推进系统是舰船的心脏, 是舰船不可缺少的重要组成部分。柴油机推进系统是现代舰船最常用的推进系统, 它在动力性和经济性方面具有独特的优点。本文通过对仿真母型船推进系统基本资料的收集, 在仿真软件MATLABSIMULINK平台上, 搭建某船的12PAV6MPC柴油动力推进系统模型。对动力推进系统进行正常航行时的稳态仿真, 并在仿真过程中对准稳态模型进行了一定的简化和修改, 省略了进排气管, 加入流量函数, 使仿真速度得到了很大的提高。所得的仿真结果与实际航行中的结果比较, 仿真结果有较好的精度, 免除了由于受试验条件、周期以及耗费的限制等因素影响而不能很好进行的实验分析方法。
1 柴油机的数学仿真模型
涡轮增压柴油机是一个复杂的系统, 当柴油机突然加负荷或突然加速时, 由于增压器和柴油机之间是靠可压缩的废气来传递能量以及增压器本身的动力惯性, 增压器转速不可能很快增加, 那么压气机所能提供的空气量在短期内就不能满足突然增加的燃油完全燃烧的需要, 这就是增压器的惯性滞后对柴油机系统运动过程的影响。在建立这个系统的数学模型时, 要得到一个精确的描述是很困难的。本文采用“准稳态”建模方法建立柴油机仿真的数学模型。柴油机的准稳态模型是把柴油机的动态过程看成一系列的稳态过程组成, 忽略进排气管的存储容积对动态过程的影响。
本文对“准稳态”模型作以下几个假设:柴油机系统中任何存储容积对动态过程影响忽略不计;柴油机的输出扭矩和排气温度 (涡轮前温度) 仅与柴油机燃烧过程中的空燃比和转速有关。它们可以用经验公式表示, 不进行缸内过程计算。
该柴油机准稳态模型包括压气机、中冷器、涡轮、流量函数、柴油机本体诸环节。其基本模型如图1所示。
2 仿真结果及分析
12VPA6柴油机按标准螺旋桨特性工作的6个稳态工况点的计算结果和试验数据的对比见表1。
比较结果表明:在高负荷时计算误差比较小, 而在低负荷时, 计算误差比较大。这种情况出现的主要原因是低负荷时候试验数据比较少, 而且试验数据的离散程度比较大, 经验公式在低负荷的某些工况有一定的偏差, 但是在整个功率范围内计算误差一般都在5%以内。另外从仿真结果中我们还发现12VPA6柴油机在700rpm~800rpm转速范围内空气流量偏小, 这样对柴油机的动态过程有一定的影响。
可以看出, 仿真得出的稳态航速和实际航行结果基本相同, 稳态误差在6%以内。因此, 稳态仿真的计算结果有较好的精度。在相同的转速下, 计算值一般比实际航行值略偏大, 一方面是由于本文仿真计算的条件是标准海况, 实际航行条件是三级海况;另一方面是由于仿真计算时候排水量是按515t计算的, 而实际航行的排水量是533t~540t。
3 结语
运用数值计算软件Matlab/Simulink建立仿真系统对船舶柴油机推进系统进行仿真分析, 并对其做出相关的修正, 通过与母型船相关资料的比较, 能够对柴油机的稳态性能有很好的研究, 同时为后续的动态性能的研究提供了必要参考依据。避免了采用实验方法而带来的很大的资金、人员和时间的浪费。
摘要：柴油机推进系统是现代船舶最常用的推进系统, 是一个复杂的非线性系统。为研究船舶推进系统的相关性能, 在仿真软件MATLABSIMULINK平台上, 搭建某船的12PAV6MPC柴油动力推进系统模型, 对动力推进系统进行正常航行时的稳态仿真。
关键词：推进系统,稳态仿真,动态仿真
参考文献
[1] 陈华清, 敖晨阳.舰船推进系统仿真中的柴油机数学模型[J].船舶工程, 2000 (5) :33～37.