导致当前故障识别方法无法有效对各种类型的大型船舶轴系故障进行准确识别,为了提高大型船舶轴系故障识别的效果,设计一种新型的大型船舶轴系故障非接触式监测方法。首先采集大型船舶轴系故障识别信号,采用小波对其进行去噪,然后换提取大型船舶轴系故障识别信号特征,最后采用最小二乘支持向量机设计大型船舶轴系故障识别的分类器,并进行了具体的大型船舶轴系故障识别模拟实验。与其他大型船舶轴系故障识别方法相比,本文方法通过小波抑制了大型船舶轴系故障识别信号中的噪声干扰,提高了大型船舶轴系故障识别成功率,加快了大型船舶轴系故障识别的训练时间,建立更高效率的大型船舶轴系故障识别分类器。     

船舶轴系轴功率测试仪的研制

文章介绍一种船舶轴系轴功率测试仪的原理和结构,轴功率测试仪采用了遥测应变测量技术,可动态测量轴系的轴功率。试验验证表明,轴功率测试仪的测量精度满足实船轴功率测量的技术要求。     

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.     

潜艇艉轴及电机激振对电机基座加速度的影响

电机振动为潜艇噪声的重要振源,掌握其特性对于优化艇体结构设计有着重要的意义。采用结构有限元耦合流体边界元的附加质量阻尼算法,对潜艇的2种不同位置激振的工况进行水下振动计算,并对数值计算结果进行了比较和分析。从离散频率的加速度值和功率两个层面上初步讨论了低频段内艉轴激振力与电机激振力对电机基座上加速度的影响。结果表明：在艉轴激振力比电机激振力大一个数量级的情况下,艉轴激振力对电机基座加速度的影响远小于电机激振力对其的影响,因而可以忽略。在实艇航行中,当艉轴与电机激振力同时存在的情况下,确保了电机振动特征信号测量的准确性。     

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体方案并给出了一种仿真装置。该装置能仿真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，文章以某深潜救生艇的螺旋桨负载为研究对象，建立了系统的数学模型，设计了转矩随动系统，利用设计的装置进行了综合仿真，仿真结果与负载实际响应接近。     

用准定常升力线理论预报螺旋桨在非均匀流场中的性能

本文应用准定常升力线理论预报船用螺旋桨的性能,建立了适合中型计算机的程序。通过四个桨模的敞水试验和性能计算结果比较表明,对于计算螺旋桨的推力与转矩系数,只要应用升力线理论加上简单的粘性经验修正及升力面影响修正,不必作边界层计算即可得到比较满意的结果。伴流场中单个叶片推力与转矩脉动计算表明,用升力线作计算时,伴流产生的水流弯曲对推力、转矩脉动有较明显的影响,对推力偏心度则影响不大,计算所得的推力、转矩脉动可供计算主机扭振及轴系振动的外力作参考。     

外载荷作用下船舶推进系统非线性动力学分析

以某船推进系统为研究对象,应用有限元和子结构缩减法,建立了包含主机、轴系、螺旋桨及简易轴承座的船舶推进系统非线性多体动力学模型。对该系统在额定功率下燃气压力和螺旋桨激振力的作用进行了多体动力学计算。分析了螺旋桨、轴系等的受力情况及位移随曲轴转角的变化。结果表明,艉轴后轴承处轴系受力与位移呈现两端大中间小的分布情况,螺旋桨竖直向下位移最大值为2.86mm,轴向位移最大值为1.18mm,相对角位移最大值为0.087rad。该方法为分析和提高船舶推进系统可靠性及其优化等提供了重要参考。     

Statistical consideration of propeller load fluctuation at racing condition in irregular waves

Propeller load fluctuation in rough sea conditions is caused by two components: one is the fluctuating inflow velocity and the other is the emergence of the propeller disk from the water. Such disturbances cause large fluctuations in engine power and revolutions, and can lead to the failure of the propulsion plant, which is unacceptable in extreme seas. However, due to strong nonlinearity in the effect of propeller emergence and nonlinear interactions with the inflow velocity in the propeller torque fluctuation, the procedure for obtaining the statistical properties of the propeller torque in extreme sea conditions is not clear. If the statistical properties of propeller torque fluctuation—such as the variance and the probability density function—are known, the corresponding statistics of the response of the engine can be obtained, allowing the safe operation of ship propulsion plants in extreme irregular seas to be assessed.     

新型科考船发电系统控制策略研究

为解决船舶轴功率测量中非接触供电、高精度扭矩采集和无线数据传输的实时性、可靠性问题,设计一套测量系统。该系统为实现非接触供电设计了一套无线感应供电装置,为实现高精度扭矩测量采用了24位高精度和低噪声AD转换芯片CS5532,为保证数据传输的实时性和可靠性采用了2.4 GHz无线数据传输技术。此外,通过扭矩校准试验来验证该系统的测量精度,试验表明该系统达到设计要求,满足船舶轴功率测量需求。     

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。     

金属转轴无线感应供电系统传输功率分析与结构优化

金属转轴扭矩、功率和形变等参数的在线检测在船舶等领域具有广泛的工程应用背景,对旋转机构的供电问题是影响检测可靠性和实用性的关键。传统的滑环和电池供电方式存在可靠性和寿命上的局限性。本文设计了一种用于金属转轴的侧置式感应供电系统,建立了磁场耦合单元的有限元分析模型,分析了互感耦合参数对系统传输功率和效率的影响,得出了在不同谐振拓扑结构下以最大传输功率为目标的最佳互感耦合参数,包括最佳的原副边线圈电感值及其比例等等关系,以及金属转轴与磁芯间距离。进一步分析了通过磁屏蔽技术和改进原边线圈绕制方式来提高金属转轴感应供电系统能量传输效率的可行性。最后通过实验验证了本文设计和分析方法的准确性和有效性。