某艇動力推進系統(tǒng)仿真.pdf

1、推進系統(tǒng)是艦船的心臟，是艦船不可缺少的重要組成部分。柴油機推進系統(tǒng)是現(xiàn)代艦船最常用的推進系統(tǒng)，它在動力性和經(jīng)濟性方面具有獨特的優(yōu)點，同時艦船推進系統(tǒng)是一個復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，無法用常規(guī)的方法分析其在各個機動工況下的動態(tài)特性，而動態(tài)特性對于艦艇的作戰(zhàn)性能的影響是非常大的。比如，渦輪增壓柴油機的瞬態(tài)性能較差。當(dāng)柴油機在怠速空轉(zhuǎn)時突然接排正車或倒車離合器，柴油機的轉(zhuǎn)速會大幅度下降，甚至失速停車；當(dāng)柴油機帶螺旋槳緊急加速時，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。計算機仿真是利用系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型在計算機上進行的實驗，它的主要特點是投資少、無風(fēng)險、見效快及不受實驗條件的限制。 本課題研究的艇推進系統(tǒng)是由三臺柴油機、三臺倒順離合減速器齒輪箱、三只定距螺旋槳組成。目前，對該柴油推進系統(tǒng)的動態(tài)性能研究主要分為試驗研究和仿真研究，試驗研究由于受試驗條件、周期以及耗費的限制，遠遠不能滿足對導(dǎo)彈艇動力裝置動態(tài)性能研究的需要。 本文作者將對上面的導(dǎo)彈艇柴

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

4、給出壓氣機或渦輪的轉(zhuǎn)速和流量就可以通過插值和推理得出相應(yīng)的效率和壓比值。螺旋槳特性計算的核心是推力系數(shù)和扭矩系數(shù)的確定和計算。本文采用多項式擬合方法處理螺旋槳特性曲線，得到的四個象限的推力系數(shù)和扭矩系數(shù)可以滿足全工況仿真的需要。 為了檢查船機槳的匹配性，對動力推進系統(tǒng)進行正常航行時的穩(wěn)態(tài)仿真。所得的仿真結(jié)果與實際航行中的結(jié)果比較，仿真結(jié)果有較好的精度。在此基礎(chǔ)上進行推進系統(tǒng)的動態(tài)仿真。在三機三槳工作方式下,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)，對整個推進系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。得到以下結(jié)論：關(guān)于正常加減速，熱機狀態(tài)主機正常加速應(yīng)遵循PA6柴油機使用手冊的建議；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，正常換向過程中主機加、減速的速率和熱機正常加、減速的速率相同，柴油機在600r/min時脫開正車離合器，空車停留時間根據(jù)艇的車鐘指令來確定，倒車離合器同步之后，柴油機的轉(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、機在減速階段宜采用緊急減速速率，柴油機在600r/min時脫開開車離合器，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。并在動態(tài)性能研究的基礎(chǔ)上，對艇推進系統(tǒng)的機動性進行預(yù)測。 在建模的過程中，對柴油機的準穩(wěn)態(tài)模型進行了一定的簡化和修改，省略了進排氣管，加入流量函數(shù)，使仿真速度得到了很大的提高。在動態(tài)仿真的過程中，作者對原來的控制規(guī)律和參數(shù)進行優(yōu)化，不但保證了主機不超過負荷或盡量少超負荷，而且很大程度上提