風(fēng)翼助航船舶主動(dòng)力裝置特性研究.pdf

1、能源匱乏與環(huán)境亟待保護(hù)雙重因素，加速了風(fēng)能在大型遠(yuǎn)洋船舶上的應(yīng)用研究進(jìn)程。本課題系風(fēng)翼助航船舶的應(yīng)用基礎(chǔ)研究，采用仿真和風(fēng)洞試驗(yàn)等方法，以7.6萬噸風(fēng)翼助航目標(biāo)船為研究對(duì)象，對(duì)風(fēng)翼作用力、船舶阻力、主機(jī)動(dòng)力學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，以及風(fēng)翼應(yīng)用技術(shù)對(duì)策進(jìn)行了研究。
　　 首先，通過理論計(jì)算，分析了目標(biāo)船舶在不同風(fēng)速、不同航速時(shí)的船舶阻力;采用船模試驗(yàn)方法分析了目標(biāo)船使用風(fēng)翼助航系統(tǒng)所引起的船舶漂角對(duì)船舶阻力的影響，并計(jì)算了船舶舵角對(duì)船舶阻

2、力的增益。分別利用CFD軟件仿真和風(fēng)洞試驗(yàn)等方法計(jì)算了不同風(fēng)速時(shí)的風(fēng)翼助推力，并進(jìn)行了風(fēng)翼作用力能效分析。結(jié)果表明:船體迎風(fēng)角在100°左右時(shí)最適宜使用風(fēng)翼助航裝置，船體迎風(fēng)角太大或太小時(shí)均不能取得最大的助推力;風(fēng)翼助航節(jié)能效果可達(dá)10％以上。
　　 其次，從動(dòng)力學(xué)角度對(duì)風(fēng)翼-柴油機(jī)混合動(dòng)力船舶主機(jī)主要運(yùn)動(dòng)部件的載荷規(guī)律進(jìn)行了研究。利用Pro/Engineer等軟件建立了目標(biāo)船MANB&W5S60MC主機(jī)的ADAMS虛擬樣機(jī)，并

3、利用虛擬樣機(jī)計(jì)算了風(fēng)翼助推力變化所引起的主機(jī)變負(fù)荷、變轉(zhuǎn)速和同時(shí)變負(fù)荷變轉(zhuǎn)速三種動(dòng)態(tài)工況下主機(jī)主要運(yùn)動(dòng)部件的載荷變化規(guī)律。結(jié)果表明:使用風(fēng)翼助航系統(tǒng)時(shí)，風(fēng)翼助推力的變化會(huì)導(dǎo)致船舶主機(jī)工況發(fā)生變化，此時(shí)主機(jī)曲軸的載荷規(guī)律變得更加復(fù)雜（尤其是5#主軸頸）;主機(jī)負(fù)荷對(duì)主機(jī)各主要運(yùn)動(dòng)部件的載荷規(guī)律基本無影響，而主機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)主機(jī)各主要運(yùn)動(dòng)部件的載荷規(guī)律影響較大。WDS使用風(fēng)翼助推系統(tǒng)時(shí)，采用主機(jī)定轉(zhuǎn)速而自動(dòng)調(diào)節(jié)主機(jī)負(fù)荷控制方式對(duì)主機(jī)各主要運(yùn)動(dòng)部件的

4、沖擊力最小;如果采用主機(jī)定負(fù)荷而自動(dòng)調(diào)節(jié)主機(jī)轉(zhuǎn)速控制方式，則需盡量控制主機(jī)轉(zhuǎn)速平穩(wěn)變化，防止主機(jī)轉(zhuǎn)速變化速率過大而引起主機(jī)連桿、曲軸等主要運(yùn)動(dòng)部件的載荷波動(dòng)。
　　 再次，從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度研究了7.6萬載重噸風(fēng)翼-柴油機(jī)混合動(dòng)力船舶推進(jìn)系統(tǒng)特性。采用Matlab/Simulink軟件對(duì)風(fēng)翼-柴油機(jī)混合動(dòng)力船舶主推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真計(jì)算，分析了風(fēng)翼助推力的各種擾動(dòng)對(duì)船舶主機(jī)功率、扭矩和轉(zhuǎn)速等輸出特性的影響。建立了船、機(jī)、槳、翼的數(shù)學(xué)模型

5、，搭建了主機(jī)定轉(zhuǎn)速、主機(jī)定油門刻度和船舶定航速等不同航行模式的船舶主推進(jìn)系統(tǒng)模型，并采用不同形狀的干擾波模擬復(fù)雜多變的風(fēng)翼助推力，對(duì)三種不同的航行模式下的船機(jī)槳翼模型進(jìn)行了仿真。根據(jù)仿真結(jié)果分析了不同航行模式下，風(fēng)翼助推力各擾動(dòng)波形對(duì)船舶主機(jī)轉(zhuǎn)速、主機(jī)每循環(huán)耗油量、主機(jī)扭矩、主機(jī)功率、船舶航速和船舶阻力等各特性參數(shù)的影響。
　　 最后，提出了“可行、安全、節(jié)能”的風(fēng)翼助航典型船舶選型原則;分析了風(fēng)翼-柴油機(jī)混合動(dòng)力船舶應(yīng)用的制約