船舶中速柴油机数学建模与可视化仿真的研究

论文摘要

本文对于船舶中速柴油机数学建模和可视化仿真进行了系统的研究。中速四冲程柴油机具有体积小、重量轻、也可燃烧劣质油等优点,因此在船舶推进系统中的应用越来越广泛。建立其数学模型,并用来预测其稳态和动态性能,对于其性能研究和控制系统设计,具有重要的理论和现实意义。本文应用容积法、经验公式和试验数据修正等综合建模方法,建立了MAK9M25型柴油机的数学模型,仿真试验验证了建模方法的有效性,模型能较好地反映实际柴油机系统的稳态和动态特性,仿真误差小于8%。作者利用模块化建模思想,建立了调距桨、液压伺服机构和调距桨控制系统的数学模型,并利用VC++编程语言完成了可视化仿真系统的软件设计和编程。利用SolidWorks建模工具,完成了四冲程柴油机、调距桨推进装置的三维实体建模、推进系统虚拟装配的设计等工作。在此基础上,通过SolidWorks的Animator插件,实现了柴油机推进装置工作过程的三维动态显示。利用VC++开发了四冲程柴油机推进装置及可视化仿真的软件系统,给出了MAK9M25型柴油机工作过程气缸内的热力学特性曲线,稳态和动态工况下的仿真结果。本文所开发的船舶四冲程柴油机推进装置及可视化仿真系统丰富了船舶轮机仿真系统的内容。可用于分析、预测研究柴油机推进装置在不同工况下的动态和稳态特性并可用于轮机模拟器的仿真训练。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外柴油机建模研究现状
• 1.2.1 线性化模型
• 1.2.2 容积法模型
• 1.2.3 准稳态模型
• 1.2.4 平均值模型
• 1.2.5 状态空间模型
• 1.2.6 智能算法建模
• 1.3 虚拟装配技术的发展
• 1.4 课题的提出
• 第2章 MAK9M25型柴油机系统的数学模型
• 2.1 MAK9M25型柴油机系统的工作过程物理模型
• 2.2 柴油机工质成分、比热、绝热指数、分子量和气体常数
• 2.2.1 柴油机工质的成分
• 2.2.2 工质的比热与绝热指数
• 2.2.3 气体分子量与气体常数
• 2.3 柴油机气缸内热力过程的计算
• 2.4 气缸工作容积
• 2.5 燃油燃烧放热规律
• 2.6 气缸周壁的热传导
• 2.7 柴油机进排气系统热力过程计算
• 2.7.1 进排气阀的流量
• 2.7.2 排气管
• 2.8 中冷器及涡轮增压器的计算
• 2.8.1 中冷器的计算
• 2.8.2 增压器
• 第3章 船舶推进系统数学模型
• 3.1 调距桨推进系统的主要特点
• 3.2 调距桨推进系统的组成
• 3.2.1 减速齿轮箱
• 3.2.2 可调距螺旋桨系统
• 3.3 调距桨推进装置数学模型
• 3.3.1 调距桨的推力计算
• 3.3.2 调距桨阻力扭矩计算
• 3.3.3 螺距调节机构
• 3.4 调距桨控制系统建模
• 3.4.1 调距桨的控制模式
• 3.4.2 数字调速器
• 第4章 基于SolidWorks柴油机系统可视化装配模型的建立
• 4.1 虚拟现实技术
• 4.1.1 虚拟现实技术简介
• 4.1.2 虚拟装配技术简介
• 4.1.3 虚拟系统开发平台的选择
• 4.2 装配系统介绍
• 4.2.1 系统设计流程
• 4.2.2 柴油机零部件三维建模
• 4.2.3 零部件装配关系的规划
• 4.3 零部件装配过程的实现及干涉检查
• 4.3.1 干涉的产生
• 4.3.2 干涉的检查及解决途径
• 4.4 柴油机工作过程仿真
• 4.4.1 仿真插件的选择比较
• 4.4.2 推进系统运动仿真的实现
• 第5章 中速柴油机可视化仿真系统的设计
• 5.1 系统的软件设计
• 5.1.1 软件设计思路
• 5.1.2 仿真界面
• 5.2 中速柴油机三维可视化动态仿真
• 5.2.1 动态仿真设计原理
• 5.2.2 仿真界面
• 5.3 仿真结果及分析
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究生履历