多工况拖网渔船机桨匹配研究

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随着我国社会经济的发展,渔业资源的受关注程度进一步上升,船舶推进装置中的船-主机-螺旋桨三者匹配问题越来越受到重视,我国渔船众多,渔船的船机桨匹配是渔船设计、制造和使用过程中需要考虑的一个关键问题。渔船具有多工况的特性,机桨匹配更为复杂,随着机桨匹配的不断优化,改进方法也层出不穷,选取一个合适的方案进行渔船的机桨匹配是十分有必要的。我国拖网渔业发展比较完善,世界渔获量的40%来自中国。中国拖网渔船的长度大多为20至40米,主机功率分布在60至1000千瓦之间。拖网渔船可分为单拖渔船、双拖渔船和以拖网作业方式为主、兼具其他作业方式的兼作渔船,我国十大标准船型中,钢质和玻璃钢质拖网渔船占大多数,相比起钢质拖网渔船,玻璃钢质拖网渔船表面光滑、阻力小,抗风能力好,节油效果好,具有使用寿命长、维护费用低等优点,与大型拖网渔船相比,中小型拖网渔船更为经济实用,本文选用23米玻璃钢拖网渔船作为研究对象,对渔船机桨匹配进行分析研究。船舶行业正在不断发展,而我国也提出了“双碳”的绿色发展要求,本课题基于我国渔业发展的特性和国家提出的“双碳”发展要求,以23米玻璃钢拖网渔船作为研究对象,探索一种适合于拖网渔船并且可以推广到各类渔船机桨匹配上的渔船机桨匹配方法。首先,本课题对渔船机桨匹配的发展进程和研究现状进行了介绍,简述了我国渔船的现状和渔船多工况的特点,强调了船机桨匹配的重要性以及船机桨不匹配会造成的严重后果,简述了渔船柴油机的发展。重点介绍了机桨匹配中的主机选型和螺旋桨设计这两个关键问题,同时分析了船机桨特性,研究讨论了渔船的阻力特性、渔船主机特性、渔船螺旋桨推进特性,介绍了船舶、主机和螺旋桨匹配的具体方法,为渔船的船机桨匹配的研究提供了一定的参照依据。然后,基于渔船多工况的特性,对23米玻璃钢拖网渔船进行相应的机桨匹配计算,首先通过MAXSURF软件对于23米玻璃钢拖网渔船进行三维建模,计算渔船的静水力,分别通过MAXSURF软件和SHIPPOWER软件对渔船进行阻力预报和有效功率计算,并加以对比,选出更具有可靠性的数据,拖网渔船主的工况主要为自由航行工况和拖网工况两种,分别进行机桨匹配工作并通过对比选出更适合的匹配方案。其次,由于渔船主机优选问题逐渐成为研究热点。对各类船舶主机选型的方法进行了筛选和分析,最终选择采用模糊综合评判与专家评估相结合的方法对主机进行优选。针对拖网渔船的特殊工况,结合不同作业特点,列举了各种评价指标,通过评估,确定各指标的权重,通过专家打分法以及最大隶属度原则进行模糊评判,选择出最优主机,最后对结果进行分析验证并与最常用的计算主机经济性的主机选型方法对比。结果表明,该方法是可行和有效的。最后对匹配的螺旋桨进行校验。最后,为了响应国家节能减排的号召,需要对渔船的油耗进行相应的研究。对于选出的柴油主机,根据其台架试验进行油耗分析,采用origin软件对柴油机的台架试验的推进特性曲线和油耗曲线进行相应的建模,用MATLAB软件建立耗油率-转矩-转速三维模型和万有特性曲线表达柴油机的性能,综合分析图像研究柴油机的油耗,并根据匹配的螺旋桨特性,计算渔船主机航速油耗曲线,并提出降低渔船油耗的方法。为我国渔船机桨匹配的研究提供一种有效可行的方法。
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