燃燃联合动力装置系统仿真(附件)【字数：16363】
摘 要摘 要燃-燃联合动力装置（COGAG）目前普遍应用于护卫舰。其具有丰富的组合形式，优越的动力性能以及良好的经济性，今后很长一段时间将会成为主流动力装置。另一方面，燃-燃联合动力装置的功率适应范围大，机动性高。这是国内的船用动力的发展方向。并且国内在该领域处于起步阶段，所以研究燃-燃联合动力装置具有很高的现实意义和价值。本文总体叙述了燃-燃联合动力装置的发展现状，国内外的发展背景以及建立了燃-燃联合动力装置的总体物理模型，分析了各自的特点。拟合出了燃气轮机的工作特性曲线，利用模块化建模的方法和经验公式建立了3S离合器、齿轮箱和螺旋桨的数学模型和仿真模型。最后得出了机桨配合的总体仿真模型，仿真结果表明航速与船型、燃气轮机型号以及船外部流体的密度有直接关系。得出了一台燃气轮机全工况工作时具有20.94kn的航速，两台燃气轮机半工况运行时具有21.03kn的航速，两台燃气轮机全工况运行时为30.36kn的航速的结论。可以为舰船提供足够的动力。关键词燃-燃联合动力装置； Simulink建模仿真；模块化建模；数值计算
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 3
1.3本文的主要内容 4
第二章 燃燃联合动力装置各部分组成及功能 5
2.1 燃燃联合动力装置的组成 5
2.2 船舶燃气轮机 6
2.2.1 压气机 6
2.2.2 燃烧室 6
2.2.3 涡轮 8
2.3 离合器 9
2.4 齿轮箱 9
2.5 螺旋桨 9
2.6 本章小结 10
第三章 燃燃联合动力装置各部分的数学建模 11
3.1 燃气轮机的数学建模 11
3.2 离合器的数学建模 16
3.2.1 离合器主动件的数学建模 16
3.2.2 离合器中间件的数学建模 18
3.2. 3 离合器从动件的数学建模 18
3.3 齿轮箱的数学建模 19
3.4 调距桨的数学建模 19
3.5 本章小结 21
第四章 燃燃联 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
合动力装置各部分仿真及总体结果 22
4.1 燃气轮机的仿真 22
4.2 离合器的仿真 24
4.3 齿轮箱的仿真 25
4.4 螺旋桨的仿真 26
4.5 燃燃联合动力装置系统仿真模型 28
4.6 各工况仿真结果与分析 29
4.6.1 两台燃气轮机全工况运行 29
4.6.2 一台燃气轮机全工况运行一台燃气轮机空载 30
4.6.3 两台燃气轮机半工况运行 32
4.7 本章小结 33
第五章 结论与展望 35
致 谢 37
参 考 文 献 38
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
船舶动力装置也被称为“轮机”，是保证船舶按照任务需求进行航行、作业、停泊以及船上各类人员正常生活和工作所必须的机电设备的综合体。其主要任务就是产生各种能量，并且实现能量的转换、利用和分配，因而有船舶“心脏”之称[1]。
船舶动力装置由主机、推进装置、辅机、电力设备等设备组成，主机形式多样，从一开始的蒸汽机，到柴油机再到燃气轮机，主机经历了技术上的革新以及性能上的飞跃。蒸汽机为主机的船舶需要配置大型的锅炉，利用大型锅炉燃烧相应的燃料产生大量的热能，利用产生的大量热能来产生蒸汽，推动轴系做功。这种装置目前已经被淘汰，主要是因为这种装置消耗的能源比较多，但是在产生热能的效率方面明显不足，效率较低，并且对环境的污染很高，不利于可持续的发展。柴油机在蒸汽机的基础上做了一些改变，单机功率得到了一定提高，机动性有了很好的改善。燃气轮机是现代较为先进的船舶动力装置主机，单机功率很大，机动性非常优越，污染低，续航能力强使得各国争相研究这种动力装置。
船舶根据不同要求可以设置一台或者多台主机，目前可以供选用的主机有柴油机、汽轮机、燃气轮机等。其设备包括离合器、齿轮箱等。制动设备就是可以锁住轴系旋转的设备以达到刹车的目的。目前有气动、液动、电动、手动四种方式。
柴油机有高、中、低速三种，高速机一般体型较小，中低速机一般体型较大。高速机在快艇、军船上有广泛应用，中低速机应用于军船或民船。柴油机由于经济性高、技术成熟，所以目前应用率较高。但是柴油机缺点也很突出，噪声大、寿命短、稳定性差、单机功率受限制。
蒸汽动力装置除了核动力船舶，大型航空母舰和液化天然气船之外已经很少使用。主要原因是其突出的局限性。
燃气轮机动力装置目前应用较为广泛，作为主推进装置广泛应用于大中型船舶。燃气轮机的工作原理与汽轮机大致相似，只是能量转换采用的载体不同。汽轮机是使用燃料燃烧产生的热量来加热水，利用水蒸气做功，而燃气轮机是利用燃料产生的燃气直接做功。
压气机主要用来压缩进入燃烧室的空气，燃料在燃烧室中燃烧形成高温高压燃气[2]。燃气轮机能够很好满足现代舰船对于动力装置的技术指标。具有如下优点：
机动性较好。
低负荷时经济性恶化程度低。
单机功率较大。
与不同动力装置比较，单位功率下的尺寸较小。
同时，燃气轮机动力装置也有缺点，即设置专门的倒车设备；燃气温度高所以要用特殊金属材料；要借助另外的设备启动；对燃油品质要求高并且机舱布置困难。不过总体而言，其优点要大于缺点。所以燃气轮机正在成为船舶动力装置的主流型式。
对于动力装置而言，联合动力装置提供了一种新的形式。船舶在航行时，要求有较高的全速功率。单是全速航行的时间是很少的，大部分时间用巡航速度航行。巡航速度一般为全速的50到70，相应的所需的功率为总功率的13到34；若以巡航速度为全速的60计算，则巡航功率仅为总功率的21[3]，大功率发动机在低工况巡航时油耗都比较高，经济性差。所以，为了满足舰船全速时能保证大功率运行切具有较好经济性，就提出了联合动力装置的概念。联合动力装置是指包含两种相同或不同形式主机的动力装置，一般用于大、中型船舶，可以随着舰船航行工况的不同来改变发动机和推进器的组合或运行方式。联合动力装置是由柴油机，蒸汽轮机或者燃气轮机两两组合而成。
燃燃联合动力装置也主要有两种形式，分别为交替交替使用式燃燃联合动力装置和共同使用式燃燃联合动力装置。一般选择功率较小且经济性较好的燃气轮机作为巡航燃气轮机，可以采用复式线路工作的的开式燃气轮机，对于共同使用的燃燃联合动力装置，为了减少机型、使装置结构简单，目前应用较多的是采用相同型号的燃气轮机，没有明显的巡航机和加速机之别，也可称全燃并车推进装置。燃燃联合动力装置功率大，重量和尺寸小，经济性好并且机动性也高。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 3
1.3本文的主要内容 4
第二章 燃燃联合动力装置各部分组成及功能 5
2.1 燃燃联合动力装置的组成 5
2.2 船舶燃气轮机 6
2.2.1 压气机 6
2.2.2 燃烧室 6
2.2.3 涡轮 8
2.3 离合器 9
2.4 齿轮箱 9
2.5 螺旋桨 9
2.6 本章小结 10
第三章 燃燃联合动力装置各部分的数学建模 11
3.1 燃气轮机的数学建模 11
3.2 离合器的数学建模 16
3.2.1 离合器主动件的数学建模 16
3.2.2 离合器中间件的数学建模 18
3.2. 3 离合器从动件的数学建模 18
3.3 齿轮箱的数学建模 19
3.4 调距桨的数学建模 19
3.5 本章小结 21
第四章 燃燃联 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
合动力装置各部分仿真及总体结果 22
4.1 燃气轮机的仿真 22
4.2 离合器的仿真 24
4.3 齿轮箱的仿真 25
4.4 螺旋桨的仿真 26
4.5 燃燃联合动力装置系统仿真模型 28
4.6 各工况仿真结果与分析 29
4.6.1 两台燃气轮机全工况运行 29
4.6.2 一台燃气轮机全工况运行一台燃气轮机空载 30
4.6.3 两台燃气轮机半工况运行 32
4.7 本章小结 33
第五章 结论与展望 35
致 谢 37
参 考 文 献 38
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
船舶动力装置也被称为“轮机”，是保证船舶按照任务需求进行航行、作业、停泊以及船上各类人员正常生活和工作所必须的机电设备的综合体。其主要任务就是产生各种能量，并且实现能量的转换、利用和分配，因而有船舶“心脏”之称[1]。
船舶动力装置由主机、推进装置、辅机、电力设备等设备组成，主机形式多样，从一开始的蒸汽机，到柴油机再到燃气轮机，主机经历了技术上的革新以及性能上的飞跃。蒸汽机为主机的船舶需要配置大型的锅炉，利用大型锅炉燃烧相应的燃料产生大量的热能，利用产生的大量热能来产生蒸汽，推动轴系做功。这种装置目前已经被淘汰，主要是因为这种装置消耗的能源比较多，但是在产生热能的效率方面明显不足，效率较低，并且对环境的污染很高，不利于可持续的发展。柴油机在蒸汽机的基础上做了一些改变，单机功率得到了一定提高，机动性有了很好的改善。燃气轮机是现代较为先进的船舶动力装置主机，单机功率很大，机动性非常优越，污染低，续航能力强使得各国争相研究这种动力装置。
船舶根据不同要求可以设置一台或者多台主机，目前可以供选用的主机有柴油机、汽轮机、燃气轮机等。其设备包括离合器、齿轮箱等。制动设备就是可以锁住轴系旋转的设备以达到刹车的目的。目前有气动、液动、电动、手动四种方式。
柴油机有高、中、低速三种，高速机一般体型较小，中低速机一般体型较大。高速机在快艇、军船上有广泛应用，中低速机应用于军船或民船。柴油机由于经济性高、技术成熟，所以目前应用率较高。但是柴油机缺点也很突出，噪声大、寿命短、稳定性差、单机功率受限制。
蒸汽动力装置除了核动力船舶，大型航空母舰和液化天然气船之外已经很少使用。主要原因是其突出的局限性。
燃气轮机动力装置目前应用较为广泛，作为主推进装置广泛应用于大中型船舶。燃气轮机的工作原理与汽轮机大致相似，只是能量转换采用的载体不同。汽轮机是使用燃料燃烧产生的热量来加热水，利用水蒸气做功，而燃气轮机是利用燃料产生的燃气直接做功。
压气机主要用来压缩进入燃烧室的空气，燃料在燃烧室中燃烧形成高温高压燃气[2]。燃气轮机能够很好满足现代舰船对于动力装置的技术指标。具有如下优点：
机动性较好。
低负荷时经济性恶化程度低。
单机功率较大。
与不同动力装置比较，单位功率下的尺寸较小。
同时，燃气轮机动力装置也有缺点，即设置专门的倒车设备；燃气温度高所以要用特殊金属材料；要借助另外的设备启动；对燃油品质要求高并且机舱布置困难。不过总体而言，其优点要大于缺点。所以燃气轮机正在成为船舶动力装置的主流型式。
对于动力装置而言，联合动力装置提供了一种新的形式。船舶在航行时，要求有较高的全速功率。单是全速航行的时间是很少的，大部分时间用巡航速度航行。巡航速度一般为全速的50到70，相应的所需的功率为总功率的13到34；若以巡航速度为全速的60计算，则巡航功率仅为总功率的21[3]，大功率发动机在低工况巡航时油耗都比较高，经济性差。所以，为了满足舰船全速时能保证大功率运行切具有较好经济性，就提出了联合动力装置的概念。联合动力装置是指包含两种相同或不同形式主机的动力装置，一般用于大、中型船舶，可以随着舰船航行工况的不同来改变发动机和推进器的组合或运行方式。联合动力装置是由柴油机，蒸汽轮机或者燃气轮机两两组合而成。
燃燃联合动力装置也主要有两种形式，分别为交替交替使用式燃燃联合动力装置和共同使用式燃燃联合动力装置。一般选择功率较小且经济性较好的燃气轮机作为巡航燃气轮机，可以采用复式线路工作的的开式燃气轮机，对于共同使用的燃燃联合动力装置，为了减少机型、使装置结构简单，目前应用较多的是采用相同型号的燃气轮机，没有明显的巡航机和加速机之别，也可称全燃并车推进装置。燃燃联合动力装置功率大，重量和尺寸小，经济性好并且机动性也高。
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