調(diào)距槳推力和轉(zhuǎn)矩回歸算法研究輪機(jī)管理專業(yè)

1、調(diào)距槳推力和轉(zhuǎn)矩回歸算法研究摘 要螺旋槳推力和扭矩計(jì)算是否準(zhǔn)確至關(guān)重要，因?yàn)橥屏团ぞ啬軌蛴?jì)算推力方程，推力方程能夠得到輪船的船速和柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速，推力方程精準(zhǔn)研究對(duì)輪船的航行分析提供很大便利，也可以用作船員仿真考試系統(tǒng)，培養(yǎng)學(xué)員。本文對(duì)調(diào)距槳推力和轉(zhuǎn)矩國內(nèi)外的算法和成果進(jìn)行了總結(jié)和分析，通過對(duì)比國內(nèi)外調(diào)距槳推力和扭矩計(jì)算方法，得到了各自的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)。傳統(tǒng)的調(diào)距槳推力和扭矩計(jì)算方法不夠直觀并且比較粗糙，不能根據(jù)不同的螺距比而得到不同的數(shù)值變化。因此我們提出了調(diào)距槳推力和扭矩的回歸算法。我們所采用的回歸算法不僅計(jì)算量小、簡(jiǎn)單方便，最關(guān)鍵的是適用于全工況范圍的需求，對(duì)調(diào)距槳推力和扭矩的計(jì)算擁有一定的

2、參考價(jià)值。本文還利用MicrosoftVisualC+6.0進(jìn)行了編程，利用插值算法計(jì)算出任意螺距比時(shí)的螺旋槳推力和轉(zhuǎn)矩，進(jìn)而通過公式能夠得到Tp、Mp的數(shù)值，又在程序中擬合了柴油機(jī)模型，最終能夠得到船速和轉(zhuǎn)速并進(jìn)行了數(shù)據(jù)驗(yàn)證?；貧w算法的出現(xiàn)能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)算法的不足，更利于通過船員仿真考試系統(tǒng)使學(xué)員詳細(xì)了解調(diào)距槳的特性關(guān)鍵詞：螺旋槳推力和扭矩；回歸算法；MicrosoftVisual C+ 6.0；內(nèi)插法；AbstractIt is important that the propeller thrust and torque calculations are accurate, since th

3、e thrust and torque can calculate the thrust equation. The thrust equation can be used to obtain the speed of the ship and the speed of the diesel engine. The thrust equation is an excellent tool for the ships navigation analysis. Crew training simulation system, training students.In this paper, the

4、 algorithms and results of pitch and torque are summarized and analyzed. By comparing the thrust and torque calculation methods at home and abroad, the advantages and disadvantages are obtained. The traditional method of calculating the thrust and torque of the pitch is not intuitive and rough, and

5、can not get different numerical changes according to the different pitch ratio. Therefore, we propose a regression algorithm for pitch and torque.We use the regression algorithm is not only a small amount of calculation, simple and convenient, the most critical is applicable to the scope of the full

6、 range of demand for the pitch propeller thrust and torque calculation has a certain reference value. In this paper, we also use Microsoft Visual C + 6.0 to program the propeller thrust and torque when calculating the arbitrary pitch ratio. Then we can get the value of T_p and M_p by the formula, an

7、d then fit the diesel model in the program. Get the speed and speed and data validation.The emergence of the regression algorithm can make up for the shortcomings of the traditional algorithm, more conducive to the crew simulation test system so that students understand the characteristics of the pi

8、tchKey words: propeller thrust and torque; regression algorithm; Microsoft Visual C + 6.0; interpolation method;目錄調(diào)距槳推力和轉(zhuǎn)矩回歸算法研究5第一章 緒論51.1調(diào)距槳推力和轉(zhuǎn)矩回歸算法研究背景、目的和意義51.2調(diào)距槳推力和轉(zhuǎn)矩回歸算法國內(nèi)研究現(xiàn)狀51.2.1面元法計(jì)算螺旋槳推力和扭矩51.2.2升力面理論計(jì)算螺旋槳推力和扭矩61.2.3圖譜法計(jì)算螺旋槳推力和扭矩71.3本文的主要研究的主要內(nèi)容和技術(shù)路線9第二章 調(diào)距槳推力和轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)學(xué)建模112.1螺旋槳的重要參數(shù)112.2船槳

9、數(shù)學(xué)模型112.3螺旋槳和船體的相互作用132.3.1伴流船體對(duì)螺旋槳的影響132.3.2推力減額螺旋槳對(duì)船舶的影響142.4本章小結(jié)16第三章 程序設(shè)計(jì)173.1 VC+的特點(diǎn)173.2程序設(shè)計(jì)框圖173.3推力系數(shù)CT和轉(zhuǎn)矩系數(shù)CQ的修正183.3.1內(nèi)插法183.4建模程序的實(shí)現(xiàn)263.5本章小結(jié)27第四章 結(jié)果分析284.1輸出結(jié)果284.2誤差分析284.3本章小結(jié)28結(jié)論29參考文獻(xiàn)30致 謝32調(diào)距槳推力和轉(zhuǎn)矩回歸算法研究第一章 緒論1.1調(diào)距槳推力和轉(zhuǎn)矩回歸算法研究背景、目的和意義調(diào)距槳，全稱是可調(diào)螺距調(diào)距槳，就是通過在螺旋槳中的操縱系統(tǒng)，使?jié){葉轉(zhuǎn)動(dòng)來調(diào)節(jié)螺距的螺旋槳。它通過轉(zhuǎn)

10、葉機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)來改變螺旋槳螺距H。漿葉轉(zhuǎn)動(dòng)的所有位置都會(huì)有相對(duì)應(yīng)的螺距H。所以當(dāng)漿徑D一定時(shí)，則相當(dāng)于一個(gè)新的螺距比，因此性能也發(fā)生改變，達(dá)到適應(yīng)各種航行狀況下對(duì)螺旋槳工況的不同要求。調(diào)距槳推力和轉(zhuǎn)矩的研究方法主要跟下面兩點(diǎn)有著很大的聯(lián)系，第一點(diǎn)就是跟總體器械的額定功率有很大的關(guān)系，第二點(diǎn)就是跟船在行走的過程中受到的阻力有很大的關(guān)系。本文提出的調(diào)距槳推力和轉(zhuǎn)矩的回歸算法在一定程度上可以有效的對(duì)船的行駛過程進(jìn)行模擬，而且還可以高效的對(duì)船內(nèi)部各種轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算。通過調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在我們國家以及其他國家學(xué)者主要研究的方向就是對(duì)船舶的調(diào)距槳進(jìn)行研究，而對(duì)其模擬特性的研究卻相對(duì)比較少，敞水試驗(yàn)就是把即

11、將測(cè)量的調(diào)距槳放在一個(gè)封閉的水池中進(jìn)行。敞水試驗(yàn)被許多裝備制造業(yè)采用，但是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)昂貴，所以說很少有人會(huì)使用這樣的方法來對(duì)調(diào)距進(jìn)行計(jì)算，這樣的方法缺點(diǎn)是非常多的，人們沒有足夠的資金和精力來使用這樣的計(jì)算方法。對(duì)各種方法進(jìn)行改進(jìn)整合可以得出一個(gè)比較好的方法，那就是采用計(jì)算機(jī)技術(shù)來對(duì)調(diào)距槳的工作特性進(jìn)行模擬，從而更好的對(duì)其進(jìn)行研究，這樣的研究方法比較實(shí)用。相比較于定距槳，調(diào)距槳的優(yōu)點(diǎn)是可根據(jù)船舶不同的航行工況隨時(shí)調(diào)整螺距，達(dá)到油耗降低，主機(jī)壽命延長等目的。所以本文對(duì)調(diào)距槳推力和轉(zhuǎn)矩計(jì)算方法的研究是十分必要的。1.2調(diào)距槳推力和轉(zhuǎn)矩回歸算法國內(nèi)研究現(xiàn)狀現(xiàn)階段國內(nèi)外對(duì)調(diào)距槳推力和轉(zhuǎn)矩的計(jì)算方

12、法繁多，主要是分為理論計(jì)算和試驗(yàn)計(jì)算方法。1.2.1面元法計(jì)算螺旋槳推力和扭矩目前很多學(xué)者和專家都會(huì)使用面元法對(duì)船舶中的調(diào)距槳特性進(jìn)行模擬計(jì)算，同時(shí)采用這樣的方法也可以對(duì)螺旋槳進(jìn)行高效的設(shè)計(jì)。我們國家自從改革開放以后就對(duì)這樣的方法進(jìn)行了使用，而且還對(duì)各種船舶器械進(jìn)行了設(shè)計(jì)，對(duì)各種螺旋槳的推力以及扭矩進(jìn)行了謹(jǐn)慎的計(jì)算，使得螺旋槳的性能得到了很大的提升。采用面元法可以在一定程度上提高螺旋槳計(jì)算的精度。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和相關(guān)技術(shù)的提升，目前面元法已經(jīng)得到了很大的改進(jìn)，使得面元法可以應(yīng)用更加廣泛的領(lǐng)域，而且還使得面元法的計(jì)算層面擴(kuò)展了很多。為了更好地對(duì)積分進(jìn)行求解，需要對(duì)螺旋槳以及調(diào)距槳的上表面進(jìn)行

13、劃分，分成很多小面層，這樣就可以采用面元法對(duì)其特性和相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行精確的計(jì)算。采用積分求解的方法對(duì)螺旋槳所承受的扭矩以及載荷力進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算，下面正是扭矩和推力的正確計(jì)算公式：（1.1）（1.2）在上面這個(gè)公式中，Z代表的是螺旋槳的槳數(shù)，n代表的是每一個(gè)單位小區(qū)面，這些小區(qū)面的面積相對(duì)比較小，而且這個(gè)字母的數(shù)值是非常大的，Si為每一個(gè)小區(qū)面的面積。這個(gè)計(jì)算公式使用起來相對(duì)還是比較簡(jiǎn)單的，如果在這個(gè)計(jì)算過程中還要考慮螺旋槳承受的到的其他參數(shù)，那么這個(gè)計(jì)算公式就不能準(zhǔn)確的對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。所以說，為了保證這個(gè)公式的計(jì)算結(jié)果是比較正確的，那么就可以采用相關(guān)的計(jì)算程序?qū)ζ溆?jì)算過程進(jìn)行加密，提高其計(jì)算準(zhǔn)

14、確度。在對(duì)小區(qū)面進(jìn)行劃分的時(shí)候，需要?jiǎng)澐殖龈嗟男^(qū)面，這樣就可以使得計(jì)算誤差減小很多，而且還可以使得上面這個(gè)公式計(jì)算出來的數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。之前我們采用的網(wǎng)格計(jì)算方法存在很多誤差，需要根據(jù)不同物體的特性來選擇合適的數(shù)據(jù)計(jì)算方法，這樣就可以使得計(jì)算結(jié)果變得更加準(zhǔn)確?，F(xiàn)在很多專家都會(huì)采用B樣條劃分方法對(duì)螺旋槳的表面特性進(jìn)行計(jì)算，這樣的方法計(jì)算出來的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度相對(duì)是比較高的。 1.2.2升力面理論計(jì)算螺旋槳推力和扭矩下面我們可以通過采用升力面這種計(jì)算方法對(duì)螺旋槳承受的推力和扭矩進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算。設(shè)當(dāng)漿軸與x軸重合的情況時(shí)，x軸指向船后的方向?yàn)檎?。螺旋槳?vsex的軸向速度一邊移動(dòng)，一邊繞x軸以-ex

15、的角速度旋轉(zhuǎn)。假設(shè)軸向伴流系數(shù)的徑向分布是wx（r），因此伴流速度為-vs wx（r）ex，并設(shè)這速度在整個(gè)流場(chǎng)分布?，F(xiàn)假設(shè)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系以-vsex的速度移動(dòng)，在這個(gè)坐標(biāo)系能夠看到螺旋槳在原地以-ex旋轉(zhuǎn)，而漿前方有速度為： 通過對(duì)螺旋槳的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)螺旋槳的模型現(xiàn)狀進(jìn)行研究和分析，就可以得出下面這個(gè)公式，下面這個(gè)公式可以對(duì)螺旋槳在轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中所受到的推力以及扭矩進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算：（1.3）（1.4）升力面理論是比較多的，可以通過這個(gè)理論來對(duì)各種各樣的船舶的調(diào)距槳性能進(jìn)行計(jì)算和分析，而且分析出來的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度也是比較高的。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)站和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，很多船舶所用到的螺旋槳的性能在一定

16、程度上提高了很多，這種情況下對(duì)螺旋槳的各種力和扭矩的計(jì)算就比較嚴(yán)格，這時(shí)就衍生出了很多先進(jìn)的分析方法和計(jì)算方法。1.2.3圖譜法計(jì)算螺旋槳推力和扭矩如果螺旋槳的大小是比較固定的，那么螺旋槳的推力系數(shù)以及扭矩系數(shù)就跟傳動(dòng)系統(tǒng)的速度有著很大的關(guān)系。在對(duì)螺旋槳的個(gè)體性能進(jìn)行計(jì)算分析的時(shí)候就不會(huì)考慮到船舶自身對(duì)螺旋槳的影響，因此在對(duì)這樣的螺旋槳性能進(jìn)行分析的時(shí)候就需要用到圖譜法，因?yàn)檫@種方法的準(zhǔn)確度比較高，而且各種數(shù)據(jù)可以很明顯的展現(xiàn)在人們面前。圖譜法中顯示出來的線條在本次設(shè)計(jì)中也可以被稱作敞水試驗(yàn)曲線。螺旋槳的敞水試驗(yàn)曲線雖然可以在一定程度上展現(xiàn)出螺旋槳的各種性能，但是在一些特殊的方面，這個(gè)實(shí)驗(yàn)曲線

17、還是不能夠?qū)@些數(shù)據(jù)進(jìn)行展現(xiàn)的。在采用這樣的方法對(duì)螺旋槳進(jìn)行分析的過程中，將測(cè)量的螺旋槳進(jìn)速vp、轉(zhuǎn)速n及其對(duì)應(yīng)的推力Tp和轉(zhuǎn)矩Mp，通過相應(yīng)的公式帶入就可以計(jì)算出設(shè)計(jì)中所需要的數(shù)值。通過數(shù)學(xué)模擬分析，可以得出一個(gè)比較全面的圖譜，這個(gè)圖譜中可以很清晰的顯示出螺旋槳所承受到的各種推力和扭矩。但是在對(duì)調(diào)距槳的性能進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候就有很多問題，需要對(duì)各種影響因素進(jìn)行認(rèn)真的分析，因此調(diào)距槳的推力系數(shù)計(jì)算比定距槳的推力系數(shù)的計(jì)算繁瑣很多，螺旋槳推力系數(shù)和扭矩系數(shù)，表示為下面公式1.5和1.6。(1.5) （1.6）由MAU4-40，MAU4-55，H/D=0.684的敞水性征曲線內(nèi)得到數(shù)據(jù)如表1.1所示J

18、00.10.20.30.40.50.60.7CT0.290.2670.23880.2040.16770.1270.08490.0398CQ0.03210.02980.02680.02380.02030.01640.01240.0083表1.1 MAU4-55型螺旋槳敞水試驗(yàn)數(shù)據(jù)圖1.1 MAU4-55型螺旋槳特性曲線螺旋槳是船舶中非常重要的一個(gè)零件，而且在對(duì)船舶的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，對(duì)螺旋槳的設(shè)計(jì)是一個(gè)比較復(fù)雜而且流程也比較多的環(huán)節(jié)，為了更好地對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)，就需要采用圖譜設(shè)計(jì)法，圖譜中的一些數(shù)據(jù)圖石油敞水曲線合成出來的，但是在合成的過程中難免會(huì)存在一些小問題，這種情況下就需要采取比較好的

19、方法對(duì)這些問題進(jìn)行解決。圖1給出了4葉調(diào)距槳的推力系數(shù)的敞水特性曲線CT(J，)。圖1.2(J，)特性曲線圖2給出了4葉調(diào)距槳的轉(zhuǎn)矩系數(shù)的敞水特性曲線CQ（J，）。這篇論文在對(duì)螺旋槳和調(diào)距槳的性能和各種數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算的過程中都采用了回歸算法，而且為了保證相關(guān)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，就采用了更加可靠的圖譜法，通過對(duì)圖譜法的使用可以使得計(jì)算出來的數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，而且還可以使得計(jì)算流程更加簡(jiǎn)化。1.3本文的主要研究的主要內(nèi)容和技術(shù)路線 本次設(shè)計(jì)中采用比較好的方法對(duì)調(diào)距槳受力的各種情況進(jìn)行了研究，不僅采用了回歸算法，而且還采用了Microsoft Visual C+6.0等方法對(duì)調(diào)距槳的性能進(jìn)行了計(jì)算，然后再對(duì)柴油

20、機(jī)模型進(jìn)行模擬，通過公式最終能夠計(jì)算出重要參數(shù)：輪船的船速和柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速。論文包括以下幾個(gè)部分:第一部分：介紹了國內(nèi)外的調(diào)距槳特性計(jì)算的方法以及各自的優(yōu)缺點(diǎn)；第二部分：建立調(diào)距槳的數(shù)學(xué)模型，對(duì)船體跟螺旋槳之間的關(guān)系進(jìn)行分析，然后得出一個(gè)比較好的計(jì)算方法和相關(guān)公式，通過這些計(jì)算方法和相關(guān)公式就可以比較準(zhǔn)確的對(duì)螺旋槳受到的力和扭矩進(jìn)行計(jì)算； 第三部分：利用Microsoft Visual C+ 6.0編程軟件，把相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)帶入到這些公式和程序中可以對(duì)這些螺旋槳的性能進(jìn)行模擬分析。第四部分：分析結(jié)果并檢驗(yàn)誤差最后，得到結(jié)論，確定模型是否可用，并且分析了此算法研究中存在的問題和不足。 第二章 調(diào)距槳

21、推力和轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)學(xué)建模2.1螺旋槳的重要參數(shù)2.2船槳數(shù)學(xué)模型圖2.1是船舶、主機(jī)以及螺旋槳的動(dòng)態(tài)特性圖。圖2.1 船機(jī)槳?jiǎng)討B(tài)特性圖根據(jù)牛頓第二定律可得：（2.1）公式2.1中：ne船舶主機(jī)的轉(zhuǎn)速(r/s)； Je主機(jī)、軸系和調(diào)距槳旋轉(zhuǎn)慣量(kgm2)；Me輪船主機(jī)的輸出扭矩（Nm）；Mp軸系負(fù)荷轉(zhuǎn)矩（Nm）；Mf柴油機(jī)在軸系之間的摩擦損失力矩（Nm）；根據(jù)牛頓第二定律可得船速：（2.2）公式2.2中：vs船舶航速；m船體和船舶運(yùn)動(dòng)帶起的水的質(zhì)量之和（kg）；R船體阻力（N）；Tp為螺旋槳有效推力(N)。由于在對(duì)螺旋槳的進(jìn)速進(jìn)行計(jì)算的過程中也會(huì)出現(xiàn)一些對(duì)應(yīng)的伴流系統(tǒng)，那么就可以通過下面這個(gè)公式對(duì)螺

22、旋槳的進(jìn)速進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算：(2.3)螺旋槳的進(jìn)速比螺旋槳的構(gòu)成是由多個(gè)漿葉，并且每個(gè)漿葉與相鄰的漿葉直接的夾角是一定的。螺旋槳在旋轉(zhuǎn)的時(shí)候會(huì)對(duì)水產(chǎn)生一種推力，這種情況下螺旋槳就可以很好地旋轉(zhuǎn)，從而使得船舶的運(yùn)動(dòng)保持在一個(gè)比較穩(wěn)定的速度。在對(duì)這個(gè)推力進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候經(jīng)常會(huì)用到下面兩個(gè)計(jì)算公式。下面我們對(duì)這兩個(gè)計(jì)算公式進(jìn)行詳細(xì)的闡述。 (2.4) (2.5)公式2.4和2.5中：n螺旋槳的轉(zhuǎn)速，單位是r/s；D螺旋槳的槳徑，單位是m；CQ螺旋槳的轉(zhuǎn)矩系數(shù)，螺距和進(jìn)程比的函數(shù)；CT螺旋槳的推力系數(shù)，螺距和進(jìn)程比的函數(shù)；海水的密度(kg/m3)，通常取1025kg/m32.3螺旋槳和船體的相互作用螺旋槳

23、的部位是在船身的后面，這種情況下這兩者之間的相互影響就會(huì)比較大。不僅水的流速會(huì)影響船的運(yùn)動(dòng)以及螺旋槳的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而且外界環(huán)境的變化也會(huì)在很大程度上影響船的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。下面我們就對(duì)其產(chǎn)生的相互影響關(guān)系進(jìn)行詳細(xì)的分析。2.3.1伴流船體對(duì)螺旋槳的影響可以采用下面這個(gè)計(jì)算公式對(duì)伴流系數(shù)和螺旋槳進(jìn)速進(jìn)行計(jì)算：通過上面這兩個(gè)計(jì)算公式可以發(fā)現(xiàn)伴流系數(shù)不僅跟螺旋槳的大小有著很大的關(guān)系，而且還跟螺旋槳在船上的位置有著很大的關(guān)系。伴流系數(shù)相關(guān)知識(shí)比較復(fù)雜，很少對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的使用，不過可以通過下面幾個(gè)計(jì)算公式對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算。1. 泰洛公式（適用于遠(yuǎn)洋運(yùn)輸?shù)拇埃▎温菪龢p螺旋槳船）式中，CB船舶的方形系

24、數(shù),CB=排水體積V/(船長L 型寬B型吃水d)2. 漢克歇爾公式：（適用于標(biāo)準(zhǔn)型商船，）單螺旋槳船(CB=0.540.84)：雙螺旋槳船(CB=0.540.84)：式中，Cp船舶的縱向棱形系數(shù)。3.巴浦米爾公式式中:船的排水量（）；D螺旋槳直徑（m）；X指數(shù)，螺旋槳位于中線時(shí)X=1，側(cè)螺旋槳時(shí)X=2；伴流系數(shù)的修正值，與傅氏數(shù)有關(guān)，而傅氏數(shù)可據(jù)下式?jīng)Q定：當(dāng)時(shí)，；當(dāng)時(shí)，。2.3.2推力減額螺旋槳對(duì)船舶的影響由于螺旋槳的運(yùn)動(dòng)速度比較快，而且還處在船身的后面部位，這種情況下船尾的水的流動(dòng)速度就會(huì)比較快。由于水的流速越大，壓力越小，可以發(fā)現(xiàn)螺旋槳這樣的運(yùn)動(dòng)方法會(huì)使得船舶運(yùn)動(dòng)的阻力增加很多。這時(shí)船需要

25、提供的動(dòng)力也需要增加，設(shè)增加值為T，即，則船身所提供的動(dòng)力就為式中：Tp螺旋槳的有效推力；T螺旋槳的工作推力；T為推力減額定義推力減額系數(shù)則螺旋槳有效推力在對(duì)推力減額系數(shù)t進(jìn)行計(jì)算的過程中，為了保證計(jì)算過程比較準(zhǔn)確，就可以采用下面幾種公式對(duì)其進(jìn)行計(jì)算。(1)漢克歇爾公式：?jiǎn)温菪龢獦?biāo)準(zhǔn)型商船（CB=0.54-0.84） t=0.50Cp-0.12單螺旋槳漁船： t=0.77Cp-0.30雙螺旋槳標(biāo)準(zhǔn)型商船（CB=0.54-0.84） t=0.50Cp-0.182.商赫公式單槳船式中：k為系數(shù)k=0.50-0.70 適用于裝有流線型舵或反映舵者k=0.70-0.90 適用于裝有方形舵柱之雙板舵者k

26、=0.90-1.5 適用于裝單板舵者適用于軸包架雙螺旋槳船：適用于軸支架雙螺旋槳船：3. 哥鐵保公式對(duì)于單螺旋槳標(biāo)準(zhǔn)商船（CB=0.60.85） 對(duì)于雙螺旋槳標(biāo)準(zhǔn)商船（CB=0.60.85） CWP為水線面面積系數(shù)根據(jù)以上內(nèi)容，我們可以得到表2.1的數(shù)據(jù)。表2.1船舶伴流系數(shù)和推力減額系數(shù)的范圍船舶類型伴流系數(shù)w推力減額系數(shù)t快速船和郵船0.100.180.060.15單槳商船（Cb=0.5-0.7)0.200.300.080.20雙槳商船（Cb=0.5-0.7)0.080.200.100.22肥大船0.300.400.170.25（Cb為0.8左右）主力艦及重巡洋艦0.150.200.180

27、.22輕巡洋艦0.0350.100.050.10大型驅(qū)逐艦0.000.100.070.08驅(qū)逐艦和護(hù)航艦0.000.030.060.08潛水艇0.100.250.100.18魚雷快艇0.000.040.010.032.4本章小結(jié)我們?cè)诒菊率紫冉榻B了螺旋槳的幾個(gè)重要參數(shù)，并且建立了機(jī)-漿模型，然后根據(jù)船舶本身跟螺旋槳之間的聯(lián)系來分析兩者之間的相關(guān)影響關(guān)系。通過對(duì)各種影響關(guān)系進(jìn)行分析可以為建模做出比較好的鋪墊。第三章 程序設(shè)計(jì)3.1 VC+的特點(diǎn)Visual C+ 6.0，是微軟公司推出的一款C語言編輯器,它能夠?qū)ⅰ备呒?jí)語言”轉(zhuǎn)換為”低級(jí)語言”,使機(jī)器可以識(shí)別.Visual C+是一個(gè)可視化的軟件

28、開發(fā)工具,具有非常強(qiáng)大的功能和優(yōu)點(diǎn)13，這些功能和優(yōu)點(diǎn)可以使得軟件的使用效率提高，而且還可以使用這些軟件對(duì)一些比較復(fù)雜的數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算。C+就是由C語言發(fā)展起來的，毋庸置疑。它能夠支持C語言的編譯15。6.0版本也是非常經(jīng)典，被使用最多的版本。當(dāng)然，C+也存在一定的不足，例如它對(duì)與模板的支持較差。3.2程序設(shè)計(jì)框圖本次設(shè)計(jì)所選用的螺旋槳型號(hào)為B4-70，槳葉數(shù)Z=4,盤面比為Fa/F=0.70的螺旋槳，通過使用C+程序可以對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，從而使得計(jì)算結(jié)果比較準(zhǔn)確。在對(duì)程序進(jìn)行編寫的時(shí)候一般情況下需要用到下面兩個(gè)方面的公式，一部分是借助，對(duì)輸入的螺距比進(jìn)行插值計(jì)算，同時(shí)利用了公式和計(jì)算

29、出推力和扭矩。另一部分是對(duì)回歸算法的擬合，可以根據(jù)相關(guān)的圖譜對(duì)螺旋槳的性能進(jìn)行分析，并將其與柴油機(jī)模型進(jìn)行擬合。然后，依據(jù)該程序計(jì)算出的進(jìn)程角以及根據(jù)插值法計(jì)算出的推力系數(shù)CT和轉(zhuǎn)矩系數(shù)CQ，將上述結(jié)果帶入到和，求得相應(yīng)的推力Tp和扭矩Mp，根據(jù)和（其中,在程序中擬合柴油機(jī)模型，x為油門y為功率），最后得到船速以及調(diào)距槳的轉(zhuǎn)速。 對(duì)應(yīng)的程序判定如下圖3.1所示3.3推力系數(shù)CT和轉(zhuǎn)矩系數(shù)CQ的修正3.3.1內(nèi)插法內(nèi)插法的內(nèi)插是對(duì)求得的推力系數(shù)CT和轉(zhuǎn)矩系數(shù)CQ的數(shù)據(jù)進(jìn)行的，而不是系數(shù)A（K），B（K），C（K），D（K）。但是由于目前對(duì)其研究的結(jié)論還不是很多，而且研究出來的數(shù)據(jù)也不是比較準(zhǔn)確，

30、所以說，在對(duì)船舶的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行研究的過程中，需要對(duì)十四對(duì)螺旋槳進(jìn)行特性計(jì)算和分析，一般情況下我們會(huì)采用內(nèi)插法對(duì)其進(jìn)行研究。對(duì)于槳葉數(shù)Z=4的螺旋槳，當(dāng)盤面比Fa/F=0.70，螺距比H/D任意，或者當(dāng)螺距比H/D=1，盤面比Fa/F任意時(shí)，采用下面的公式修正：對(duì)于槳葉數(shù) Z4的螺旋槳，采用下面的公式修正：而對(duì)于轉(zhuǎn)矩系數(shù)CQ也采用同理的方法進(jìn)行修正。表3.3是試驗(yàn)螺旋槳實(shí)際工況下測(cè)得的數(shù)據(jù)：利用回歸計(jì)算獲得的系數(shù)和的值如下表3.3所示。該螺旋槳為4葉，螺距比()為1.4，盤面比(Fa/F)為0.70。表3.3 A(k)和B(k)常數(shù)K推力系數(shù)計(jì)算轉(zhuǎn)矩系數(shù)計(jì)算A(k)B(k)A(k)B(k)01.

31、88910-6.2730128.03-65.683-59.067137.1821.886-0.230663.4811-0.06020130.599737.4446-4.3989-20.5554-1.0858-1.2398-0.40523.36325-6.43624.7921-11.843-8.95866-0.156310.716953.086-2.663875.03110.034276-13.137-0.98198-0.063924-0.29434-1.40852.25119-2.3152.0101-5.6834-0.87269100.608660.270970.26129-3.1696111

32、.89170.1648-4.5913-3.315612-0.41935-0.17983-0.581072.1286130.671811.0989-0.12353-1.0776140.6423-0.16326-1.6486-1.3561150.72715-1.3135-4.35242.084216-0.17483-0.00305590.956062.0193170.175480.466192.00630.33011180.3548-0.39988-0.67764-1.0371190.0797-0.74616-2.0861.343220-0.0991090.0185520.100211.26292

33、10.22019-0.0919381.43170.3929222-0.04753-0.41697-0.40246-0.1531623-0.52416-0.30539-0.347681.2626240.0534690.142111.12341.10625-0.099510.0634861.822-0.7667626-0.16191-0.17402-0.34224-0.7106327-0.341630.0092732-0.678560.07809928-0.0252120.110640.89990.7047929-0.0046286-0.0177690.8462-0.6639430-0.20432

34、0.0064717-0.084567-0.61843利用上述數(shù)據(jù)，得到螺旋槳的推力系數(shù)和扭矩系數(shù)，繪制成圖如圖3.2所示：圖3.2螺距比1.4的螺旋槳推力系數(shù)和扭矩系數(shù)圖同理，將螺旋槳的槳數(shù)為4葉，盤面比(Fa/F)為0.70保持不變，螺距比()變1.2時(shí)，利用其系數(shù)和,得到的推力系數(shù)和扭矩系數(shù)圖如圖3.3所示。圖3.3螺距比1.2的螺旋槳推力系數(shù)和扭矩系數(shù)圖同理，螺距比()變?yōu)?.0時(shí)，得到的推力系數(shù)和扭矩系數(shù)圖如圖3.4所示圖3.4螺距比1.0的螺旋槳推力系數(shù)和扭矩系數(shù)圖同理，螺距比()變?yōu)?.8時(shí)，得到的推力系數(shù)和扭矩系數(shù)圖如圖3.5所示圖3.5螺距比0.8的螺旋槳推力系數(shù)和扭矩系數(shù)圖同

35、理，螺距比()變?yōu)?.6時(shí)，得到的推力系數(shù)和扭矩系數(shù)圖如圖3.6所示圖3.6螺距比0.6的螺旋槳推力系數(shù)和扭矩系數(shù)圖同理，螺距比()變?yōu)?.5時(shí)，得到的推力系數(shù)和扭矩系數(shù)圖如圖3.7所示圖3.7螺距比0.5的螺旋槳推力系數(shù)和扭矩系數(shù)圖譜3.4建模程序的實(shí)現(xiàn)建模程序?qū)崿F(xiàn)需要做到下面兩步，第一步就是要運(yùn)用相關(guān)的軟件對(duì)船舶進(jìn)行建模，再輸入相應(yīng)的程序，把相應(yīng)的數(shù)據(jù)帶入到這些程序中，就可以通過軟件分析得出一系列的模擬圖，而且還可以得出螺旋槳在運(yùn)動(dòng)過程中所承受的推力及扭矩。第二步就是編寫相應(yīng)的程序，對(duì)船舶的運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行模擬分析。然后是最重要的一步：把上一章所建立的數(shù)學(xué)模型輸入進(jìn)程序，這也是整個(gè)船用仿真模擬

36、系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)的核心。 完成后的界面如下圖3.8所示圖3.8 程序界面圖3.5本章小結(jié)本章首先介紹了使用的編程軟件VC+的主要特點(diǎn)；然后設(shè)計(jì)了程序框圖，利用內(nèi)插法修正對(duì)應(yīng)的推力系數(shù)CT和轉(zhuǎn)矩系數(shù)CQ，并繪制出了螺距比分別為1.4、1.2、1.0、0.8、0.6、0.5的螺旋槳的推力系數(shù)和轉(zhuǎn)矩系數(shù)；最后，利用Visual C+ 6.0利用上述數(shù)學(xué)模型和算法，編寫對(duì)應(yīng)的程序，并設(shè)計(jì)了仿真頁面。第四章 結(jié)果分析4.1輸出結(jié)果運(yùn)行所建調(diào)距槳模型，設(shè)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速固定為173r/min，分別計(jì)算柴油機(jī)負(fù)荷為99.7%、89.9%、75.7%、48.5%，所對(duì)應(yīng)的螺距輸入分別為100%、97.7%、92.5%、

37、83%時(shí)的各個(gè)參數(shù)，并將所選擇的參數(shù)數(shù)值跟下面這個(gè)表中的數(shù)值進(jìn)行比較。 表4.1負(fù)載螺距輸入油門刻度%柴油機(jī)功率kw臺(tái)架模型臺(tái)架模型48.50%83%28.728.92155218875.70%92.50%40.540.33361330889.90%97.70%49.24970%100.00%53.253.1442643734.2誤差分析 表4.2 模擬器誤差負(fù)載油門刻度誤差柴油機(jī)功率誤差48.50%0.60%1.50%75.70%0.50%1.57%89.90%0.20%1.60%99.70%0.18%1.19%由表4.2模擬器誤差可以看出所有模擬器誤差均小于3%，

38、在合理的范圍內(nèi)。4.3本章小結(jié)將建模得到的數(shù)值與試驗(yàn)測(cè)量數(shù)值進(jìn)行誤差分析，分析結(jié)果在合理范圍內(nèi)。結(jié)論本論文在分析和總結(jié)國內(nèi)外之前對(duì)調(diào)距槳的計(jì)算方法的前提下，采用比較好的計(jì)算方法對(duì)調(diào)距槳和螺旋槳的特性以及推力和扭矩進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算，并且采用回歸模型的方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了計(jì)算，之后就是采用數(shù)學(xué)建模的方法對(duì)其計(jì)算過程進(jìn)行驗(yàn)證。再次使用C+程序，利用插值算法可以算出螺距比0-1.4內(nèi)所有的推力和轉(zhuǎn)矩，并且對(duì)這些數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行整合，將上述結(jié)果帶入到和，求得相應(yīng)的推力和扭矩，根據(jù)和，得到船速和轉(zhuǎn)速，并將計(jì)算出來的數(shù)值與試驗(yàn)測(cè)量數(shù)值進(jìn)行誤差分析，誤差最終不超過3%，在可接受范圍內(nèi)，說明該建模程序成功，此程序?qū)啓C(jī)

39、模型建模有著很大的幫助作用。在對(duì)本文進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中存在一些缺陷，下面我就對(duì)這些缺陷進(jìn)行簡(jiǎn)單的闡述：第一點(diǎn)不足之處就是本次論文在對(duì)船舶的運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行分析的時(shí)候沒有很準(zhǔn)確的對(duì)參數(shù)數(shù)值進(jìn)行計(jì)算；第二個(gè)不足之處就是很難對(duì)船舶的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析調(diào)查，本文所選用的數(shù)據(jù)跟船舶的實(shí)際運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)還是存在一些差別的；第三個(gè)不足之處就是本次論文選用的回歸算法并不能和程序以及計(jì)算機(jī)分析方法相比，存在一些誤差。參考文獻(xiàn) 1.徐勝龍, “育鯤”輪主柴油機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究, 2010, 大連海事大學(xué). 第72頁. 2.Wang, C., et al., Applying periodic boundary conditio

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