文档介绍：哈尔滨工程大学
硕士学位论文
船舶航速和航向控制及机桨匹配研究
姓名:刘莹
申请学位级别:硕士
专业:交通信息工程及控制
指导教师:夏国清
20090301
摘要当今港口航运业发展相当迅猛,海上航行船舶的数量、类型和吨位都发生了巨大的变化,相应地对船舶的快速性、机动性、可靠性有了更高的要求。单机单桨已经不能满足大型船舶操纵性要求,多机多桨能够在不同工况下满足要求,被越来越广泛地采用,这就涉及到船机桨在能量转化和传动过程中的匹配问题,合理的匹配能够提高船舶的航行效率,节省能源。本文是针对四机四桨的大型船舶进行船机桨匹配及优化研究。采用掷胧绞ЫK枷虢⒋笮退娲淖杂啥仍硕型,并分别对该模型中流体动力和力矩、螺旋桨推力和功率、汽轮机推力和功率、作用于舵上的流体动力和力矩、风浪流所产生的干扰力和力矩进行了分析,建模中充分考虑大型水面船的运动特点和风、浪、流的干扰特性。根据航速和航向控制的基本原理设计刂破骱湍:齈控制器,在单机单桨工作时,对船舶航速、航向进行控制,并对两种控制器的控制效果进行比较分析,可知模糊目刂菩Ч选T诓煌ぷ魈跫拢采用模糊刂破鹘写昂剿倏刂坪秃较蚩刂疲Vご爸毕吆叫胁快速达到目标航速。阐述船机桨匹配和外罚函数法的基本原理,研究船舶枇、汽轮机、螺旋桨特性,建立船舶、螺旋桨、汽轮机匹配的优化模型,采用外罚函数法对船机桨的匹配进行优化,仿真结果表明螺旋桨和主机的效率和有了明船机桨匹配;航速控制;航向控制;优化;外罚函数法显提高,达到了预期目标。关键词:哈尔滨’猴搜妒宦畚
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导师┳:/础司滔叫年了月中日作者┳:纠诱伽旯屡日期:心辍墼鹿解密后晒豕こ檀笱徒挥泄夭棵沤斜4妗⒒惚嘈哈尔滨工程大学学位论文原创性声明作者┳:纠擎学位论文授权使用声明本人郑重声明:本论文的所有工作,是在导师的指导下,由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在本论文不包含任何其他个人或集体己经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本人完全了解学校保护知识产权的有关规定,即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索,可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编口在授予学位个月后文中指出,并与参考文献相对应。除文中己注明引用的内容外,日期:工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本学位论文,可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文自谑谟柩缓蠹纯口。
第绪论引言船舶在水中航行时将受到水的阻力作用,需要螺旋桨提供推力来克服它,使船舶能够在某一稳定的航速下航行。而螺旋桨要产生推力,就需要汽轮机提供旋转力矩以克服螺旋桨受到的水动阻力矩,使螺旋桨能在某一个稳定的转速下运转,这就构成了船机桨的能量转换系统。如果汽轮机与螺旋桨配合不合理则会导致转速上不去、航速达不到、汽轮机超负荷,严重时甚至会出现拉缸等严重问题。可见,船舶、螺旋桨与汽轮机的匹配是与船舶快速性、经济性以及安全性相关的重要组成部分,成为船舶科技领域的重要课题之一。船、机、桨匹配就是要研究船舶在不同航行条件下能量转换过程的特性变化规律,从而找出最佳参数和最佳转换过程,得到一个具有高效率、高可靠性的设计方案【。要得到预期的效果,一方面取决于船、机、桨本身的性能,另一方面与合理地选择推进装置的形式,充分利用船、机、桨的配合特性有密切的关系。众所周知,一般船舶由于主发动机、传动设备及推进器的性能参数都存在局限性,通常情况下各部件的性能参数只有在某一负荷范围内才是优良的,离开此范围,性能均会下降,即船舶只有在设计工况下运行时其经济性能才最好。但许多船舶的工作条件是不断变化的,如船舶负荷的变化,风浪、污底等变化。船舶大概有%以上的航行时间是在非设计工况和过渡工况下航行,所以研究部分负荷下的配合特性规律,近年来,我国海上交通取得了长足进步,军用船舶、油轮等媲饔动性、快速性等方面的要求,多机多桨推进装置能够在不同航行工况下满足各种船舶操纵特性,渐渐的被人们所采用,而大型船舶采用双机双桨推争取得到较满意的特性,对于提高船舶变化的高效性和可靠性同样具有重要意义。大型化、快速化。单机单桨船已不能满足大型船舶在安全性、可靠性、机进装置的居多。哈尔滨一菏腿搜妒Ы穆畚
、机、桨的匹配问题,需要借助船、机、桨和舵的数学模型,即船舶操纵运动数学模型,它是船舶运动仿真