申请/专利权人：江苏科技大学

申请日：2022-06-24

公开（公告）日：2024-06-28

公开（公告）号：CN114954841B

主分类号：B63B79/40

分类号：B63B79/40;B63B79/20

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.28#授权;2022.09.16#实质审查的生效;2022.08.30#公开

摘要：本发明公开了一种船舶动力匹配的船‑机‑桨功率实时匹配方法及设备，方法包括：采集船舶实际航行工况参数，建立复杂工况下的船‑机‑桨实时匹配模型；建立船‑机‑桨匹配多目标优化模型；采用NSGA‑II算法求解多目标优化模型，得到船舶主机功率和推进系统参数；对船舶航行阻力及螺旋桨推力进行仿真计算，建立船‑机‑桨多工况实时匹配数据库，存储仿真试验结果及相关参数；将匹配参数和仿真结果导入船‑机‑桨功率实时匹配集成软件系统，对船‑机‑桨特性曲线进行拟合和船‑机‑桨实时匹配；主机根据不同的工况要求，自适应调整不同燃料混合比例来切换适合的燃烧模式以达到功率及排放需求。本发明实现船‑机‑桨功率实时匹配，提高航行性能。

主权项：1.一种船舶动力匹配的船-机-桨功率实时匹配方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，采集船舶实际航行工况参数，建立复杂工况下的船-机-桨匹配模型并分析匹配特性以及船舶在复杂工况下轴系负荷及性能参数；步骤2，根据对船舶推进系统的分析建立船-机-桨匹配多目标优化模型，所述多目标优化模型以最小化发动机燃油消耗率、最小化燃烧排放物指标和最大化系统推进效率为目标，以桨叶数、螺距比、盘面比、螺旋桨转速、螺旋桨直径、船舶航速及发动机负荷率为变量；步骤3，采用NSGA-II算法进行多目标优化模型求解，得到船舶主机功率和推进系统参数；步骤4，根据多目标优化模型求解结果，对船舶航行阻力及螺旋桨推力进行仿真计算，建立船-机-桨多工况实时匹配数据库，存储仿真试验结果及相关参数，实时匹配数据库具备存储和调用船-机-桨模型、推进系统设计参数、各国污染排放指标、船-机-桨匹配特性曲线及保存多工况仿真试验结果的功能；步骤5，将匹配参数和仿真结果导入船-机-桨功率实时匹配集成软件系统，所述集成软件系统对船-机-桨特性曲线进行拟合和船-机-桨实时匹配，输出指定格式匹配结果；步骤6，主机根据不同的工况要求，自适应调整不同燃料混合比例来切换适合的燃烧模式以达到所需功率及燃烧物排放指标要求；其中，所述步骤1中，采集船舶实际航行工况参数，建立复杂工况下的船-机-桨匹配模型包括：获取船舶实际航行工况参数，将复杂工况下船舶总阻力分解为裸船体粘性阻力RV、裸船体兴波阻力RW、方艉浸没阻力Rtr、球鼻首附加阻力RB、附体阻力Rapp、船模实船修正阻力RA，根据实际工况参数计算相应的分量阻力得到船舶总阻力；根据航速Vs及伴流系数w随船速变化的关系得到螺旋桨进速VP，再根据螺旋桨转速n、螺旋桨直径D及螺旋桨进速VP得到进速系数J，通过进速系数在螺旋桨的敞水特性曲线上找到对应的推力系数KT及扭矩系数KQ，再根据螺旋桨推力以及螺旋桨扭矩的计算公式得到螺旋桨的推力TP及螺旋桨扭矩MP；分析船舶实际运行工况，基于船-机-桨之间的动力平衡关系，建立船-机-桨匹配的实时动态数学模型，模型计算公式为：其中Δm为船舶附体质量，m为船体质量，Vs为船速，Rm为船舶总阻力；分析匹配特性以及船舶在复杂工况下轴系负荷及性能参数包括：根据船-机-桨匹配实时动态数学模型分析船舶在启动、加速、减速、倒车、多桨复杂工况下船-机-桨的匹配特性；分析船舶在复杂工况下轴系负荷及性能参数，包括：船体有效马力曲线、螺旋桨特性曲线和主机外特性曲线；所述步骤2中，船-机-桨匹配多目标优化模型的目标函数包括：以最小化发动机燃油消耗率为目标的燃料目标函数，所述燃料目标函数以发动机负荷率为变量，通过仿真得到发动机燃油消耗率曲线，再用MATLAB进行曲线拟合得到；以最小化燃烧排放物指标为目标的排放目标函数，所述排放目标函数以发动机负荷率为变量，通过仿真得到碳化物和氮氧化物排放曲线，再用MATLAB进行曲线拟合得到；其中，发动机负荷率表示为其中Pxq为需求功率，PS为实际功率；以最大化系统推进效率为目标的推进目标函数，所述推进目标函数表示为：η＝ηa·ηs·ηd·ηf，其中，ηa为轴系效率，ηs为对旋转效率，ηf为船身效率由下式得到：ηd为螺旋桨敞水效率，由下式得到：其中，w为伴流系数，t为推力减额系数，KT为推力系数，KQ为扭矩系数，J为进速系数；所述步骤5中，所述集成软件系统模块结构包括前处理模块、求解模块、后处理模块，前处理模块包括指定初始条件和边界条件，求解模块包括特性曲线拟合和船-机-桨匹配；软件功能划分为软件功能层、计算模型层和数据库层，并建有人机交互界面，实现基本参数和仿真参量的设定，实时显示和分析船-机-桨匹配仿真特性，并进行数据的可视化管理，所述基本参数包括：船型参数、主机参数、螺旋桨设计参数、海况参数，所述仿真参量包括：转速设定、推进形式、内外桨工作状态、风浪流影响；所述集成软件系统通过调用船-机-桨实时匹配数据库，通过多目标模型的求解来匹配螺旋桨的转速及主机工作模式，输出当前工况下的船舶最高航速。

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权利要求：

百度查询： 江苏科技大学 一种船舶动力匹配的船-机-桨功率实时匹配方法及设备

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