[发明专利]一种船舶动力匹配的船-机-桨功率实时匹配方法及设备

权利要求书

1.一种船舶动力匹配的船-机-桨功率实时匹配方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)采集船舶实际航行工况参数，建立复杂工况下的船-机-桨匹配模型并分析匹配特性以及船舶在复杂工况下轴系负荷及性能参数；

(2)根据对船舶推进系统的分析建立船-机-桨匹配多目标优化模型，所述多目标优化模型以最小化发动机燃油消耗率、最小化燃烧排放物指标和最大化系统推进效率为目标，以桨叶数、螺距比、盘面比、螺旋桨转速、螺旋桨直径、船舶航速及发动机负荷率为变量；

(3)采用NSGA-II算法进行多目标优化模型求解，得到船舶主机功率和推进系统参数；

(4)根据多目标优化模型求解结果，对船舶航行阻力及螺旋桨推力进行仿真计算，建立船-机-桨多工况实时匹配数据库，存储仿真试验结果及相关参数；

(5)将匹配参数和仿真结果导入船-机-桨功率实时匹配集成软件系统，所述集成软件系统对船-机-桨特性曲线进行拟合和船-机-桨实时匹配，输出指定格式匹配结果；

(6)主机根据不同的工况要求，自适应调整不同燃料混合比例来切换适合的燃烧模式以达到所需功率及燃烧物排放指标要求。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，采集船舶实际航行工况参数，建立复杂工况下的船-机-桨匹配模型包括：

获取船舶实际航行工况参数，将复杂工况下船舶总阻力分解为裸船体粘性阻力R_V、裸船体兴波阻力R_W、方艉浸没阻力R_tr、球鼻首附加阻力R_B、附体阻力R_app、船模实船修正阻力R_A，根据实际工况参数计算相应的分量阻力得到船舶总阻力；

根据航速V_s及伴流系数w随船速变化的关系得到螺旋桨进速V_P，再根据螺旋桨转速n、螺旋桨直径D及螺旋桨进速V_P得到进速系数J，通过进速系数在螺旋桨的敞水特性曲线上找到对应的推力系数K_T及扭矩系数K_Q，再根据螺旋桨推力以及螺旋桨扭矩的计算公式得到螺旋桨的推力T_P及螺旋桨扭矩M_P；

分析船舶实际运行工况，基于船-机-桨之间的动力平衡关系，建立船-机-桨匹配的实时动态数学模型，模型计算公式为：其中Δm为船舶附体质量，m为船体质量，V_s为船速，R_m为船舶总阻力。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，分析匹配特性以及船舶在复杂工况下轴系负荷及性能参数包括：

根据船-机-桨匹配实时动态数学模型分析船舶在启动、加速、减速、倒车、多桨复杂工况下船-机-桨的匹配特性；

分析船舶在复杂工况下轴系负荷及性能参数，包括：船体有效马力曲线、螺旋桨特性曲线和主机外特性曲线。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，船-机-桨匹配多目标优化模型的目标函数包括：

以最小化发动机燃油消耗率为目标的燃料目标函数，所述燃料目标函数以发动机负荷率为变量，通过仿真得到发动机燃油消耗率曲线，再用MATLAB进行曲线拟合得到；

以最小化燃烧排放物指标为目标的排放目标函数，所述排放目标函数以发动机负荷率为变量，通过仿真得到碳化物和氮氧化物排放曲线，再用MATLAB进行曲线拟合得到；其中，发动机负荷率表示为其中P_xq为需求功率，P_S为实际功率；

以最大化系统推进效率为目标的推进目标函数，所述推进目标函数表示为：η＝η_a·η_s·η_d·η_f，其中，η_a为轴系效率，η_s为对旋转效率，η_f为船身效率由下式得到：η_d为螺旋桨敞水效率，由下式得到：其中，w为伴流系数，t为推力减额系数，K_T为推力系数，K_Q为扭矩系数，J为进速系数。