气动推进方式在微型潜艇上的应用仿真.pdf

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1、第40卷第3期2011年06月船海工程SHIP&OCEANENGINEERINGVoL40No．3JurL2011气动推进方式在微型潜艇上的应用仿真李滨城，韩冰(江苏科技大学机械工程学院，江苏镇江212003)摘要：根据某型微型潜艇的动力参数要求计算并选择合适的气动马达及高压气瓶，利用SimulationX仿真软件建立了高压气瓶、气动乌达、螺旋桨以及潜艇阻力的仿真模型。经过仿真计算得到该微型潜艇的水下航速及其续航力，以及螺旋桨转速、推力和转矩等一系列数据。认为，在推进装置质量减轻的前提下，气动推进方式能够为该艇提供满足要求的水下航速及其续航力。关键词

2、：微型潜艇；气动马达；高压气瓶；SimulationX；仿真中图分类号：TH文献标志码：A文章编号：1671—7953(2011)03-0160—05微型潜艇(以下简称“微潜”)由于其目标小、噪声低、隐蔽性好、造价低、运输方便及可大批量生产等特点，应用非常广泛[1]。国内外微潜的推进系统主要采取柴电推进方式，也有少量采取液压马达推进以及AIP装置的微潜。普通潜艇的供氧一般采用再生药板法、二氧化碳吸附法、电解水法等方法，而微型潜艇往往采用氧气瓶供氧Lz]。目前，还未见采用气动马达推进方式的微潜以及相关研究。所讨论的技术方案推进系统采用环保的气动动力装置

3、，其动力来源于气动马达，使用新型非金属复合材料高压大容量气瓶供气，并且可取消常规潜艇的供氧设备，供氧全部采用从气动马达工作后排出的“废气”，向艇舱内供应完全清洁且符合标准的新鲜空气。不仅为潜艇提供足够的推进动力，更使取消专用的氧气生产与供给设备成为可能。使得潜艇更加轻便、安全、环保和节能，且具有良好的经济性。以国产某型微潜为研究对象，该型微潜原型水下排水量20t，采用蓄电池做为动力来源。设计水下航速2．5kn，续航时间为2．5h。用高压气瓶～气动马达推进方式代替原蓄电池一电动机推进方式及其供氧系统。并在仿真软件Simu—laionX中建立气动推进方式

4、的模型，对比两种推进方式在航速以及续航力等方面的差异。验证气收稿日期：2010—07—01修回日期：2010—07-08作者简介：李滨城(1962一)，男，副教授，博士。研究方向：机械系统动力学E-mail：libinchen92000@yahoo．coin．crl160动推进方式在微潜上应用的可行性。1微潜气动推进系统数学模型的建立与仿真1．1基于SimulationX的螺旋桨模型1-1．1螺旋桨的数学模型螺旋桨通过主机的直接传动或传动装置的带动产生推力。推力通过推力轴承作用在艇体上推动艇体运动。螺旋桨在敞水中的推力瓦可表示为L一尼。pn2D4(1

5、)式中：是。——推力系数；广海水的密度；，z——桨的每秒转数；卜桨的直径。螺旋桨上的水阻力矩M口为Mj一是qpn2D5(2)式中：志。——转矩系数。对于定距桨而言，k。和k。都是桨的进速系数，的函数。但通常无法用解析式表达k。、k。与．，之间的关系，需要利用螺旋桨图谱获得。在是。一J平面或k。一J平面上，一般情况下，k。和惫。将跨越4个象限，且k。、k。、J伸展至无穷远处，故通常为非有界形式L3]。这为仿真带来不便，故采用进角系数法。根据进角系数法，将式(1)改写为L—lD·D2‘k。·评n2丽。D2i·(V；p+nzDz)一P·D2·C·R2(3)

6、同理可将式(2)改写为M；一ID·D3·Cq·R2(4)此时．G和(’l·采’7’(∥的可“t。“一』。

7、(5)、／，，z一12这样走、。，和是rJ的【?嗣∥天：影：氧。钆、甜恒于哥r兮t村l仿{≮的C。一∥Ⅲ(似1朱∥‘‘0’j—1．1．2，噪旋二4象模型任SimulationX中的实现在ShLtlationX中利片!

8、3个方，■块和2个曲线随块表达该0悱,UJ．L浆特性。其【}1，j，■j：块中表达式的书1，均需f煎』H．V[odelica沂j、i‘。。。j旋桨模块见图1。因只对j发潜Ji',o前进状．≮进行仿，r÷，故输入一条该j故潜的C、一∥

9、曲结．见罔2。延似地，再将(?。一／』曲∥‘，i入。u—f7”，、c0

10、1』l厂一l门』I．．V21x2“时，7I【·÷、j卜7i．心t功’、]曼≥’盏]图1基于。，一的螺旋桨：I块‘’‘厂、＼；介、一?(){．f．⋯卜‘“：?＼图2Ct一曲线1．1．3螺旋桨与艇／$I'lq的}订互f1：朋艇体埘’；旋桨L作的影c目一般，IJ伴流分数叫来ji，j÷，在此忽略波浪伴流。伴流：：；．删决定了艇体对水的速r：V；和流过喋旋桨的√流逮J妲V，的差异：1／。一V。(卜。。)(6)’j旋桨对簇!体的jjj≥口l‘一股jj]j毒力j，、?i!分数／表／Jj。该，丢

11、数的形成0二出J：桨的吸水作，喇。：：．加了艇体．¨；的压力权从而，。／：JIH酚’行的l?力。为r范ili