某艇動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)仿真.pdf

1、推進(jìn)系統(tǒng)是艦船的心臟，是艦船不可缺少的重要組成部分。柴油機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)是現(xiàn)代艦船最常用的推進(jìn)系統(tǒng)，它在動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性方面具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)艦船推進(jìn)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，無(wú)法用常規(guī)的方法分析其在各個(gè)機(jī)動(dòng)工況下的動(dòng)態(tài)特性，而動(dòng)態(tài)特性對(duì)于艦艇的作戰(zhàn)性能的影響是非常大的。比如，渦輪增壓柴油機(jī)的瞬態(tài)性能較差。當(dāng)柴油機(jī)在怠速空轉(zhuǎn)時(shí)突然接排正車或倒車離合器，柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)大幅度下降，甚至失速停車；當(dāng)柴油機(jī)帶螺旋槳緊急加速時(shí)，循環(huán)噴油量急劇增加而造

2、成燃油燃燒不完全，還可能發(fā)生增壓器喘振等等。計(jì)算機(jī)仿真是利用系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，它的主要特點(diǎn)是投資少、無(wú)風(fēng)險(xiǎn)、見(jiàn)效快及不受實(shí)驗(yàn)條件的限制。 本課題研究的艇推進(jìn)系統(tǒng)是由三臺(tái)柴油機(jī)、三臺(tái)倒順離合減速器齒輪箱、三只定距螺旋槳組成。目前，對(duì)該柴油推進(jìn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能研究主要分為試驗(yàn)研究和仿真研究，試驗(yàn)研究由于受試驗(yàn)條件、周期以及耗費(fèi)的限制，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足對(duì)導(dǎo)彈艇動(dòng)力裝置動(dòng)態(tài)性能研究的需要。 本文作者將對(duì)上面的導(dǎo)彈艇柴

3、油機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行建模和離線仿真，并研究其動(dòng)態(tài)性能。通過(guò)對(duì)仿真母型船某艇動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)基本資料的收集，在仿真軟件MATLABSIMULINK平臺(tái)上，搭建某導(dǎo)彈艇的柴油動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)模型。推進(jìn)系統(tǒng)模型分為柴油機(jī)子模型，傳動(dòng)設(shè)備子模型，螺旋槳子模型和艇的阻力子模型。柴油機(jī)子模型包含了調(diào)速器、噴油泵、渦輪、壓氣機(jī)、流量函數(shù)和柴油機(jī)本體模塊。為了在仿真時(shí)隨時(shí)可以調(diào)用渦輪和壓氣機(jī)的效率和壓比值，作者把壓氣機(jī)和渦輪的特性曲線離散化，并制作成查詢模塊，只要

4、給出壓氣機(jī)或渦輪的轉(zhuǎn)速和流量就可以通過(guò)插值和推理得出相應(yīng)的效率和壓比值。螺旋槳特性計(jì)算的核心是推力系數(shù)和扭矩系數(shù)的確定和計(jì)算。本文采用多項(xiàng)式擬合方法處理螺旋槳特性曲線，得到的四個(gè)象限的推力系數(shù)和扭矩系數(shù)可以滿足全工況仿真的需要。 為了檢查船機(jī)槳的匹配性，對(duì)動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行正常航行時(shí)的穩(wěn)態(tài)仿真。所得的仿真結(jié)果與實(shí)際航行中的結(jié)果比較，仿真結(jié)果有較好的精度。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行推進(jìn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真。在三機(jī)三槳工作方式下,正常加減速、正常換向和緊

5、急加速、緊急換向工況下，研究不同的控制規(guī)律和參數(shù)，對(duì)整個(gè)推進(jìn)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響。得到以下結(jié)論：關(guān)于正常加減速，熱機(jī)狀態(tài)主機(jī)正常加速應(yīng)遵循PA6柴油機(jī)使用手冊(cè)的建議；關(guān)于緊急加速，控制規(guī)律建議采用30秒方案；關(guān)于正常換向，正常換向過(guò)程中主機(jī)加、減速的速率和熱機(jī)正常加、減速的速率相同，柴油機(jī)在600r/min時(shí)脫開(kāi)正車離合器，空車停留時(shí)間根據(jù)艇的車鐘指令來(lái)確定，倒車離合器同步之后，柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速指令可先減速，然后再反向加速；關(guān)于緊急換向，柴油

6、機(jī)在減速階段宜采用緊急減速速率，柴油機(jī)在600r/min時(shí)脫開(kāi)開(kāi)車離合器，在航速≤17節(jié)再停留2～3秒后接倒車離合器，反向加速采用正常加速速率。并在動(dòng)態(tài)性能研究的基礎(chǔ)上，對(duì)艇推進(jìn)系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)性進(jìn)行預(yù)測(cè)。 在建模的過(guò)程中，對(duì)柴油機(jī)的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型進(jìn)行了一定的簡(jiǎn)化和修改，省略了進(jìn)排氣管，加入流量函數(shù)，使仿真速度得到了很大的提高。在動(dòng)態(tài)仿真的過(guò)程中，作者對(duì)原來(lái)的控制規(guī)律和參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，不但保證了主機(jī)不超過(guò)負(fù)荷或盡量少超負(fù)荷，而且很大程度上提