水下闭式循环动力系统动态过程数值仿真研究

水下闭式循环动力系统具有高比能量、大比功率以及无工质排放的优点,能够大幅提高水下航行器航速、航程、航深和隐蔽性。本文首次针对某新型水下闭式循环动力系统建立其动态模型,其中燃烧室模型考虑气相氢、氧气和液相冷却水的相互耦合作用,汽轮机模型考虑其转子惯性和容积惯性,冷凝器模型考虑3个相区:过热区、饱和区和过冷区。利用该模型对系统动态过程进行仿真分析,结果表明只要氢、氧气和冷却水流量在系统动态过程中保持一定的比例关系,则燃烧室温度基本保持不变,而燃烧室压力和汽轮机输出功率仅取决于总工质流量。该结论为制定系统解耦控制策略奠定了基础。     

适用于UUV的闭式循环热动力系统

锂/六氟化硫热源的能量密度很高,生成液体产物且体积小于消耗的锂的体积,航行中无需向外界排放。锂/六氟化硫在热管反应器中反应并将热量传给工质。热管反应器与汽轮机、斯特林发动机或布赖顿涡轮机结合可构成闭式循环动力系统,适合用于无人水下航行器(UUV)的动力。本文介绍了热管反应器的工作特性,以及闭式循环汽轮机动力系统、斯特林发动机动力系统和布赖顿涡轮机动力系统的组成,对系统的工作参数与循环效率进行分析。     

安静型潜艇的AIP动力系统及其废气管理

介绍了常规动力潜艇推进系统及不依赖于空气的动力系统(AIP)，比较了闭式循环柴油机、斯特林发动机、闭式蒸汽轮机装置以及燃料电池等4种基本AIP系统各自的特点，分析了自主式水下动力系统废气排放对潜艇性能，尤其是隐蔽性的影响，最后阐述了AIP系统废气的吸收、压缩式处理方法。     

船舶回汽制动对主蒸汽系统运行特性的影响

基于实际船舶蒸汽动力系统运行机制,解析船舶回汽制动过程,利用CFD方法计算正车工况下主蒸汽系统管路速度场和压力场的稳态分布规律;拟合并引入基于二次程序开发的正倒车回汽流量模型作为动态计算边界条件,动态计算分析回汽制动过程蒸汽流量变化对主蒸汽系统的影响。结果表明,在回汽制动过程中,蒸汽分配箱、正车供汽管及倒车供汽管的最大压降满足主汽轮机操作规范要求。     

船舶主汽轮机撤汽管路系统撤汽性能分析

为提高船舶主汽轮机的机动性和热力系统汽水稳定循环特性,明晰船舶主机撤汽过程中撤汽系统性能,以某船主汽轮机撤汽管路系统为原型,基于船舶蒸汽动力系统设计经验分析主汽轮机撤汽系统运行机理,利用CFD数值模拟的方法计算主机撤汽管路系统压力场和流速场的稳态变化特性,结果表明,在主机撤汽过程内,撤汽流速逐渐增大,撤汽温度略有升高,撤汽湍动能和壁面剪切应力快速升高,撤汽压力不断降低,撤汽流量不断升高,由此判定船舶主机撤汽方法满足主汽轮机机动性和热力系统的性能要求,供实船蒸汽动力系统设计参考。     

潜艇低特征信号的闭式循环柴油机AIP系统

开发出的几种AIP动力系统已达到可供使用的阶段。其中闭式循环柴油机是费效比最好的一种，陆基试验和海上试验结果均表明，闭式循环柴油机AIP系统适合于超静运行。回顾了开发商、发动机制造商和潜艇设计建造商合作研制的闭式循环柴油机系统。其主要组成部分是目前的“现成商品”高压柴油机、再循环气体吸收器以及相关的水处理系统和集成监控系统。讨论了包括降噪治理效果在内的该系统的各个方面，介绍了荷兰“海鳝”1400级潜艇的闭式循环柴油机，利用英国维克斯造船工程公司的方案鉴定计算机程序，对在柴油机开式和闭式循环运行情况下的AIP潜艇进行了分析。闭式循环柴油机也可以选择用作核潜艇在冰下航行时的一种应急备用设备。     

水下航行器三速制流量调节阀的动态特性研究

为提高航行器流量调节阀性能,在双速制流量调节阀基础上,对三速制流量调节阀进行系统研究,提出了结构改进方法,建立了以三速制流量调节阀为主的动力系统仿真模型,并对其换速过程的动态特性进行了仿真研究。     

某型船蒸汽动力系统的建模及仿真研究

以某型船的蒸汽动力系统为研究对象,采用建模软件JTopmeret对该蒸汽动力系统进行建模并对该系统的动态过程进行仿真分析.结果表明,该模型对主要特性参数仿真的误差在5%以内,并且所模拟的动态变化特性与实际系统的动态特性吻合.     

火药燃烧产物水蒸气对水下导弹弹射弹道模型的影响

本文对采用高温燃气配合冷却水连续注入式调能的水下导弹弹射过程进行分析,考虑了火药燃烧产物中水蒸气的影响,将燃气中的水与冷却水统一考虑,再分为预先集中注入水和连续喷注水两部分。针对燃烧产物及不同阶段注入的水,进行了汽化机理、建压、做功过程分析,并以此为基础,依据弹射进程的不同特点,按3个不同的特征阶段,建立了能量平衡方程和汽化方程,构建了考虑火药燃烧产物中水蒸气的弹射弹道模型基本方程组,该模型的改进提高了水下导弹弹射出筒过程的计算精度。     

船用间冷循环燃气轮机供油规律仿真研究

根据热力系统机理建模的方法建立燃气轮机的完全非线性数学模型,考虑了对燃气轮机系统影响较大的转动惯性、容积惯性及中间冷却器的热惯性,基于Matlab/Simulink对船用间冷循环燃气轮机进行动态性能研究.针对分段线性的供油规律对间冷燃气轮机进行变工况性能仿真,得到间冷燃气轮机在加速过程中的最佳供油规律。     

不同推进方式下LNG船电力系统的比较与发展趋势

文章对不同推进方式下LNG船的电力系统进行了比较,主要比较了蒸汽推进、双燃料电力推进、两冲程柴油机推进、燃气轮机电力推进等四种推进方式下LNG船电力系统的网络结构、系统容量、系统效率等一些技术指标,并在此基础上介绍了未来LNG船电力系统及推进方式的发展趋势.     

船用燃气轮机发电系统建模与仿真研究

关注燃气轮机电气外特性,忽略其内部化学反应和热力循环,采用模块化建模方法建立了船用燃气轮机发电系统完整的数学模型,其中包括整流逆变模型、推进电机及螺旋桨负载模型。通过Simulink仿真,重点研究系统启动性能及动态特性;并对负载类型的影响以及三相短路故障进行了分析。结果表明该模型能够反映实际燃气轮机发电系统的运行特性,为研究船舶燃气轮机发电系统协调控制及多机并联运行奠定了基础。     

水下航行器新型高效动力系统

从水下航行器对动力系统的要求出发,分析了常规燃料AIP、小堆AIP技术和永磁同步电力推进系统国外发展概况,提出了小堆AIP技术和永磁同步电力推进系统组成的水下航行器新型高效动力系统,在对该系统研究后指出了需要研究的关键技术,原理与配置;展望了应用前景.     

气垫船垫升推进系统控制仿真

以某型气垫船的动力系统为对象,建立了垫升推进系统的数学模型及船体的运动学模型,并以SIMULINK为平台对该系统进行了仿真建模[1],在此基础上,通过对系统动态特性的分析,对该系统进行了简单PID控制器和串级PID控制器的设计,并分别对两类控制系统进行了动态仿真和比较分析.仿真结果表明,串级PID控制系统较简单PID控制系统具有更为优越的动态性能,能较好地保证气垫船的垫态稳定性,以满足工程要求.     

Design of multi-module experiment-rig of vessel electrical propulsion prime mover

Combined power plant is widely used in large or medium surface vessel for its predominant performance. It is important to research on using combined power plant as electrical propulsion prime mover for developing the electric propulsion warship. This paper, designs a multi-module experiment-rig and introduces its composition, working principle and disposition scheme, and carried out the dynamic characteristic experiment of the GTD350 gas turbine.     

水下航行器对转涡轮机系统建模与仿真（英文）

The structure of a counter-rotating turbine of an underwater vehicle is designed by adding the counter-rotating second-stage turbine disk to the conventional single-stage turbine. The available kinetic energy and the absorption power of the auxiliary system are calculated at different working conditions, and the results show that the power of the main engine and auxiliary system at the counter-rotating turbine system matches well with each other. The technology scheme of the counter-rotating turbine system is proposed, then the experimental simulation of the lubricating oil loop, fuel loop, and seawater loop is completed. The simulation results indicate that the hydraulic transmission system can satisfy the requirements for an underwater vehicle running at a steady sailing or variable working conditions.     

水下热动力系统变参数实时混合仿真的原理与方法

针对水下开式循环热动力系统的强烈非线性特征及航行器的姿态变化 ,提出了一种变参数实时混合仿真系统的原理和方法。该实时混合仿真系统能够适应水下热动力系统的整个工作范围 ,可有效地用于检验热动力系统各部件之间的适配性能 ,并在试验中优化系统的结构参数。     

水下喷水推进器工作特性分析

在充分研究固体燃料涡轮机和高速轴流泵的基础上,提出了应用于水下航行器的喷水推进系统。研究了设计工况时,航行器、轴流泵、发动机的运动学和动力学平衡关系;在定深工况下,分析喷嘴数目变化时航行器的稳定速度;以及不同喷嘴数目时,航行器的变深和变速特性。研究结果表明,喷水推进器能够实现水下航行器大航深、高航速的性能目标。研究结果对喷水推进水下航行器具有重要的参考价值。     

水下三组元动力系统燃烧稳定性实验研究

设计了应用于水下航行器热动力系统推进的OTTO/HAP/海水三组元推进剂试验系统,对不同的燃烧室压力、燃料组元比例、喷嘴压降、燃烧室转速条件下的燃烧稳定性进行了试验,观察到燃烧室压力的低频不稳定燃烧.试验表明,在推进剂流量一定情况下,较高的喷嘴压降和适当较低的氧化剂比例有利于燃烧的稳定,海水在推进剂中重量比例≥41.5%时,将会引起燃烧室压力的不稳定,(500～1600)r/min的燃烧室整体旋转不会对稳定燃烧产生影响.