船舶电力推进系统螺旋桨负载的建模与仿真

马继先，陈 源，陆振伟

（江苏科技大学 电子信息学院，江苏 镇江 212003）

与传统的柴油机推进船舶相比，电力推进船具有无可比拟的优势，随着电力电子技术的发展，电力推进技术已显示出广泛的应用前景，而为了保证设计的电力推进系统稳定可靠，就需要对构建的系统进行仿真，电力推进系统主要由推进电机和螺旋桨两部分组成[1-2]，本文重点对螺旋桨负载特性进行仿真。对螺旋桨负载特性的仿真主要是研究船舶复杂工况下负载的转速和扭矩的变化情况，仿真的结果可以在电力推进系统设计阶段为船舶满足性能指标要求提供可靠的依据和参考，下面将针对船舶正航起步和起步后倒车两种工况螺旋桨负载特性进行仿真研究。

1 螺旋桨特性曲线拟合

船舶航行时船速和桨速任何一个变化的发生都会引起船舶动态变量进速比的变化，进速比的变化将进一步引起螺旋推力和扭矩的变化。螺旋桨的推力特性和扭矩特性是螺旋桨负载特性中最重要的两个特性[3-4]。螺旋桨的进速比J定义为：

为表达螺旋桨全工况下的动态特性，定义相对进速比J'、推力系数K'P、转矩系数J'm：

上述式中：VP为螺旋桨相对水流的速度（m/s）；n为螺旋桨的转速（r/s）；DP为螺旋桨直径（m）；Vs为船舶航速（m/s）； ω为伴流系数；P为螺旋桨推力（N）；M为螺旋桨的转矩（N·m）；ρ为海水的密度（kg/m3）,通常取1 025 kg/m3。

通过螺旋桨图谱可以获得K'P，K'm关于J'的多项式。本文选取盘面比A/Ad=0.45,桨叶数Z = 4，螺距比H/D=0-1.6的四象限螺旋桨特性图谱并拟合成式（6）和……