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《武汉理工大学》 2010年
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风帆辅助推进装置及控制系统的建模与仿真研究

王立明  
【摘要】:随着人类环保意识的增强,世界石油资源的日益匮乏、石油价格高涨,当前IMO对船舶温室气体排放和污染物排放的标准日益严格,节能减排呼声日益高涨,人们逐渐将目光转向清洁能源,由于风能具有分布广泛、无污染,因此风帆助推技术又重新回到人们视线中。不同以往的是现代风帆助推装置多为船舶提供辅助推进力,而并非作为主推进装置。文中以矩形帆翼为研究对象,对帆翼偏航回转控制系统进行了探索性的研究,以求为帆翼辅助推进系统的进一步开发提供一些思路和依据。 文中主要针对风帆的对比与选型、偏航回转装置的计算选型、偏航回转系统的设计及建模仿真等几个方面展开研究工作。首先,文中对主要风帆类型进行搜集和整理,对其基本原理、应用情况、存在的问题等进行了研究,并针对主要帆型的结构形式、空气动力性能、控制系统等要素对比分析研究,分析所选目标船的特点,选取了适合该船型的帆型——帆翼。其次从翼型理论的角度对帆翼的工作原理进行分析与研究,并对影响帆翼空气动力性能的主要因素,如平面形状、展弦比、剖面形状、拱度比等,进行了分析和研究,并对适合该船的帆翼的主要参数进行设计,并通过风洞试验分析帆翼的空气动力性能;再者参考船用起重设施回转机构的设计方法,结合帆翼的机构特点和工作规律,对所选帆翼的回转支承装置的载荷进行了计算,根据回转支承相关标准选择合适的回转支承——三排滚柱式回转支承,并参考船用起重机设计方法确定帆翼回转机构的各种负载情况;最后完成帆翼偏航回转控制系统的设计,该系统采用电液比例控制技术,完成了系统主要元件的选型,并根据电液比例控制系统,建立了其动态数学模型,并在Simulink中建立了仿真模型,并对系统性能进行仿真与分析。 通过对仿真结果的分析可知,系统在不考虑外力干扰的情况下,系统能够保持较高的控制精度;在考虑外力干扰的情况,帆角控制精度有所下降,但是仍能满足系统的要求。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:U664.82;U664.3

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【参考文献】
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