專利名稱：一種噴水推進系統(tǒng)仿真的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種船舶噴水推進系統(tǒng)，基于MATLAB平臺以用戶界面形式對系統(tǒng)進行控制仿真。
背景技術(shù)：
目前船舶所應用的推進方式中，噴水推進是近20余年急速發(fā)展成熟起來的一種特殊的推進方式，它將水流從船底吸入，經(jīng)過推進泵增速后通過噴口向船后高速噴出，利用噴出水流的反作用力來推動船舶航行。由于噴水推進裝置采用的是不同于螺旋槳推進的 “船體管道加推進水泵”特有方式，其部件間相互關(guān)系比較復雜，系統(tǒng)的工作特性與傳統(tǒng)螺旋槳推進裝置有較大的不同，人們對噴水推進理論和技術(shù)的認識和掌握遠遠不及螺旋槳推進技術(shù)深入。典型的噴水推進系統(tǒng)主要由原動機及傳動裝置、推進水泵、管道系統(tǒng)、操舵與倒航組合操縱設(shè)備等部分組成。在設(shè)計噴水推進船舶時，需要滿足主機、管道系統(tǒng)(包括水泵)和船體三方面的平衡，即主機的功率和扭矩要與推進泵吸收的功率和扭矩相平衡；水泵的揚程要在系統(tǒng)效率較佳的前提下，與管道系統(tǒng)及噴射損失相平衡；推進器系統(tǒng)的推力要和設(shè)計工況下的船體阻力和系統(tǒng)的附加阻力相平衡。而不象螺旋槳只需滿足螺旋槳吸收功率、扭矩和主機功率、扭矩相平衡，因此決定噴水推進主要參數(shù)要比決定螺旋槳參數(shù)更為復雜。目前我國關(guān)于噴水推進的研究重點仍然局限于噴泵本體的設(shè)計與改進，有關(guān)船機泵三者在各種工況條件下的仿真動態(tài)配合情況的研究在國內(nèi)較為少見。中國造船，1978年第1期刊登的“噴水推進主要參數(shù)的確定”，文中所提出的噴水推進參數(shù)確定的方法已成為現(xiàn)今設(shè)計噴水推進船舶的權(quán)威方法，但至今未有相應的程序出現(xiàn)令參數(shù)設(shè)計的方法簡便化。至于仿真方面，船舶工程，2004年第6期刊登的“基于MATLAB_SIMULINK的船舶噴水推進仿真研究”，建立了一種噴水推進系統(tǒng)的仿真模型，進行了幾種典型工況下的仿真， 對系統(tǒng)的動態(tài)性能進行了研究。但并沒有前期的參數(shù)設(shè)計過程，只是對現(xiàn)有的系統(tǒng)進行分析。船舶工程，2006年第2期刊登的“船舶噴水推進系統(tǒng)數(shù)學建模及仿真研究”，建立了另一種噴水推進系統(tǒng)的仿真模型，同樣，在不同工況下進行了仿真以研究系統(tǒng)的動態(tài)性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要目的是實現(xiàn)船舶噴水推進系統(tǒng)的控制仿真，首先在得到給定船舶的尺寸參數(shù)和最大航速要求等前提條件的情況下，進行主機的選型和噴水推進泵主要參數(shù)的設(shè)計工作；然后，對噴水推進控制系統(tǒng)進行數(shù)學建模分析，利用MATLAB/Simulink仿真軟件構(gòu)建出完整的噴水推進系統(tǒng)的總體模型，在設(shè)計工況下對整個噴水推進系統(tǒng)進行動態(tài)仿真， 觀察其響應曲線；最后，利用MATLAB/GUI圖形界面設(shè)計工具，編寫用戶界面以便于實現(xiàn)噴水推進系統(tǒng)的參數(shù)計算以及實時觀測系統(tǒng)在不同工況下的響應曲線。
結(jié)合附圖
5，基于MATLAB平臺制作的噴水推進系統(tǒng)控制仿真用戶界面詳細說明本發(fā)明的實現(xiàn)步驟。第一步將船舶的各項參數(shù)，即排水量、水線長、船寬、吃水以及設(shè)計最大航速輸入文本框，點擊參數(shù)設(shè)計，通過點擊參數(shù)設(shè)計的按鈕，計算得出噴水推進系統(tǒng)的參數(shù)顯示于右上側(cè)，并繪制船體阻力特性曲線于左下。其原理可闡述如下按圖2所示，首先估計實船阻力。根據(jù)公式得實船的有效功率為
權(quán)利要求
1.一種船舶噴水推進系統(tǒng)仿真方法，所述仿真方法，包括下列步驟(1)確定船舶的尺寸參數(shù)和最大航速要求的情況下，進行主機的選型和噴水推進泵主要參數(shù)的設(shè)計工作。(2)對噴水推進控制系統(tǒng)進行數(shù)學建模分析，利用MATLAB/Simulink仿真軟件構(gòu)建出完整的噴水推進系統(tǒng)的總體模型，在設(shè)計工況下對整個噴水推進系統(tǒng)進行動態(tài)仿真，觀察其響應曲線。(3)利用MATLAB/GUI圖形界面設(shè)計工具，編寫用戶界面以便于實現(xiàn)噴水推進系統(tǒng)的參數(shù)計算以及實時觀測系統(tǒng)在不同工況下的響應曲線。(4)點擊結(jié)束按鈕，關(guān)閉系統(tǒng)界面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的步驟(1)，其操作步驟為將船舶的各項參數(shù)，即排水量、水線長、船寬、吃水以及設(shè)計最大航速輸入文本框，點擊參數(shù)設(shè)計，通過點擊參數(shù)設(shè)計的按鈕，計算得出噴水推進系統(tǒng)的參數(shù)顯示于右上側(cè)，并繪制船體阻力特性曲線于左下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于通過右下的輸入框輸入控制參數(shù)(航速設(shè)定值、P、I、D)后，點擊確定按鈕，便可實時觀測到系統(tǒng)的動態(tài)響應曲線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，構(gòu)建該噴水推進系統(tǒng)的數(shù)學模型，對柴油機、噴水推進泵系統(tǒng)各主要組成部件和船體的運動分別進行數(shù)學建模，然后將各分模型有機連接起來， 最終構(gòu)建出完整的系統(tǒng)總體仿真模型。
全文摘要
本發(fā)明主要目的是實現(xiàn)船舶噴水推進系統(tǒng)的控制仿真，首先在得到給定船舶的尺寸參數(shù)和最大航速要求等前提條件的情況下，進行主機的選型和噴水推進泵主要參數(shù)的設(shè)計工作；然后，對噴水推進控制系統(tǒng)進行數(shù)學建模分析，利用MATLAB/Simulink仿真軟件構(gòu)建出完整的噴水推進系統(tǒng)的總體模型，在設(shè)計工況下對整個噴水推進系統(tǒng)進行動態(tài)仿真，觀察其響應曲線；最后，利用MATLAB/GUI圖形界面設(shè)計工具，編寫用戶界面以便于實現(xiàn)噴水推進系統(tǒng)的參數(shù)計算以及實時觀測系統(tǒng)在不同工況下的響應曲線。
文檔編號G06F17/50GK102364483SQ20111035851
公開日2012年2月29日 申請日期2011年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月14日
發(fā)明者智鵬飛, 朱婉璐 申請人:哈爾濱功成科技創(chuàng)業(yè)投資有限公司