船桨数学模型matlab,船用螺旋桨负载特性数字仿真

为了使船舶满足性能指标要求,对推进系统进行带桨工作考核,必须掌握船舶复杂工况下推力和转矩变化情况。但目前针对螺旋桨负载特性的研究主要考虑船舶正车正航工况,而其他工况却较少涉及。因此,有必要对复杂工况下螺旋桨负载特性进行仿真研究。1螺旋桨特性的定义及其曲线拟合为了真实模拟螺旋桨特性,通常采用有界形式来表达螺旋桨推力系数和转矩系数与进速比的关系。在螺旋桨转速n和螺旋桨的进速Va不同时为零时,相应地定义进速比J、推力系数kt、转矩系数kq为:J=VaVa+n2D2=VaD|n|1+Va/n2D2=Vs(1-)V2s(1-)2+n2D2,J[-1,1](1)kt=Tp/[D2(V2a+n2D2)](2)kq=Mp/[D3(V2a+n2D2)](3)式中:Vs船舶航速,m/s;w伴流分数;D螺旋桨直径,m;Tp螺旋桨的推力,N;Mp螺旋桨的转矩,Nm;海水的密度,kg/m3,通常取1025kg/m3。通常情况下kt、kq和J之间的关系无法用解析式表达,而需要利用螺旋桨的图谱获得。本文采用盘面比Ae/Ao=0.45,桨叶数z=4,螺距比p/D=0.0~1.6的四象限螺旋桨特性图谱[1],并将其拟合成切比雪夫多项式。1)推力特性。kt(J)=120tU0(J)+1tU1(J)+…+ntUn(J)(4)2)转矩特性。kq(J)=120qU0(J)+1qU1(J)+…+nqUn(J)(5)式中:U0(J)=1;U1(J)=J;U2(J)=2J2-1;U3(J)=4J3-3J,…,Uk(J)是以J为自变量的多项式,其一般递推式是Uk+1(J)-2JUk(J)+Uk-1(J)=0,k=1,2,…,n。在仿真实验中,从精度和时间效率两方面考虑,决定只取8阶,并使用文献[1]中系数a0~a8组成多项式。2船桨数学模型1)螺旋桨转矩。Mp=kqD3(V2a+n2D2)=kqD3V2a/J2(6)2)螺旋桨推力。Tp=kqD2(V2a+n2D2)=KtD2V2a/J2(7)由于推力减额系数t=(Tp-Tpe)/Tp,所以,螺旋桨产生的有效推力Tpe为:Tpe=(1-t)Tp=(1-t)ktD2V2a/J2(8)建立船桨系统的运动方程:(m+m)dVsdt=Tpe-R(9)式中:m船体质量,kg;m随船一起运动的附着水质量,kg,按经验,可取附着水质量为船体质量m的5%~15%,取14.67%。船舶所受的总阻力[2]R为:R=CtV2s(10)式中:Ct船舶总阻力系数。在船舶仿真中,由于缺少实测数据,特别是倒航的数据,决定参照文献[3],按式(11)和(12)确定t值和w值。t=0.33nSaberSimulinkCosim命令;2)选择File->InstallCosimFiles...命令;3)在该对话框中选择合适的Matlab版本(文中选择Matlab2006b)并单击Next按钮;4)点击“Finish”,并将需要的文件安装在Matlab安装目录下的work目录下,共有三个文件,分别是SaberSimulinkCosim.dll、SaberCo-sim.mdl、saber.jpg。然后在Simulink中定义有Simulink仿真模型的输入输出接口。具体过程如下:1)启动Simulink,打开Simulink->Sources,选择SignalBuilder作为阶跃信号源,表示的是螺旋桨转速;2)打开Simulink->Sinks,选择示波器Scope来观察运行的结果,将模型另存为ship_propeller_model_cosim.mdl;3)在Simulink中打开

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