風翼助航船舶主動力裝置特性研究.pdf

1、能源匱乏與環(huán)境亟待保護雙重因素，加速了風能在大型遠洋船舶上的應(yīng)用研究進程。本課題系風翼助航船舶的應(yīng)用基礎(chǔ)研究，采用仿真和風洞試驗等方法，以7.6萬噸風翼助航目標船為研究對象，對風翼作用力、船舶阻力、主機動力學與運動學特性，以及風翼應(yīng)用技術(shù)對策進行了研究。
　　 首先，通過理論計算，分析了目標船舶在不同風速、不同航速時的船舶阻力;采用船模試驗方法分析了目標船使用風翼助航系統(tǒng)所引起的船舶漂角對船舶阻力的影響，并計算了船舶舵角對船舶阻

2、力的增益。分別利用CFD軟件仿真和風洞試驗等方法計算了不同風速時的風翼助推力，并進行了風翼作用力能效分析。結(jié)果表明:船體迎風角在100°左右時最適宜使用風翼助航裝置，船體迎風角太大或太小時均不能取得最大的助推力;風翼助航節(jié)能效果可達10％以上。
　　 其次，從動力學角度對風翼-柴油機混合動力船舶主機主要運動部件的載荷規(guī)律進行了研究。利用Pro/Engineer等軟件建立了目標船MANB&W5S60MC主機的ADAMS虛擬樣機，并

3、利用虛擬樣機計算了風翼助推力變化所引起的主機變負荷、變轉(zhuǎn)速和同時變負荷變轉(zhuǎn)速三種動態(tài)工況下主機主要運動部件的載荷變化規(guī)律。結(jié)果表明:使用風翼助航系統(tǒng)時，風翼助推力的變化會導(dǎo)致船舶主機工況發(fā)生變化，此時主機曲軸的載荷規(guī)律變得更加復(fù)雜（尤其是5#主軸頸）;主機負荷對主機各主要運動部件的載荷規(guī)律基本無影響，而主機轉(zhuǎn)速對主機各主要運動部件的載荷規(guī)律影響較大。WDS使用風翼助推系統(tǒng)時，采用主機定轉(zhuǎn)速而自動調(diào)節(jié)主機負荷控制方式對主機各主要運動部件的

4、沖擊力最小;如果采用主機定負荷而自動調(diào)節(jié)主機轉(zhuǎn)速控制方式，則需盡量控制主機轉(zhuǎn)速平穩(wěn)變化，防止主機轉(zhuǎn)速變化速率過大而引起主機連桿、曲軸等主要運動部件的載荷波動。
　　 再次，從運動學角度研究了7.6萬載重噸風翼-柴油機混合動力船舶推進系統(tǒng)特性。采用Matlab/Simulink軟件對風翼-柴油機混合動力船舶主推進系統(tǒng)進行了仿真計算，分析了風翼助推力的各種擾動對船舶主機功率、扭矩和轉(zhuǎn)速等輸出特性的影響。建立了船、機、槳、翼的數(shù)學模型

5、，搭建了主機定轉(zhuǎn)速、主機定油門刻度和船舶定航速等不同航行模式的船舶主推進系統(tǒng)模型，并采用不同形狀的干擾波模擬復(fù)雜多變的風翼助推力，對三種不同的航行模式下的船機槳翼模型進行了仿真。根據(jù)仿真結(jié)果分析了不同航行模式下，風翼助推力各擾動波形對船舶主機轉(zhuǎn)速、主機每循環(huán)耗油量、主機扭矩、主機功率、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”的風翼助航典型船舶選型原則;分析了風翼-柴油機混合動力船舶應(yīng)用的制約