船舶电力推进系统螺旋桨负载特性动态仿真∗

刘英杰 张 周 王 婷

（江苏科技大学电子信息学院 镇江 212003）

1 引言

传统的船舶在动力推进方面大多是柴油机通过机械结构来带动螺旋桨从而推动船舶的航行，而伴随着现代交流调速技术的飞速发展，电力推进迅速占据了船舶推进方式的舞台。电力推进相比于传统柴油机推进有着无可比拟的优点，而为了确保电力推进系统的稳定性就需要对搭建的系统进行仿真分析。本文从船桨的基本特性出发，考虑船桨之间的相互作用以及在行驶过程中所受的阻力等搭建船桨的数学模型，分析螺旋桨负载特性在不同工作环境下的动态响应，仿真的结果可以作为实际船舶操作中的科学依据。

2 螺旋桨特性曲线拟合

进速比J用于表征螺旋桨进程hp和螺旋桨直径 Dp的比值，螺旋桨的转速为n，螺旋桨进速Vp=hpn，由此可得：

对于大型船舶而言，由于自身的重量所带来的惯性使得在船舶进行倒航操作时，虽然螺旋桨已经进入反转但是船舶由于惯性作用还在处于正航状态，螺旋桨的进速Vp仍然保持正值但是转速n已然为负，从而导致进速比J=VpnDp出现负值。因此为了考虑到螺旋桨运动的全工况，根据转速n和进速Vp的不同，将螺旋桨的运动情况分成以下四个象限：第一象限（ n＞0，Vp＞0），第二象限（n＜0，Vp＞0），第三象限（n＜0，Vp＜0），第四象限（n＞0，Vp＜0）。在 n和Vp不同时为零的情况下，给出如下定义：

式 中 ：T0(J′)=1，T1(J ′)=J'，T2(J ′)=2J'2-1 ，T3(J ′)=4J'3-3J'，… ，Tk(J ′)是以关于J′的多项式，其 推 导 公 式 为 Tk+1(J ′)-2J′Tk(J ′)+Tk-1(J ′)=0，(k=1，2，3，…，n-1) 。为了满足时间效率以及精度的要求，本文采用8阶Chebyshevd多项式对特性图谱进行拟合，螺距比 H Dp取0.7，系数a0～a8参考文献［3，8］。……