离子推进器屏栅电源负载突变分析

离子推进器在工作过程中需要进行打火操作,突变负载会对电源处理单元(PPU)造成过压过流等影响。为满足离子推进器PPU负载突变的需求,选择PPU中的屏栅电源作为研究对象,结合全桥LLC谐振变换器拓扑,采用平均大信号建模法,建立了全桥LLC非线性状态空间方程,并通过方程中快慢变量的近似处理,推导出平均大信号模型,通过仿真验证了平均大信号模型与状态空间方程基本一致。据此大信号模型设计了控制器,通过Matlab/Simulink仿真和实验验证了控制的有效性。所研制的原理样机可以实现软开关和负载突变下的快速调节,最低效率为97.1%,输出稳定性较高,可以提升推进器电源模块的可靠性。

考虑风载荷的客滚船纯横移运动分析

纯横移运动是一种特殊的操纵性指标,它可以判断船舶主推进器和侧推器的配合能否抵御环境影响。好的横移能力能降低船舶进出港口的时间,提高船舶停靠码头的作业效率。船厂需要在设计初期通过此指标判断和选定满足要求的侧推器功率。本文基于MMG建模方法建立风载荷下客滚船的纯横移运动数学模型,采用各推进器推力的百分比之和最大的方式进行推力配比,并依据测量高度对风速进行修正。与文献中的某客滚船的模型试验结果的对比验证较为吻合,证明了计算的有效性。最后对3艘客滚船进行了验证和预报,给出了合同设计阶段需满足纯横移运动指标的侧推器功率。

极地冰区吊舱推进器冰载荷特性研究

由于极地海洋环境的复杂多变,极地船舶在航行过程中所遭遇的冰条件也呈现出多种特征,冰区航行吊舱推进器在破冰航道工作容易导致破碎冰滑行到吊舱推进器附近的流场,改变了吊舱推进器的流场不均匀性,进而导致螺旋桨上的脉动压力产生变化。同时由于破碎冰的存在,吊舱推进器需要在低转速高推力下工作。本文研究冰区吊舱推进器在冰载荷下的特性。

海洋科学考察船侧推筒体封盖载荷计算

开发了海洋科学考察船侧推筒体封盖装置,分析了海洋科学考察船侧推筒体封盖打开和关闭时封盖的受力以及侧推螺旋桨工作时侧推筒体封盖的受力,提出了两种工况下的侧推筒体封盖载荷计算方法,为侧推筒体封盖装置的设计提供了驱动功率计算方法,为封盖强度计算提供了计算依据。

抛物面型激光推力器的热力冲击响应

通过实验、机理分析和数值模拟系统地分析了大气模式激光推进中抛物面型推力器的热力冲击问题。在分析激光推进中存在的4种热载荷(入射、辐射、透射和运流)的基础上,建立了相应的热力耦合动态计算方法。多脉冲推进的计算温升与实验结果吻合。计算表明,入射吸收和高温辐射是造成抛物面型激光推力器温升的主要原因,并预测推力器在熔化前首先发生拉伸破坏,揭示了激光推进中热力冲击破坏的机理和严重性。

直线型和推进器型负载变频异步电动机的转差率

利用异步电动机机械特性曲线,分析了变频调速异步电动机在拖动直线型负载和推进器型负载时转差率随频率的变化规律。结果表明:变频调速异步电动机拖动直线型负载时,频率改变而转差率不变;拖动推进器型负载时,转差率的改变不仅与频率有关,还与电机的额定转差率有关。在近似计算时,可以认为变频后的转差率与额定转差率之比,等于变频后的频率与额定频率之比的平方。

六立柱深水半潜式起重铺管船推进器配置方案

针对深水半潜式起重铺管船的功能需求,通过风洞模型试验和数值计算的方法得到船舶环境载荷,确定船舶的推力需求,进而确定不同的推进器配置方案。经过综合对比,选定12台4 500 kW全回转推进器配置方案。通过对推进器的水动力干扰情况进行分析,确定推进器的布置位置,并对其失效模式进行优化,使推进器配置能满足目标船的动力定位能力和机舱布置要求。按规范的要求对船舶进行环境规则参数(ERN)分析,评估其动力定位能力。通过研究明确了推进器配置应考虑的因素、优化方法和配置方案评估方法,可供实际工程中船舶推进器的选型和配置参考。

霍尔电推进离子能量后加载设计及工作特性

典型的全电推进通信卫星通常设计使用寿命约为15年,对霍尔电推力器的使用寿命要求达到了104h量级,因此,长寿命设计技术是影响其能否工程应用的关键技术。简要调研了国内外霍尔推力器延寿技术的发展,分析得到壁面及磁极腐蚀程度是影响推力器寿命的核心物理过程。通过分析推力器放电过程离子加速场的建立过程,提出一种具有离子能量后加载特征的设计方法,使得电离产生氙离子的主要能量加载过程发生在放电通道的末端。该设计导致推力器的推力效率下降约1%~2%,但同时有效降低了通道内氙离子的能量,缓解高能离子对放电通道壁面的溅射作用,进而缩短腐蚀带长度60%以上,降低通道壁面及磁极工作温度31~55℃,可应用于霍尔推力器延寿设计。

舵桨装置基座及加强结构的强度研究

舵桨装置基座及加强结构为舵桨合一悬挂装置的支撑结构,其受力状态和结构形式复杂。该文通过分析舵桨装置的工作运行特点,提出了该基座及加强结构在不同海况、各种工作状态下的载荷计算方法,通过结构有限元分析,对这部分结构进行了综合优化,从优化结果可见其应力分布较为合理。

深水半潜式起重铺管船动力定位能力分析

考虑到动力定位能力分析在船舶设计中的重要作用,对深水半潜式起重铺管船动力定位能力进行分析。采用软件计算结合同类型船风洞试验系数修正的方法,计算作业环境条件下的环境载荷。针对选定的推进器配置及失效模式,计算14组工况下的船舶动力定位能力,给出各工况的动力定位能力曲线。结果表明,推进器配置合理,满足设计条件。

轮缘推进器水润滑聚晶金刚石推力轴承承载性能试验研究

为解决舰船轮缘推进器(RDT)水润滑推力轴承承载能力差、使用寿命短等问题,提出采用超硬材料聚晶金刚石(PCD)为摩擦副的重载水润滑推力轴承设计方案。研制了金刚石粒度分别为10μm,25μm和35μm的PCD推力轴承并开展了台架试验和RDT样机试验。台架试验结果表明,粒度为10μm的轴承在重载工况下的摩擦因数波动剧烈,而粒度为25μm和35μm的轴承在20 MPa比压下可以稳定工作。该比压比现有RDT采用常规软/硬材料配副的水润滑推力轴承比压提高了40倍。转速为400 r/min时轴承的稳定摩擦因数约为0.015,且在数十小时的试验中无磨损迹象。粒度为35μm的轴承通过了在RDT样机上开展的为期1个月的启停、加减速、高速重载等严苛工况下的试验考核,证明水润滑PCD推力轴承可以胜任RDT极端恶劣环境的工作。

某海洋调查船轮缘侧推装置载荷及强度分析

为评估某海洋调查船的新型轮缘侧推装置强度问题,建立船-侧推装置整体模型,采用计算流体动力学雷诺平均(RANS)方法,并考虑自由面的影响,计算船舶在前进航速下的水动力,得到船-侧推装置受力及载荷分布特性。在此基础上,将载荷评估结果导入有限元模型,采用单向流固耦合方法对侧推装置的结构强度进行计算分析,得到侧推装置应力/应变分布。根据强度评估得知,侧推装置的最大变形出现在封板远离支架处,且强度满足要求。

重型破冰船规范研究

针对我国重型破冰船设计建造缺少自主专用规范的问题,采用目标型规范方法制定重型破冰船规范。分析极地环境风险及破冰船特点,总结破冰船目标及功能要求。制定符合破冰船特点的极限状态并以此建立结构强度要求,分析规范冰载荷并采用离散元方法建立破冰船操作场景的冰载荷直接计算,研究破冰船冰阻力并制定主机功率简化计算公式,建立吊舱冰载荷及强度要求。通过规范及相关技术的研究可满足破冰船新颖化、重型化发展需求。

轮缘推进器反厚度规律桨叶的翼型对比分析

为了开发适用于轮缘推进器的无轮轴螺旋桨,以Ka4-70+19A导管螺旋桨为基础,构造了叶梢厚,叶根薄的反厚度规律桨叶,相应的桨叶翼型也进行了重新设计。根据不同的原则设计了3套桨叶翼型,使用CFX对3种桨叶进行敞水性能分析。结果表明:反厚度规律桨叶叶梢压力分布不均匀,吸力面靠近导边与随边位置出现较大面积高压区和压力最大值,压力面出现较大面积的低压区和压力最小值。Type1翼型梢部压力从导边到随边变化较大,敞水性能相对于原型桨变差;Type2桨叶能保持翼型攻角基本不变,但梢部载荷降低,敞水性能降低最多;Type3桨叶压力沿切向分布更均匀,敞水性能为三者最佳。研究结果可为RDT的反厚度螺旋桨设计提供参考。