船舶轮缘推进器关键技术研究现状和发展趋势

采用电力直驱模式来完成电能与机械能的无传动转化是高端交通动力装备领域的未来战略性技术之一。轮缘推进器(RDT)作为一种高度集成的电力直驱推进,是近年来研究的热点。文章梳理了船舶轮缘推进器的6项关键技术,包括水力部件设计及优化、电机设计及控制、水润滑轴承的设计和性能强化、系统集成与测试、船体匹配及联合控制以及可靠性评估与智能运维;阐述了各项技术的研究现状和趋势,总结了国内外RDT产品和实船应用情况。研究和应用表明,节能、环保、灵活的轮缘推进器是绿色智能船舶电力推进形式的重要选择,高性能轮缘推进器专用化设计、效能提升和状态监测以及智能运维是轮缘推进器未来重要发展趋势。

典型推进器在高性能舰船中的应用

推进器是舰船实现航行的核心设备,而推进器的选择又是影响舰船战斗力的核心要素之一。该文以高性能舰船装备与技术发展为切入点,概述了典型推进器的发展现状,聚焦推进系统与舰船总体之间的相互关系,从舰船多工况变化、高航速、低噪声等要求对推进技术发展的影响,以及特种螺旋桨推进、喷水推进等推进器技术对舰船性能的提升这两方面进行系统分析。文中以某600 t执法平台与瑞典海军某舰艇为研究对象,基于实船和模型试验数据,对比了采用螺旋桨推进器和喷水推进器对舰船阻力性能、操纵性能和噪声的影响,并结合国内高性能舰船发展现状,面向舰船总体性能提升需要,展望了推进器技术的未来发展。

智能研究与实训两用船ABB Azipod吊舱推进器安装工艺

为了提高吊舱推进器安装精度、缩短建造周期,以智能研究与实训两用船项目为例,基于ABB Azipod相关资料要求,并通过结构有限元分析、船壳外板曲面线型优化等方法,分析研究并优化吊舱底座设计方案。结果表明,由于Azipod吊舱推进器电机及滑环单元等大量精密元件集成在水下推进模块中,相比其他传统全回转推进器而言,吊舱底座设计的强度、精度及变形量控制等要求更高,设计难度更大,安装精度控制也更严格。通过研究分析Azipod吊舱推进器安装的重点与难点,归纳设计安装经验、总结优化方案,为其他吊舱推进器安装提供宝贵经验。

基于CFD技术的船舶首侧推槽道构型设计

船体首侧推槽道会对船体快速性能产生不利影响。为减小其导致的船体增阻,以某集装箱船为研究对象,采用实船阻力预报方法研究不同槽道构型下船体阻力性能及流场特性,并对槽道开口参数进行设计优化。结果表明,圆角槽道口能够减阻而倒角槽道口会增加船体阻力,在设计工况下,圆角半径为0.2D_(0)(D_(0)为槽道直径)时的减阻效果最佳,总阻力较原始船型减小了1.36%。研究结果可为首侧推槽道构型的设计提供参考。

气垫船推进系统技术特点研究及未来前景展望

简要介绍了气垫船的技术特点、气垫船推进系统的总体组成,重点对高速柴油机及燃气轮机等推进主机及其技术特点进行了阐述,随后详细介绍了用于气垫船的各类推进器及其技术特点,并对气垫船推进系统未来的发展趋势进行了展望。未来,气垫船主机仍会以高速柴油机及燃气轮机等传统热力发动机为主流,并有望采用电力推进。核动力装置虽然能为船舶提供较强的动力性及续航力,但考虑到其高昂的成本、复杂的结构、庞大的尺寸及重量,以及核泄漏等安全性问题,一定程度上限制了其在气垫船等高性能船舶领域的应用。

摆线推进器结构及其应用研究

随着交通强国和海军工程装备的发展,船舶动力装置扮演着越来越重要的角色。相较于其他推进器,摆线推进器不需船舵控制,操控性能好,控制精准,优点突出。因此,研究高性能的具有实际应用价值的摆线推进器具有重要意义。然而,目前对摆线推进器的研究相对较少。该文系统综述摆线推进器的国内外研究进展和生产制造情况,分析比较行星式凸轮式、偏心盘-滑块-连杆式、平面六连杆式及步进电机式不同结构的摆线推进器,并提出一种新的摆线推进器结构的优化版本,对摆线推进器的优点进行探究,阐述摆线推进器在两栖航行器领域的应用。

POD推进器技术发展及其应用前景

POD推进器是近年来发展起来的一种新型的船舶推进装置,该装置可以提高舰船总体性能,节省舱室空间,增加有效载荷,提高舰船的使用效能,可充分发挥电力推进系统的优越性,因而具有极高的应用价值和广阔的市场应用前景.通过介绍POD推进器的技术的发展概况,总结了POD推进器的主要特点,概述了其主要类型,分析了POD推进器的应用前景.

基于能量最优的组合偏置推力分配算法研究

推力分配是动力定位控制系统的关键技术之一,其任务是将控制器输出的合力分配给各推进器。本文针对推力分配中存在的问题,提出组合偏置思想并设计了自适应组合偏置策略,建立了组合偏置推力分配算法。该算法基于能量最优方法,能够自适应地调整偏置量,兼顾船舶的能量消耗和操纵性。仿真结果表明该算法能有效地提高船舶的动态性能。

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。

动力定位工程船设计技术研究

论述了动力定位入级船舶设计时所要综合研究的环境条件、推力器的配置、全船电力系统单线图方案、动力定位能力分析及入级符号与故障模式影响分析之间的复杂的辨证关系,给出了动力定位船舶设计程序及原则。

全方位推进器与首侧推器综合作用对船舶操纵性能的影响

以船模自由自航模试验为基础,对采用全方位推进器和首侧推器的船舶特殊操纵性能进行了试验研究,对其原地掉头、纯横移、斜移等操纵方式进行了探索和研究。同时,通过测量首侧推器作用力随航速变化规律,分析了首侧推器在该类船舶上的应用情况,供设计者参考。

船舶艏侧推器脉动压力数值计算

以艏侧推桨为研究对象,采用有限体积法,通过求解非定常RANS(Reynolds-Averaged Navier-Stokes)方程对槽道流场进行了数值模拟得到槽道壁的脉动压力,为结构减振优化设计提供初始数据输入.数值模拟得到的脉动压力与试验结果吻合良好,压力脉动集中在桨叶梢附近小块区域.通过对比不同来流方向的脉动压力,发现船舶正前方和正后方来流时,压力脉动值分别出现极小值和极大值,压力脉动情况与流场复杂性相关,水流越顺畅,压力脉动值越小,反之亦然.数值模拟得到的槽道内及螺旋桨叶片上完整的压力云图可为结构优化设计提供重要参考数据,具有工程实用价值.

基于PSCAD/EMTDC的船舶艏侧推起动性能的仿真与分析

本文采用PSCAD/EMTDC软件对船舶艏侧推装置的起动过程进行仿真,针对艏侧推装置起动时产生的瞬时冲击电流对船舶电网产生的影响进行详细分析,并给出一些优化措施,减轻冲击电流对船舶电网供电质量的影响。

船舶磁流体推进与高温超导

简要介绍磁流体推进基本原理;回顾世界代表性船舶磁流体推进器开发情况;介绍磁流体推进器的类型与基本结构;阐述磁流体推进器特点和技术开发存在的问题;描述高温超导技术的发展;并指出船舶磁流体推进器的实用化前景在于高温超导技术的应用。

基于模型预测控制的智能船舶容错控制策略

针对智能船舶在复杂海况下出现的推进器故障,提出一种基于模型预测控制(MPC)的智能船舶容错控制策略。该方法由控制器和推力分配算法共同控制,以保证所需的控制性能。设计非线性扰动观测器,提出一种带扰动观测器的MPC算法。结合推力分配算法,在船舶控制器与推力分配模块之间设计一种故障反馈结构,进而设计一种考虑推进器故障反馈的MPC律。以一艘Cyber ShipⅢ拖船模型为例开展仿真试验,结果表明提出的控制策略能使船舶在发生推进器故障时恢复到期望位置,具有较好的控制性能。

船舶螺旋桨水下清洗机器人推进器驱动及关键部件状态监测研究

针对船舶螺旋桨水下清洗问题,设计一种由水下机器人、机械手、空化射流系统集成的水下清洗机器人系统,重点研究了水下机器人推进器驱动及关键部件状态监测.针对水下机器人推进器驱动过程中,模拟电压-脉冲宽度调制信号转换模块与脉冲宽度调制驱动器两者功率不匹配的问题,提出一种模拟驱动器和脉冲宽度调制驱动器结合的混合驱动电路.针对推进器运行状态监测过程中,上位机控制界面显示的推进器电流信号,含有较大随机噪声干扰的问题,提出一种七点平滑小波降噪方法.针对水下机器人密封舱漏水状态监测过程中,漏水检测电路存在误报的问题,设计一种下拉电阻接地电路.通过陆上试验和水池试验对文中设计的推进器驱动电路、推进器电流降噪方法、漏水检测电路以及水下清洗机器人系统的有效性进行了验证.

全船自动化典型解决方案解析

以系统性的角度对国外引进的全船自动化技术与产品进行剖析。以“海洋石油981”深水钻井平台为例,总结该平台全船自动化解决方案的技术特点与优势,并分别对其装备的子系统包括动力定位控制系统、推进器控制系统、综合导航控制系统、船舶监测与综合控制系统、综合安全控制系统进行单独分析,为国内船舶自动化配套产业发展提供一定的参考。

双喷水推进船舶的运动控制技术研究

探讨采用双喷水推进无侧推器船舶的转向和横移控制能力,分析船舶动力和运动规律,设计自动控制器实现船舶的运动控制.采用三自由度运动数学模型,通过设计推进力大小方向和倒车斗综合控制器来调节喷水推进力对船舶进行控制,达到船舶运动的特定要求的目标.通过对10m滑水型艇的实例进行计算,仿真结果表明,通过对喷水推进器喷水方向和倒车斗的联合操纵,系统具有较强的跟踪特定运动能力.

动力定位船舶推进器切换系统

基于某深水铺管船推进器切换系统设计,分析电力系统推进器主电源和推进器辅助电源的配置。在此基础上,分析中压主电源、推进变频器和低压辅助电源柜的切换控制系统,并应用流程图对整个系统的切换控制进行总结。通过对推进器切换效果进行组合可知,在机舱、配电板和母排分段等不同设备发生故障导致失电的情况下,切换系统能使带切换的推进器继续保持运行工况,增加发生单点故障时可用推进器的数量,从而提升该铺管船的动力定位能力。

可回转多桨推进无人船的运动建模与仿真

可回转多桨推进因机动性好、控制效率高成为无人船重要的推进方式,但其运动控制相对复杂,须对其运动模型进行深入研究。在可回转双桨电力推进船舶的研究基础上,根据船舶分离型运动建模方法,分析可回转四桨推进无人船的运动规律及其在纵荡、横荡和艏摇三个自由度上的作用力,建立可回转四桨船舶的推进与回转运动模型,导出无人船运动线性响应方程。选取了4种典型的螺旋桨组合工况:①仅船首两桨工作;②仅船尾两桨工作;③四桨同时工作;④仅右舷两桨工作。通过计算机数值仿真,对比了不同工况下无人船的回转能力。仿真结果表明,无人船在工况④下的回转能力最佳,回转半径约为8 m;在工况①下的回转能力最差,回转半径约为50 m。最后通过试验验证了该运动模型的有效性。