[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

说明书

本发明公开了一种船舶动力匹配的船‑机‑桨功率实时匹配方法及设备，方法包括：采集船舶实际航行工况参数，建立复杂工况下的船‑机‑桨实时匹配模型；建立船‑机‑桨匹配多目标优化模型；采用NSGA‑II算法求解多目标优化模型，得到船舶主机功率和推进系统参数；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；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，对船‑机‑桨特性曲线进行拟合和船‑机‑桨实时匹配；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功率及排放需求。本发明实现船‑机‑桨功率实时匹配，提高航行性能。

技术领域

本发明涉及船舶智能控制领域，具体涉及一种船舶动力匹配的船-机-桨功率实时匹配方法及设备。

背景技术

船舶的机-桨配合点就是指机、桨额定工况的配合点，它与设计时所选定的机、桨二者的特性曲线有关，一般是将二者的特性曲线标示于同一个功率-转速(或转矩-转速)特性图上并找到其交点，此交点即其配合点。船舶推进系统设计时，理论上配合点即原动机100％负荷和100％转速的MCR(maximum continuous rating)点，但船舶营运一段时间后由于船体表面、螺旋桨表面附着海生物、腐蚀会引起船体阻力增加，船舶航速就会降低。因螺旋桨转速和船的负荷变化范围很大，并存在很多随机因素(如风浪、污底等)，即对动力装置的运行产生较大影响，甚至破坏其正常工作，所以，船用动力装置必须具备在宽广的负荷范围内稳定工作的能力。各国污染排放指标不同，各国领海及公海的最佳匹配点不同，一般只有刚造好的新船在试航时是处于运行的设计点，在绝大多数情况下船舶是处于非设计工况点运行的，这就需要根据实船的阻力变化规律进行船-机-桨多工况实时匹配设计，目前来看船舶动力匹配技术无法实现复杂工况自适应匹配，船用动力装置功率实时匹配对于新型船舶开发意义重大，因此，要使船舶获得良好的运行状态，不仅要研究正常航行条件下船-机-桨功率配合，还要使其在复杂的工况下能够达到较满意的运行匹配效果。

发明内容

发明目的：针对现有技术的不足，本发明提出一种船舶动力匹配的船-机-桨功率实时匹配方法，实现复杂工况下船-机-桨实时参数匹配。

技术方案：一种船舶动力匹配的船-机-桨功率实时匹配方法，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。

进一步地，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、裸船体兴波阻力、方艉浸没阻力、球鼻首附加阻力、附体阻力、船模实船修正阻力，根据实际工况参数计算相应的分量阻力得到船舶总阻力；