摘 要

为了准确地了解船舶推进装置中能量消耗的情况，有针对性的减少能量损失，提高船舶能量利用率，本文提出了一种利用AMESim系统仿真软件对船舶推进装置进行仿真建模研究的方法。以2500DWT江海直达货船作为研究对象来建立船舶推进装置的仿真模型，并在此基础上进行仿真试验和典型工况仿真，根据仿真结果，分析影响船舶推进装置能耗的主要因素，提出减少能耗的措施。

首先，按照建立推进装置分模块的思路，把船舶推进装置分为主机模块、电机模块，轴系模块和螺旋桨模块。接着要分析这五个模块的工作机理，理解各部分的数学模型，充分考虑船舶船身的特点，根据推进系统特性建立仿真模型。

其次，将目标船舶的仿真结果与船模的试验结果进行比较，检验仿真模型的精确性，结果表明建立起来的仿真模型精度满足研究的需要，并且可以用于分析船舶的能耗损失。

最后的研究结果表明，选择AMESim系统仿真软件不仅可以避免冗杂的数学计算，使过程变得简单，还可以对船舶推进装置的特性进行研究，对其运动特性进行预测。

关键词:AMESim；船舶推进装置；仿真研究；

Abstract

In order to understand the energy consumption in the ship propulsion device accurately and to reduce the energy loss and improve the energy utilization rate of the ship, this system simulation technology in the ship propulsion device innovation is also more and more widely.

This paper presents a method to simulate the marine propulsion device by AMESim system simulation software. We set up the simulation model of marine propulsion device with 2500DWT Jianghai direct cargo ship as the research object, and on this basis, carry out simulation test and typical work . According to the simulation results, the main factors influencing the energy consumption of the marine propulsion device are analyzed, and the measures to reduce the energy consumption are put forward.

First of all, according to the idea of establishing the sub-module of the propulsion device, we need to divide the marine propulsion unit into main engine module, motor module, shaft module and propeller module. Then we have to analyze the working mechanism of these five modules, understand the mathematical model of each part, take full account of the characteristics of the ship hull, according to the propulsion system characteristics to establish simulation model.

Secondly, we will compare the simulation results of the target ship with the test results of the ship model and verify the accuracy of the simulation model. The results show that the accuracy of the modeling model can meet the needs of the study and can be used to analyze the energy loss of the ship.

The results of the final study show that the choice of AMESim system simulation software can not only avoid the complicated mathematical calculation, making the process simple, but also can study the characteristics of the ship propulsion device, and predict its motion characteristics.

Key words: AMESim; marine propulsion system; Simulation research;

目录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究的目的和意义 1

1.2 国内外相关领域研究现状 2

1.2.1 国内研究现状 2

1.2.2 国外研究现状 2

1.3 本课题研究内容 3

第2章 船舶推进装置仿真模型研究方法 4

2.1 船舶推进装置概述 4

2.1.1 船舶推进装置的含义 4

2.1.2 船舶推进装置组成 4

2.2 AMESim介绍 5

2.3 船舶推进装置的建模仿真方法 6

2.4 本章小结 7

第3章 船舶推进装置仿真模型建立 8

3.1 船舶推进装置分模块建模思路 8

3.2 目标船舶基本参数 9

3.2.1 船型参数 10

3.2.2 推进系统分模块主要参数 11

3.3 船舶推进装置整体仿真模型 11

3.3.1 仿真工具 11

3.3.2 推进装置整体仿真布置图 11

3.4 柴油机仿真模型 12

3.5 齿轮箱仿真模型 14

3.6 轴带电机仿真模型 15

3.7 螺旋桨仿真模型 16

3.8 本章小结 19

第4章 推进装置仿真试验 20

4.1 仿真模型调试 20

4.2 推进系统模型典型工况下的仿真 21

4.3 本章小结 21

第5章 推进装置仿真结果分析 22

5.1 柴油机PTO空载，船舶航速由零变化至额定航速的曲线分析 23

5.2 紧急倒行时变化曲线分析 24

5.3 能耗分析与改进建议 24

第6章 结论与展望 25

6.1 主要结论 26

6.2 展望 26

参考文献 27

致谢 28

绪论

课题研究的目的和意义

船舶作为一种交通运输工具，在水路运输、海洋开发和主权捍卫中具有重要作用，现已经成为世界经济和社会发展的支撑。世界各国的船舶行业科研人员都在利用各种新技术、新方法发展快速、高效、节能的船舶行业。目前，三大主力船型船舶能量有效利用百分比约为32%，具有很大的节能空间，而其中推进装置中的损失总和占总输入能量50%以上，因此通过研究船舶推进装置的能量消耗情况有助于了解船舶能量损失的具体原因，有针对性的减少能量损失，提高船舶能量利用率。

但是目前进行实船研究存在采集实船数据困难，选择参数不合理，研究周期长，耗费大等问题，与此同时，随着计算机数字网络通信的快速发展，在船舶主推进系统研究中应用计算机进行船舶模拟仿真已然成为了研究各种船舶特性的必然趋势。对船舶推进装置进行仿真模拟的软件多种多样，如MATLAB中的SIMULINK仿真工具箱、在ZFX的基础上开发的仿真软件WSPSSP等等。但是现有的仿真软件并不完全适应全部的连续系统，都多少存在着局限性。且船舶推进系统在变结构、大量函数生成及大刚性方面存在着特殊性，这也就造成了现有仿真软件不能满足复杂的船舶推进系统仿真的需要。 仿真研究者需要利用组合式模块化结构设计的软件，进行综合、完整的计算和分析，以期提供系统的建模解决方案。

因为AMESim是对机械、电气和液压等工程系统进行高级建模的仿真软件，采用基于物理模型的图形化建模方式就是其最大的特点，基于该软件，可以建立起船舶推进装置的仿真模型，这个模型能够形象地研究船舶主推进装置的工作特性及能量消耗情况，研究周期短，安全，方便，重复性好，并通过该仿真试验可为后期研究船舶能耗设备状态监测及故障诊断软件的开发参数的采集提供参考。通过对船舶主推进系统进行仿真研究，科研人员可以积累大量描述主推进系统的数据，并由此产生一些模拟船舶推进性能的仿真程序。