船用螺旋桨负载特性数字仿真.pdf

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1、第39卷第2期2010年4月船海工程SHIP&OCEANENGINEERINGV01．39No．2Apr．2010DOI：10．3963／j．issn．1671—7953．2010．02．018船用螺旋桨负载特性数字仿真彭维8，罗彬6(武汉船舶职业技术学院扎动力工程系．b．电子电气工程系，武汉430050)摘要：选取切比雪夫多项式来拟合四象限螺旋桨特性图谱。根据船桨的运动特性建立船桨数学模型，以某电力推进船舶参数为依据，利用Saber与Matlab／Simulink软件各自的特点，对两者进行协同仿真。解决了协同仿真的接口问题。并分析船桨的稳态和动态过程，在船舶的操纵方

2、法上给出了建议。关键词：Saber；Matlab／Simulink协同仿真；螺旋桨负载特性中图分类号：U664．33文献标志码：A文章编号：1671—7953(2010)02—0064—04为了使船舶满足性能指标要求，对推进系统进行带桨工作考核，必须掌握船舶复杂工况下推力和转矩变化情况。但目前针对螺旋桨负载特性的研究主要考虑船舶正车正航工况，而其他T况却较少涉及。因此，有必要对复杂工况下螺旋桨负载特性进行仿真研究。1螺旋桨特性的定义及其曲线拟合为了真实模拟螺旋桨特性，通常采用有界形式来表达螺旋桨推力系数和转矩系数与进速比的关系。在螺旋桨转速n和螺旋桨的进速U不同时为零

3、时，相应地定义进速比．，’、推力系数志。7、转矩系数惫。7为：一形：=—————————·—-—’—一小‘丽一匕一I==-—--------—-------—-—-—---·_—-—----一一DnI^c／‘。l。。。1+。。。。。。。。V。。。。。。,。。。／’’’。n。。。‘。2。。。。D。。。‘—z—u(1-oJ)，7∈[一l，13(1)k7。一Tp／[ply(珑+，z2D2)](2)忌7。一Mp／[缈(睚+咒2D2)](3)式中：U——船舶航速，m／s)t￡r伴流分数；驴一螺旋桨直径，m；L——螺旋桨的推力，N；M：——螺旋桨的转矩，N·m；r海水的密度，k／

4、m3，通常取l025k／甜。收稿日期：2009—05—18修回日期：2009-06—10作者简介：彭维(1962一)，男，学士，副教授。研究方向：船舶动力装置设计与建造。E-mail：Iu02003456@163．corn通常情况下志7。、志7。和．，’之间的关系无法用解析式表达，而需要利用螺旋桨的图谱获得。本文采用盘面比A。／A。=0．45，桨叶数2—4，螺距比p／D=0．0～1．6的四象限螺旋桨特性图谱L¨，并将其拟合成切比雪夫多项式。1)推力特性。1k。(J7)一去口o。Uj(J7)+厶口1。L，l(J7)+⋯+口。U(J’)(4)2)转矩特性。1忌7。(．，’

5、)=告ao。U0(，7)+厶口lqUl(J7)+⋯+口。qU(-，7)(5)式中：眠(．，7)一1；U1(．，7)=J’；U2(．，7)=2J’2—1；U。(J7)=4J乜-3．17，⋯，U女(．，7)是以J7为自变量的多项式，其一般递推式是仉+，(，7)一2，7巩(J7)+Uk—l(，’)一O，k一1，2，⋯，撑。在仿真实验中，从精度和时间效率两方面考虑，决定只取8阶，并使用文献[1]中系数a。～口s组成多项式。2船桨数学模型1)螺旋桨转矩。Mp一惫7。∥(职+咒2D2)=志7。∥珑／J佗(6)2)螺旋桨推力。丁p一‰桫(职+咒2Dz)一K。∥孵∥他(7)由于推力减

6、额系数￡=(L—k)／L，所以，螺旋桨产生的有效推力T。为：靠=(1一￡)瓦一(1一￡)惫",plY珑lJ他(8)建立船桨系统的运动方程：(m+LXm)警=k—R(9)船用螺旋桨负载特性数字仿真——彭维，罗彬式中：77z——船体质量，kg；△m——随船一起运动的附着水质量，kg，按经验，可取附着水质量为船体质量m的5％"-15％，取14．67％。船舶所受的总阻力[2JR为：R—CtⅥ(10)式中：Ct——船舶总阻力系数。在船舶仿真中，由于缺少实测数据，特别是倒航的数据，决定参照文献[33，按式(11)和(12)确定t值和训值。0．33，l<：一咒。一0·33n／咒e一

7、咒e≤咒