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计算机仿真技术是一门综合性很强的技术学科和试验学科,它是利用系统的数学模型在计算机上进行的试验,是预测和研究系统性能的有效手段,主要特点是投资少、见效快、无风险。
某舰是我国海军正在研制的新型舰艇,其推进系统主要由四台PA6柴油机、四只液力偶合器、两个减速齿轮箱、两根调距桨和一套控制系统组成。由于该型军舰在国内首次采用CODAD型推进方式;推进主机及控制系统是国内新研产品,还没有装船使用过;并车齿轮箱和调距桨分别从国外引进;同时该舰设计和建造周期短、使用工况多、技术要求高,所以需要先通过计算机仿真来分析这个复杂的推进系统的稳、动态的配合特性及控制系统的控制策略,以减少该新型舰艇的研制、实验费用和风险,缩短实验周期,保证该舰安全、可靠、经济地运行。
从符合课题研究目的、又要经济性通用性好、便于升级提高的角度考虑,本课题的仿真模型使用MATLAB/SIMULINK6.0版建立。通过对该舰推进系统的科学分析,依据国内、外的设计单位和供货公司的实验数据或设计参数,在原有的研究的基础上,进一步修改和完善了该舰推进系统在静水、无风浪条件工作一维直线运动的合理、正确的数学模型及仿真模型。
利用建立好的推进系统仿真模型,经多次运算获得各工况、不同螺距—转速关系下,船—机—桨各主要参数的稳态值,检验了该舰的快速性和可靠性,并为动态性能的研究提供了基础。在稳态性能仿真结果数据的基础上,本文进一步建立了推进系统的经济性优化模型,通过计算,得到了机桨最优匹配的经济性方案。优化结果表明,低航速(≤20节)时,无论从经济性,还是保护主机的角度讲,采用双机双桨模式都是十分有利的。航速大于20节时,双机双桨模式不能满足快速性的要求,航行模式切换到四机双桨。航速大于24节时,每海里耗油量的增长率较航速的增长率大大提高,经济性迅速恶化,因此应将该舰巡航速度限制在24节以下。
利用联调好的推进装置和控制系统的仿真模型,本文研究了该舰在某典型工况(全速正车到全速倒车的急停工况)下的动态性能。作为机动性预测的一部分,本文比较了不同控制方案、控制参数对该舰应急停船性能的影响。经仿真比较,本文建议控制系统采用第一套控制方案,即紧急倒车指令发布后,柴油机转速迅速下降至倒车转速,依靠变螺距由正到负,来实现紧急停车过程。通过反复的计算比较,笔者为控制系统选取了较为合理的参数设定值。
在本文的总结部分,作者提出了下一步工作的方向及内容。