超级军网谁能科普一下舰艇动力方面的知识
来源：百度文库 编辑：超级军网 时间：2024/04/29 04:09:43
那位资深人士科普一下舰艇动力方面的知识
比如联合动力装置的发展情况那位资深人士科普一下舰艇动力方面的知识
比如联合动力装置的发展情况
比如联合动力装置的发展情况那位资深人士科普一下舰艇动力方面的知识
比如联合动力装置的发展情况
ZT
某型舰动力系统监控装置维修专家系统的研究
吕志彤 于胜学
摘 要：本文阐述了052型舰动力系统监控装置维修专家系统的设计思想和研制方法，而且列举了系统开发中的难点和重点问题，并给出了解决方案。
关键词：故障诊断和维修 动力系统监控装置 专家系统
1 引言
目前，我海军舰船的装备自动化程度越来越高，系统也越来越复杂，从而增加了故障诊断和排除的时间，而任何一个故障都可能引起连锁反应，导致系统崩溃。因此，舰船装备的故障诊断和维修就显得特别重要。
对052型舰动力系统监控装置的故障诊断与维修，由于其结构复杂，技术要求高，要求维修人员必须正确深入理解系统的工作原理，熟悉各设备的主要功能及信号传送关系，搞清楚有关信号的来龙去脉及信号的处理、变换等，否则，动力系统监控装置一旦出现故障，便很难进行及时、正确的维修。因此，这类装置的诊断与维修必须请具有一定经验和知识的专家来进行维修，但这类专家比较少并且也不可能随时跟舰，因此在深入消化动力系统监控装置有关资料、对实舰使用情况进行认真调查后，集中多名专家经验研制一套“052型舰动力系统监控装置维修专家系统”就显得非常重要。
2 052型舰动力系统监控装置简介
动力系统监控装置主要是对舰上机（主推进）、电（电站）、损（损害管制）三方面设备进行监控，动力系统监控装置在动力装置中占有极其重要的地位，不管平时还是海上航行或战时，监控系统出现故障，都应在尽可能短的时间内对其进行维修，使其恢复功能，否则必定会影响舰船动力装置的正常运行，进而影响舰船战斗力的发挥。
052型舰采用的是从德国MTU公司引进的，八十年代末形成的第四代动力系统监控装置。该动力系统监控装置采用模块化和通用性设计，集成度很高，由多台微机进行数据采集、处理显示、报警和控制，构成多微机分布式三级监控系统。
3 052型舰动力系统监控装置的故障分析
052舰动力系统监控装置是一个集机械、电子等设备于一身的复杂装置，经过仔细研究，052舰动力系统监控装置有以下几个故障特点。
（1）层次性。
任何故障都是与系统的某一层次相联系，高层次的故障可以由低层次的故障所引起，而低层次的故障必定引起高层次的故障。弄清052舰动力系统的层次为系统的诊断提供了有效的策略与分层的模型，即层次诊断策略与层次诊断模型，使复杂系统的诊断问题的求解效率更高。
（2）相关性。
当一个元素或联系发生故障后，势必导致同此相关的元素或联系的状态也发生变化，进而导致这些元素或联系的输出发生变化。一旦这些变化引起相关元素或联系自身也发生故障，就带来了同一层次系统中多个故障同时存在的现实。任何一个原发性故障都存在多条潜在的故障传播途径，因而可能引起多个故障同时并存。
（3）延时性。
故障的传播机理表明，从原发性故障到系统级故障的发生、发展与形成，是一个从量变到质变的过程，其中具有一定的延时性。这一特性表明：只要在系统相应的输出、特征信号或征兆未超过允许的范围之前，测出这些变化，并获得相应的变化规律，就可以实现对监测报警装置故障的预测和早期诊断。
（4）征兆性。
征兆也即是故障的表现，与故障是一对相对的概念，诊断系统中某一级故障对于其下一级子系统来说又是这些子系统的征兆；同样，诊断系统中某一级的征兆对于其上一级系统来说又是上级系统的具体故障。依据故障产生和传播机理可知，系统如果产生故障，则总会通过一定的途径以各种征兆的方式表现出来，这就使得我们能够利用这一结论通过对各种征兆的分析来逐步推断系统的故障源。征兆的最外层表现称为外部征兆，外部征兆一般不需要专门的检测仪器，仅凭人的感觉器官就能判断出来，它是052型舰动力系统监控装置维修专家系统最主要诊断信息源。
（5）不确定性（模糊性）。
由于监控装置中各层次的部件可靠性不仅仅与其结构和所用元器件的可靠性有关，还与部件的工作环境、使用情况、甚至某些特定因素有关，因此其应用特性不可能完全确定，导致部件在监控装置中的状态和行为也不可能完全确定，从而使得监控装置所发生的故障也是不确定的。
052型舰动力系统监控装置故障表现主要集中在以下几个方面：监测面板的报警设备报警或某些功能丧失；这是发现监测报警装置故障的最直接、最经常的方式；监测面板的显示设备显示不正常；这也是监测报警装置故障的直接外在表现之一；装置固有的工况检查设备报警或显示非正常运行参数；需借助外部工具测试：这些测试只有在发生故障时才可能进行，其检查也相对要比前几种表现困难、费时。
在具体研制052型舰动力系统监控装置维修专家系统的过程中，将第一、第二种故障表现列为故障表征集，由用户根据实际故障情况进行选择，而专家系统的推理就依据这些故障表现进行，但由于故障现象与故障源之间不是一一对应关系，仅根据第一第二种故障现象是不能做出确切的诊断，这就需要用户在专家系统的指导下，有选择有次序的进行第三第四种故障现象的检查与测试，以便尽快的确定故障源。
虽然监控装置故障表现与故障原因之间不存在一一对应关系，但几种故障现象同时出现却可以确定故障的大致位置，否定不可能故障的部件，也就是说监测报警装置的故障诊断还是有章可循的。可以根据监测报警装置的信号传递关系、各元部件的功能和相互关系，以及专家诊断经验对故障作出分析、判断，从而进行故障定位、排除。
4 系统的主要功能
（1）快速准确地查找故障并向维修人员提供对故障的处理意见和排除故障的方法。
（2）向维修人员提供诊断依据和相关部位之间及相关部位与全局的信息传递关系，包括向维修人员提供必要的部件结构图、电路原理图和相关接线表。
（3）向维修人员介绍和推荐维修工具，向维修人员图文并详细介绍仪器、仪表及传感器的校验和校准方法。
（4）向专家和维修人员提供知识库维护和修改功能。
5 专家系统的设计
5.1 专家系统的构成
（1）知识库
知识库定义为以便于使用和管理的形式组织起来的用于问题求解的知识的集合。它主要用来存储和管理专家系统知识。知识库中的知识主要是供推理机求解问题时使用的，
（2）数据库
数据库是专家系统在执行与推理过程中用以存放所需要和产生的各种信息的工作存储器，通常包括欲求解问题的初始状态描述，中间结果，求解过程的记录，用户对系统提问的回答等信息。因此，数据库又称为系统的动态知识库，其内容在系统运行过程中是不断变化的。
（3）推理机
推理机通常包括推理机制和控制策略，它是一组用来控制系统的运行，执行各种任务，根据知识库进行各种搜索和推理的程序模块。专家系统中的推理机大致可分为三种类型：正向推理、反向推理和正反向混合推理。
（4）解释接口
解释接口是一个人机交互程序，它用来对用户提出的各种问题作出解答。
（5）人机接口
人机接口是专家系统与人的交互界面。
5.2 系统总体设计
系统具有故障诊断、知识库操作、维修信息及修理指南等功能，由总控模块统一管理。其中故障诊断是本系统的?心部分，它由数据库、推理机、知识库及解释模块等组成。
目前故障诊断系统采用的方法可以划分为两类，一类是基于经验知识的诊断方法，另一类是基于系统原理的方法。前者诊断速度快且有效，但难认获得完全的经验知识，后者诊断较深入、准确且性能较强，但速度、效率较低，难以对被诊断系统作原理性能描述，因此，本系统采用层次模块化故障诊断法，它结合了上述两种方法的优点，即首先按照MCS—4、RCS—DOG系统的工作原理、结构划分，建立系统的层次模块化结构模型，然后再在分析系统故障、组织故障诊断的基础上，建立层次模块化故障诊断模型。故障诊断模型建立后，选择故障树诊断法（FTA）逐层深入诊断直至将故障到印刷电路板或有关部件为止。
5.3 系统知识库的设计
MCS—4监控系统与RCS—DOG遥控系统相当复杂，因而采用框架与产生式系统相结合的知识表达形式，具有较强的描述能力、推理能力和问题求解能力。系统将建立系统知识库与故障诊断知识库两个知识库。系统具有对知识库进行添加知识、修改知识、删除知识和查询知识的功能。收集整理与052型舰动力系统监控装置维修相关的知识和专家的故障诊断经验是研制052型舰动力系统监控装置维修专家系统的关键问题。系统采用了基于故障树分析的知识获取方法。
结合052型舰动力系统监控装置维修专家系统的特点，系统采用将多种知识表示方法融合的方法，以求各种表示方法能够取长补短，达到表达监测报警装置诊断知识的最佳效果。本系统选定采用以产生式为主产生式加框架的综合表示方法，并将知识库建立在数据库的基础上，建立知识数据库。 系统根据系统知识库管理的需要，设计了三项子功能：知识库列表、知识库编辑及知识库的自学习功能。
5.4 系统推理机的设计
系统采用正向推理、正反向混合推理、不精确推理和层次模块化诊断推理策略。系统参考已有专家系统的控制策略，采用全局正向单步反向的混合推理控制方式，将之用于检测报警装置诊断专家系统的推理机，符合检测报警装置故障诊断的实际特点。系统采用了基于元器件的故障评估系数的模糊推理方法、工程方法和控制方法等多种不确定性处理方法。
5.5 系统界面设计
考虑到系统的最终用户是舰上的维修人员，系统大量使用了实物图片，并在诊断过程中可以随时显示原理图、接线图等资料，并在需要用户输入信息时系统提供了以选择为主的输入方式。系统广泛应用了目前各大应用软件中普遍使用的选单、对话框、弹出式窗口、注释行和交互式问答等，设计了友好的用户界面；用户只需通过鼠标或键盘选取相应的按钮或选项即可实现与系统的交互。这较好的适应了系统用户的要求。
5.6 系统的开发工具
系统开发工具选用VB 6.0，多媒体工具选用Authorware，系统开发环境为Windows98。
6 系统开发中的难点和重点问题及其和解决方案
6.1 知识如何获取
专家系统解决问题的能力主要取决于它所拥有知识的数量和质量，因此，收集并整理与052型舰动力系统监控装置维修专家系统相关的知识和专家的故障诊断经验，是开发052型舰动力系统监控装置维修专家系统中最关键的问题。 系统采用了基于故障树分析的知识获取方法。
故障树分析方法是美国贝尔实验室H.A.Waston博士提出的一种系统分析方法，是通过对可能造成系统故障的硬件、软件、环境、人文因素进行分析，画出故障树，从而确定系统故障原因的各种可能组合方式和（或）其发生概率的一种分析技术。该方法先要确定系统可能产生的不希望事件（即故障树的顶事件），然后在特点条件下（即内外边界条件），对系统进行分析，从而找出导致不希望发生事件的一系列初级事件（故障树的底事件）；而故障树就是这些初级事件以图形的模式进行的串联和并联的组合。因此故障树是导致系统某一不希望事件发生的所有可能原因的组合，也就是说，一旦系统发生故障，故障原因肯定在故障树之内。而且故障树的建立过程和专家系统的反向推理策略非常相似，加之故障树本身已经包含了大量的诊断知识，
因此可认为故障树的建立过程实际上已经部分包含了专家系统的推理过程和知识获取过程，而且故障树的建立在监测报警装置这样信号流程比较清晰的系统中比较简便。 利用故障树分析方法实现知识的获取具有以下优点：
（1） 统性强，逻辑关系清楚，便于分析复杂系统。
（2）易于发现导致系统故障的各种组合，不易出现遗漏，从而有利于发现各种潜在故障与事故；
（3）便于定性定量的分析系统的可靠性、失效率等；
（4）有助于按照一定次序建立知识库；
（5）可以很好的避免出现知识的不一致性和不完备性。
采用故障树分析法来完成知识获取工作，其步骤为：
（1）根据原理图及布线图绘制控制线路走线图；
（2）从走线图中分析出故障诊断模式，并建立相应的故障诊断树；
（3）简化故障树，确定故障模式，根据简化的故障树，并作相应的处理，抽取故障诊断规则。
6.2 知识如何表示
获取的知识和经验计算机是无法识别的。为了将知识和经验转变为计算机可以识别的形式送入计算机，就需对知识和经验进行合理的转化，这就是知识表示的问题。一种好的知识表达方式应当能完整的准确的反映知识，同时应能简单方便的被计算机存储和调用。
现有的知识表示方法有许多种，如语义网络、框架、产生式系统等，各个知识表示方法都存在这样或那样的问题，也即若只采用单一的知识表示势必不能对诊断所需知识作出恰当、合理的表示。为此，综合考虑各方面的因素，结合052型舰动力系统监控装置维修专家系统的特点，系统采用将多种知识表示方法融合的方法，以求各种表示方法能够取长补短，达到表达监控装置诊断知识的最佳效果。系统考虑选定采用以产生式为主产生式加框架的综合表示方法，并将知识库建立在数据库的基础上，建立知识数据库。
6.3 如何进行推理
推理的方法提供了应用的机理。推理机是专家系统最核心的部分之一，它的任务是对知识进行合理的选择。推理机能否准确迅速地找到与解答有关的知识，直接影响着推理的效果和效率。推理机控制策略的任务就是解决知识的选择和应用的顺序。
052型舰动力系统监控装置维修专家系统参考已有专家系统的控制策略，采用全局正向单步反向的混合推理控制方式，将之用于监控装置诊断专家系统的推理机，符合监控装置故障诊断的实际特点，具有较好的诊断效果。
6.4 如何进行模糊推理
在监控装置故障诊断专家系统中，常常带有象“有可能”、“基本上”等这些模糊的描述，特别是根据专家经验整理而成的诊断规则中其模糊性更大，要想非常精确的表达故障诊断规则是比较困难的，同时，可能存在多个故障原因的第一第二种故障表现是相同的，也即其故障诊断规则的前提条件是一样的，要对故障原因进行确定，就需根据测试规则进行逐个排除确定。为了使故障诊断专家系统在故障诊断中达到专家的水平，052型舰动力系统监控装置维修专家系统模拟专家处理不确定性的方法，采用了基于元器件的故障评估系数的模糊推理方法、工程方法和控制方法等多种不确定性处理方法。
所谓工程方法就是在系统的构造中尽量避开不确定性的影响，对一些对问题求解影响不大的不确定性因素进行简化处理。也即在构造之初通过预测影响系统的不确定性因素，然后通过将问题的影响因素形式化，消去某些影响不大的不确定性因素。
7 结束语
系统具有以下优点：系统采纳了众多领域专家长期积累的丰富经验，可以提高诊断的准确度；系统拥有人机联合诊断功能，从而可以充分发挥维修人员的技能；将装置的结构、功能等知识联系在一起，从而可以将装置作为一个有机的整体进行处理，进而使得处理并发故障成为可能；系统采用了多媒体技术，使故障诊断和维修过程更加形象、直观，从而使得操作人员能在维修专家系统的指导下实施故障的诊断维修，大大降低了对维修人员的技术要求；系统清晰地给出了故障的原因以及排除故障的方法等信息，通过使用可以加深维修人员对故障及故障排除的认识，起到锻炼和培养维修人员技能的作用；系统软件的学习功能能自动学习并记住设备和部件所发生的故障以及导致产生该故障的原因，在用户使用该软件进行故障诊断时，能自动地将这些信息提供给用户，因此，该软件使用时间越长，诊断故障的速度便越快，诊断也越准确。 总之，052型舰动力系统监控装置维修专家系统软件开发成功并应用到部队后，必将极大地提高052型舰动力系统监控装置的故障诊断和维修水平，产生很高的军事效益和经济效益。
参考文献
[1] 刘光明，专家系统原理，北京，北京大学出版社，2002.5
某型舰动力系统监控装置维修专家系统的研究
吕志彤 于胜学
摘 要：本文阐述了052型舰动力系统监控装置维修专家系统的设计思想和研制方法，而且列举了系统开发中的难点和重点问题，并给出了解决方案。
关键词：故障诊断和维修 动力系统监控装置 专家系统
1 引言
目前，我海军舰船的装备自动化程度越来越高，系统也越来越复杂，从而增加了故障诊断和排除的时间，而任何一个故障都可能引起连锁反应，导致系统崩溃。因此，舰船装备的故障诊断和维修就显得特别重要。
对052型舰动力系统监控装置的故障诊断与维修，由于其结构复杂，技术要求高，要求维修人员必须正确深入理解系统的工作原理，熟悉各设备的主要功能及信号传送关系，搞清楚有关信号的来龙去脉及信号的处理、变换等，否则，动力系统监控装置一旦出现故障，便很难进行及时、正确的维修。因此，这类装置的诊断与维修必须请具有一定经验和知识的专家来进行维修，但这类专家比较少并且也不可能随时跟舰，因此在深入消化动力系统监控装置有关资料、对实舰使用情况进行认真调查后，集中多名专家经验研制一套“052型舰动力系统监控装置维修专家系统”就显得非常重要。
2 052型舰动力系统监控装置简介
动力系统监控装置主要是对舰上机（主推进）、电（电站）、损（损害管制）三方面设备进行监控，动力系统监控装置在动力装置中占有极其重要的地位，不管平时还是海上航行或战时，监控系统出现故障，都应在尽可能短的时间内对其进行维修，使其恢复功能，否则必定会影响舰船动力装置的正常运行，进而影响舰船战斗力的发挥。
052型舰采用的是从德国MTU公司引进的，八十年代末形成的第四代动力系统监控装置。该动力系统监控装置采用模块化和通用性设计，集成度很高，由多台微机进行数据采集、处理显示、报警和控制，构成多微机分布式三级监控系统。
3 052型舰动力系统监控装置的故障分析
052舰动力系统监控装置是一个集机械、电子等设备于一身的复杂装置，经过仔细研究，052舰动力系统监控装置有以下几个故障特点。
（1）层次性。
任何故障都是与系统的某一层次相联系，高层次的故障可以由低层次的故障所引起，而低层次的故障必定引起高层次的故障。弄清052舰动力系统的层次为系统的诊断提供了有效的策略与分层的模型，即层次诊断策略与层次诊断模型，使复杂系统的诊断问题的求解效率更高。
（2）相关性。
当一个元素或联系发生故障后，势必导致同此相关的元素或联系的状态也发生变化，进而导致这些元素或联系的输出发生变化。一旦这些变化引起相关元素或联系自身也发生故障，就带来了同一层次系统中多个故障同时存在的现实。任何一个原发性故障都存在多条潜在的故障传播途径，因而可能引起多个故障同时并存。
（3）延时性。
故障的传播机理表明，从原发性故障到系统级故障的发生、发展与形成，是一个从量变到质变的过程，其中具有一定的延时性。这一特性表明：只要在系统相应的输出、特征信号或征兆未超过允许的范围之前，测出这些变化，并获得相应的变化规律，就可以实现对监测报警装置故障的预测和早期诊断。
（4）征兆性。
征兆也即是故障的表现，与故障是一对相对的概念，诊断系统中某一级故障对于其下一级子系统来说又是这些子系统的征兆；同样，诊断系统中某一级的征兆对于其上一级系统来说又是上级系统的具体故障。依据故障产生和传播机理可知，系统如果产生故障，则总会通过一定的途径以各种征兆的方式表现出来，这就使得我们能够利用这一结论通过对各种征兆的分析来逐步推断系统的故障源。征兆的最外层表现称为外部征兆，外部征兆一般不需要专门的检测仪器，仅凭人的感觉器官就能判断出来，它是052型舰动力系统监控装置维修专家系统最主要诊断信息源。
（5）不确定性（模糊性）。
由于监控装置中各层次的部件可靠性不仅仅与其结构和所用元器件的可靠性有关，还与部件的工作环境、使用情况、甚至某些特定因素有关，因此其应用特性不可能完全确定，导致部件在监控装置中的状态和行为也不可能完全确定，从而使得监控装置所发生的故障也是不确定的。
052型舰动力系统监控装置故障表现主要集中在以下几个方面：监测面板的报警设备报警或某些功能丧失；这是发现监测报警装置故障的最直接、最经常的方式；监测面板的显示设备显示不正常；这也是监测报警装置故障的直接外在表现之一；装置固有的工况检查设备报警或显示非正常运行参数；需借助外部工具测试：这些测试只有在发生故障时才可能进行，其检查也相对要比前几种表现困难、费时。
在具体研制052型舰动力系统监控装置维修专家系统的过程中，将第一、第二种故障表现列为故障表征集，由用户根据实际故障情况进行选择，而专家系统的推理就依据这些故障表现进行，但由于故障现象与故障源之间不是一一对应关系，仅根据第一第二种故障现象是不能做出确切的诊断，这就需要用户在专家系统的指导下，有选择有次序的进行第三第四种故障现象的检查与测试，以便尽快的确定故障源。
虽然监控装置故障表现与故障原因之间不存在一一对应关系，但几种故障现象同时出现却可以确定故障的大致位置，否定不可能故障的部件，也就是说监测报警装置的故障诊断还是有章可循的。可以根据监测报警装置的信号传递关系、各元部件的功能和相互关系，以及专家诊断经验对故障作出分析、判断，从而进行故障定位、排除。
4 系统的主要功能
（1）快速准确地查找故障并向维修人员提供对故障的处理意见和排除故障的方法。
（2）向维修人员提供诊断依据和相关部位之间及相关部位与全局的信息传递关系，包括向维修人员提供必要的部件结构图、电路原理图和相关接线表。
（3）向维修人员介绍和推荐维修工具，向维修人员图文并详细介绍仪器、仪表及传感器的校验和校准方法。
（4）向专家和维修人员提供知识库维护和修改功能。
5 专家系统的设计
5.1 专家系统的构成
（1）知识库
知识库定义为以便于使用和管理的形式组织起来的用于问题求解的知识的集合。它主要用来存储和管理专家系统知识。知识库中的知识主要是供推理机求解问题时使用的，
（2）数据库
数据库是专家系统在执行与推理过程中用以存放所需要和产生的各种信息的工作存储器，通常包括欲求解问题的初始状态描述，中间结果，求解过程的记录，用户对系统提问的回答等信息。因此，数据库又称为系统的动态知识库，其内容在系统运行过程中是不断变化的。
（3）推理机
推理机通常包括推理机制和控制策略，它是一组用来控制系统的运行，执行各种任务，根据知识库进行各种搜索和推理的程序模块。专家系统中的推理机大致可分为三种类型：正向推理、反向推理和正反向混合推理。
（4）解释接口
解释接口是一个人机交互程序，它用来对用户提出的各种问题作出解答。
（5）人机接口
人机接口是专家系统与人的交互界面。
5.2 系统总体设计
系统具有故障诊断、知识库操作、维修信息及修理指南等功能，由总控模块统一管理。其中故障诊断是本系统的?心部分，它由数据库、推理机、知识库及解释模块等组成。
目前故障诊断系统采用的方法可以划分为两类，一类是基于经验知识的诊断方法，另一类是基于系统原理的方法。前者诊断速度快且有效，但难认获得完全的经验知识，后者诊断较深入、准确且性能较强，但速度、效率较低，难以对被诊断系统作原理性能描述，因此，本系统采用层次模块化故障诊断法，它结合了上述两种方法的优点，即首先按照MCS—4、RCS—DOG系统的工作原理、结构划分，建立系统的层次模块化结构模型，然后再在分析系统故障、组织故障诊断的基础上，建立层次模块化故障诊断模型。故障诊断模型建立后，选择故障树诊断法（FTA）逐层深入诊断直至将故障到印刷电路板或有关部件为止。
5.3 系统知识库的设计
MCS—4监控系统与RCS—DOG遥控系统相当复杂，因而采用框架与产生式系统相结合的知识表达形式，具有较强的描述能力、推理能力和问题求解能力。系统将建立系统知识库与故障诊断知识库两个知识库。系统具有对知识库进行添加知识、修改知识、删除知识和查询知识的功能。收集整理与052型舰动力系统监控装置维修相关的知识和专家的故障诊断经验是研制052型舰动力系统监控装置维修专家系统的关键问题。系统采用了基于故障树分析的知识获取方法。
结合052型舰动力系统监控装置维修专家系统的特点，系统采用将多种知识表示方法融合的方法，以求各种表示方法能够取长补短，达到表达监测报警装置诊断知识的最佳效果。本系统选定采用以产生式为主产生式加框架的综合表示方法，并将知识库建立在数据库的基础上，建立知识数据库。 系统根据系统知识库管理的需要，设计了三项子功能：知识库列表、知识库编辑及知识库的自学习功能。
5.4 系统推理机的设计
系统采用正向推理、正反向混合推理、不精确推理和层次模块化诊断推理策略。系统参考已有专家系统的控制策略，采用全局正向单步反向的混合推理控制方式，将之用于检测报警装置诊断专家系统的推理机，符合检测报警装置故障诊断的实际特点。系统采用了基于元器件的故障评估系数的模糊推理方法、工程方法和控制方法等多种不确定性处理方法。
5.5 系统界面设计
考虑到系统的最终用户是舰上的维修人员，系统大量使用了实物图片，并在诊断过程中可以随时显示原理图、接线图等资料，并在需要用户输入信息时系统提供了以选择为主的输入方式。系统广泛应用了目前各大应用软件中普遍使用的选单、对话框、弹出式窗口、注释行和交互式问答等，设计了友好的用户界面；用户只需通过鼠标或键盘选取相应的按钮或选项即可实现与系统的交互。这较好的适应了系统用户的要求。
5.6 系统的开发工具
系统开发工具选用VB 6.0，多媒体工具选用Authorware，系统开发环境为Windows98。
6 系统开发中的难点和重点问题及其和解决方案
6.1 知识如何获取
专家系统解决问题的能力主要取决于它所拥有知识的数量和质量，因此，收集并整理与052型舰动力系统监控装置维修专家系统相关的知识和专家的故障诊断经验，是开发052型舰动力系统监控装置维修专家系统中最关键的问题。 系统采用了基于故障树分析的知识获取方法。
故障树分析方法是美国贝尔实验室H.A.Waston博士提出的一种系统分析方法，是通过对可能造成系统故障的硬件、软件、环境、人文因素进行分析，画出故障树，从而确定系统故障原因的各种可能组合方式和（或）其发生概率的一种分析技术。该方法先要确定系统可能产生的不希望事件（即故障树的顶事件），然后在特点条件下（即内外边界条件），对系统进行分析，从而找出导致不希望发生事件的一系列初级事件（故障树的底事件）；而故障树就是这些初级事件以图形的模式进行的串联和并联的组合。因此故障树是导致系统某一不希望事件发生的所有可能原因的组合，也就是说，一旦系统发生故障，故障原因肯定在故障树之内。而且故障树的建立过程和专家系统的反向推理策略非常相似，加之故障树本身已经包含了大量的诊断知识，
因此可认为故障树的建立过程实际上已经部分包含了专家系统的推理过程和知识获取过程，而且故障树的建立在监测报警装置这样信号流程比较清晰的系统中比较简便。 利用故障树分析方法实现知识的获取具有以下优点：
（1） 统性强，逻辑关系清楚，便于分析复杂系统。
（2）易于发现导致系统故障的各种组合，不易出现遗漏，从而有利于发现各种潜在故障与事故；
（3）便于定性定量的分析系统的可靠性、失效率等；
（4）有助于按照一定次序建立知识库；
（5）可以很好的避免出现知识的不一致性和不完备性。
采用故障树分析法来完成知识获取工作，其步骤为：
（1）根据原理图及布线图绘制控制线路走线图；
（2）从走线图中分析出故障诊断模式，并建立相应的故障诊断树；
（3）简化故障树，确定故障模式，根据简化的故障树，并作相应的处理，抽取故障诊断规则。
6.2 知识如何表示
获取的知识和经验计算机是无法识别的。为了将知识和经验转变为计算机可以识别的形式送入计算机，就需对知识和经验进行合理的转化，这就是知识表示的问题。一种好的知识表达方式应当能完整的准确的反映知识，同时应能简单方便的被计算机存储和调用。
现有的知识表示方法有许多种，如语义网络、框架、产生式系统等，各个知识表示方法都存在这样或那样的问题，也即若只采用单一的知识表示势必不能对诊断所需知识作出恰当、合理的表示。为此，综合考虑各方面的因素，结合052型舰动力系统监控装置维修专家系统的特点，系统采用将多种知识表示方法融合的方法，以求各种表示方法能够取长补短，达到表达监控装置诊断知识的最佳效果。系统考虑选定采用以产生式为主产生式加框架的综合表示方法，并将知识库建立在数据库的基础上，建立知识数据库。
6.3 如何进行推理
推理的方法提供了应用的机理。推理机是专家系统最核心的部分之一，它的任务是对知识进行合理的选择。推理机能否准确迅速地找到与解答有关的知识，直接影响着推理的效果和效率。推理机控制策略的任务就是解决知识的选择和应用的顺序。
052型舰动力系统监控装置维修专家系统参考已有专家系统的控制策略，采用全局正向单步反向的混合推理控制方式，将之用于监控装置诊断专家系统的推理机，符合监控装置故障诊断的实际特点，具有较好的诊断效果。
6.4 如何进行模糊推理
在监控装置故障诊断专家系统中，常常带有象“有可能”、“基本上”等这些模糊的描述，特别是根据专家经验整理而成的诊断规则中其模糊性更大，要想非常精确的表达故障诊断规则是比较困难的，同时，可能存在多个故障原因的第一第二种故障表现是相同的，也即其故障诊断规则的前提条件是一样的，要对故障原因进行确定，就需根据测试规则进行逐个排除确定。为了使故障诊断专家系统在故障诊断中达到专家的水平，052型舰动力系统监控装置维修专家系统模拟专家处理不确定性的方法，采用了基于元器件的故障评估系数的模糊推理方法、工程方法和控制方法等多种不确定性处理方法。
所谓工程方法就是在系统的构造中尽量避开不确定性的影响，对一些对问题求解影响不大的不确定性因素进行简化处理。也即在构造之初通过预测影响系统的不确定性因素，然后通过将问题的影响因素形式化，消去某些影响不大的不确定性因素。
7 结束语
系统具有以下优点：系统采纳了众多领域专家长期积累的丰富经验，可以提高诊断的准确度；系统拥有人机联合诊断功能，从而可以充分发挥维修人员的技能；将装置的结构、功能等知识联系在一起，从而可以将装置作为一个有机的整体进行处理，进而使得处理并发故障成为可能；系统采用了多媒体技术，使故障诊断和维修过程更加形象、直观，从而使得操作人员能在维修专家系统的指导下实施故障的诊断维修，大大降低了对维修人员的技术要求；系统清晰地给出了故障的原因以及排除故障的方法等信息，通过使用可以加深维修人员对故障及故障排除的认识，起到锻炼和培养维修人员技能的作用；系统软件的学习功能能自动学习并记住设备和部件所发生的故障以及导致产生该故障的原因，在用户使用该软件进行故障诊断时，能自动地将这些信息提供给用户，因此，该软件使用时间越长，诊断故障的速度便越快，诊断也越准确。 总之，052型舰动力系统监控装置维修专家系统软件开发成功并应用到部队后，必将极大地提高052型舰动力系统监控装置的故障诊断和维修水平，产生很高的军事效益和经济效益。
参考文献
[1] 刘光明，专家系统原理，北京，北京大学出版社，2002.5
第29卷第3期07.06月
<<舰 船 科 学 技 术>>
SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGYVo.l 29, No. 3Jun., 2007
文章编号:1672-7649(2007)03-0049-04
全燃联合推进装置的配置方案特性分析
张仁兴1,赵小龙2,王世安2
(1.海军工程大学,湖北武汉430033;2.海军驻中国船舶重工集团公司第七○三研究所军代表室,黑龙江哈尔滨150036)
摘 要: 利用船机桨配合关系基本原理和公式对大型水面舰船的COGAG装置配合特性进行了分析。计算分析结果表明,COGAG全燃联合推进装置能达到大型水面舰船功率航速和续航力的要求,尤以单机单桨运行时舰船的续航力最大,经济性最好。
关键词: 配合特性;航速;续航力
中图分类号: U664•131
文献标识码: Analysis on speciality of the schem es of gas turbine and gas turbine for warshipZHANG Ren-xing1, ZHAO Xiao-long2, WANG Shi-an2(1.NavalUniversity ofEngineering, Wuhan 430033,China; 2.TheNavalRepresentativeDepartment in the 703 Research Institute ofCSIC, Harbin 150036,China)
Abstract: Using the basal theory and equations of the cooperation ofship-engine-oar, thispaperan-alyzed the characterofCOGAG plantsused for largewarship. The resultofcalculation and analyzation showthat the COGAG plants can give enough power and endurance. Especially, it can reach the largest endur-ance and best economywhen it runwith one-engine-one-oar.Key words: character of cooperation; speed; endurance
收稿日期:2006-06-05
基金项目:国防预研基金资助项目
作者简介:张仁兴(1954-),副教授,主要研究方向为舰用燃气轮机及动力装置控制、仿真与优化。
0 引 言
船、机、桨的配合工况分析的主要目的是各种工况下的航速性,亦即在各种不同的工况下,保证主机安全可靠工作的转速、舰船的相应航速以及对应的有关参数如主机功率、工作制确定等,并可由此做进一步的分析,如续航力计算、选择最优运行工况等。我国至今没有装备全燃联合动力装置的大型水面舰船,也没有人对带有全燃联合动力装置大型水面舰船的船、机、桨的配合特性进行分析。因此,对带COGAG全燃联合推进装置的大型水面舰船的船、机、桨稳态配合工况进行分析研究有其重要的理论与现实意义。
1 基本原理
舰船航行时将产生一定的阻力,必须由推进器提供相应的推力来克服此阻力,方能使舰船定速航行。
图1 船机桨配合关系
而推进器必须运转才能提供所需的推力,这就要求原动机提供一定的动力距,用于克服推进器运转过程中产生的阻力距。因此,从运动学与动力学的关系来看,船机桨的配合主要涉及到如图1所示的船机桨系统中各模块之间的关系。整个系统能量转换过程是这样的:主机模块将热能转换成旋转机械能,通过后传动模块传递给推进器模块,推进器模块则将旋转能量转化为推进动力,藉以克服舰船航行时的阻力,使其产生运动。
船机桨配合特性分析就是分析在各种不同的航行工况下,上述各模块之间能量转换过程中物理参数的变化规律,并由此寻求最佳的运行参数及转换方式。对于稳态配合工况,船、机、桨三者的运动学关系与动力学关系如下:
动力学关系: Te=T(1-t),(1)
Te-R =0, (2)
MD•i-Mf-MP=0;(3)
运动学关系: nD=nP•i,(4)
VP= (1-w)VS。(5)
式中:T为螺旋桨产生的推力,N; Te为螺旋桨总的有效推力,N; R为船体的运动阻力,N; MD为主机的输出转矩,N•m; Mf为轴系的摩擦力矩,N•m; MP为螺旋桨的阻力矩,N•m; i为后传动装置的减速比; nD为主机转速,r/min; nP为螺旋桨转速,r/min; VS为舰船航速,m/s; VP为螺旋桨进速,m/s; w为螺旋桨轴向伴流系数; t为推力减额系数。根据上述基本方程,考虑各种不同的航行工况,即可进行工况分析。
2 参数和公式
2. 1 基本参数
1)选择某型燃气轮机的性能参数见表1[1]。
此型燃气轮机的功率-耗油率关系曲线参见文献[2]。
2)舰船阻力。大型水面舰船的航速-阻力特性和航速-功率特性如图2和图3所示[3]。单桨运行时,由于存在拖桨损失,阻力增加,必须对舰船的阻力航速特性进行修正。图4和图5是单机单桨运行时,对锁住不旋转桨和自由旋转桨情形下的舰船的阻力航速特性。
3)调距桨基本参数。调距桨的直径为5•45 m,桨的敞水性能参见文献[3],这是参考美国DD-963舰调距桨的直径和国内某型舰的调距桨敞水性能经优化计算修正后的参数。
图2 舰船阻力随航速变化特性
图3 舰船有效功率随航速变化特性
图4 带自由旋转桨时的阻力航速特性
图5 带锁住不旋转桨时的阻力航速特性
4)齿轮箱基本参数。齿轮箱的基本参数参见文献[3]。
5)自航因子。船的自航因子参见文献[1]。
2. 2 基本公式
式(6)~(12)是配合分析中需要用到的基本公式,其中式(7)是经一次曲线拟和得到的推力系数KT随进速系数λp的变化关系曲线。
λp=VS(1-w)npD, (6)
式中:λp为进速系数。KT=f(λp), (7)
T =KTρn2pD4, (8)
式中:KT为推力系数;ρ为海水密度,kg/m3; D为螺旋桨直径,m。Te=T(1-t) =R /2, (9)
MP=KMρn2pD5, (10)
MDi-Mf=MP, (11)
Te=T(1-t) =R。(12)
对于设计舰续航力,可用下列公式进行计算:S =Bk×103/bm。(13)
式中:S为续航力,nmile; Bk为供推进机组使用的燃油储量,t; bm为舰船每海里的燃油消耗量,kg/nmile。
因为 bm=BeNe×10-3/V, (14)
由式(13)、(14)可得:S =BkV×106/BeNe, (15)
则供推进机组使用的燃油储量为:Bk=SBeNe×10-6/V。(16)
式中:Be为机组在V航速时或Ne功率时相应的耗油率,g/kW•h; Ne为在V航速下机组发出的功率,kW。
3 计算结果及分析
3. 1 工况配合特性分析
经过计算分析得出COGAG装置的工况配合特性如图6所示。
1)最大额定工况时,机桨的最佳配合点为2G点,桨的转速为160 r/min;双机双桨运行时,机桨的最佳配合点为G′点,此时桨的转速为123•2 r/min。
2)单机单桨或者双机单桨运行时,机桨的最佳配合点分别为G′点和2G点。
3)三机双桨运行时,产生的推力可以认为是全速工况时机桨的最佳配合点2G点和双机双桨运行时机桨的最佳配合点G′处螺旋桨推力的叠加,各桨维持各自的转速不变。
4)由DD-963大型导弹驱逐舰的推进曲线可知,在高工况一般是30%倒车航速以上时,调距桨在
80%最大螺距比下运行[4],此时的调距桨可以看作图6 COGAG装置的工况配合特性是螺距比为1•088的定距桨,由设计桨的基本参数确定出1•088螺距比时桨的功率转速特性曲线,如图6
中的曲线4所示。参考DD-963驱逐舰,其最大倒车功率为正车功率的37•7%[4],我们作出倒车工况时的功率限制线,见图6中的曲线5,其交点H即为倒车工况时桨的最大转速。可以看出,H点在1台燃气轮机的额定功率转速特性线以下,很显然,4台燃气轮机同时运行时的经济性很差,可以用双机双桨或单机单桨方式运行。我们知道,舰船在倒车工况运行时,阻力变化很大,根据实际运行的经验数据,相同航速时阻力一般比正车时增加60% ~100%[5]。由于缺少船模试验数据,不能详细确定倒车时的阻力航速特性,可以相同航速时阻力增加80%进行倒车工况的航速估算。
3. 2 航速性分析
运用迭代法进行机组各种运行方式下的最大航速计算。需要说明的是,此时计算出来的航速为机组各种运行方式下机桨的最佳配合航速,也即各种运行方式下舰船的最大稳定航速。
双桨运行的迭代过程为:VS→λp→KT→T→Te→满足式(9);单桨运行的迭代过程为:VS→λp→KT→T→T′e→满足式(12)。编制了以上迭代程序,并在Matlab6•5环境下通过,其计算结果如表2所示。
从图6和表2可看出,舰船航速在25•02 kn以上,即桨的转速大于123•2 r/min时,用4台GT25000燃气轮机联合运行;航速在25•02 kn以下,即桨的转速小于123•2 r/min时,从机组的经济性考虑,用2台GT25000双机双桨运行。运用迭代法得出双桨及单桨运行时螺旋桨的转速与舰船航速关系曲线以及螺旋桨转速与主机功率关系曲线,分别见图7和图8,图中的实线代表双桨运行,虚线代表单桨运行。
3. 3 续航力分析
我们得出单机单桨、双机双桨、四机双桨3种运行方式下设计舰的航速与续航力的关系曲线,如图9所示。三机双桨和双机单桨这2种运行方式在机组实际运行中不使用,除非战斗时机组中的1台机或2台机发生故障而又要求达到相应的航速才考虑使用这2种运行方式。
由图9可看出, 4台机联合运行时,设计舰的续航力最小,因此只有在紧急状况下要求高航速时才考虑使用。设计舰在20•75 kn以下航行时,单机单桨运行时的续航力比双机双桨运行时的续航力要大。比如,设计舰以18 kn航速巡航时,单机单桨运行时的续航力为6 143 nmile,双机双桨运行时为4 188 nmile。因此,设计舰在20•75 kn以下低速航行时,单机单桨运行时的续航力最大,经济性也最好,因此设计舰在20•75 kn巡航时应采用单机单桨运行。
4 结 语
本文对大型水面舰船全燃联合推进装置的配合特性进行了分析,结果如下:
1)我国的大型水面舰船采用COGAG全燃联合动力装置,对比国外同类型大型水面舰船,能达到功率航速和续航力的要求。
2) COGAG全燃联合推进装置单机单桨运行时舰船的续航力最大,经济性最好。因此,舰船在
20•75 kn以下低速巡航时应采用单机单桨运行。
参考文献:
[1] 张振海.全燃动力装置性能仿真研究[D].武汉:海军工程大学 2005.
[2] 吴会泉.舰用燃气轮机装置[M].武汉:海军工程大学出版社 2000.
[3] 赵小龙.大型导弹驱逐舰动力系统配置技术研究[D].武汉:海军工程大学 2006.
[4] 张仁兴,余又红,张振海.舰船联合动力装置[M].武汉:海军工程大学 2004.
[5] 邵世明.船舶阻力[M].北京:国防工业出版社 1995.
<<舰 船 科 学 技 术>>
SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGYVo.l 29, No. 3Jun., 2007
文章编号:1672-7649(2007)03-0049-04
全燃联合推进装置的配置方案特性分析
张仁兴1,赵小龙2,王世安2
(1.海军工程大学,湖北武汉430033;2.海军驻中国船舶重工集团公司第七○三研究所军代表室,黑龙江哈尔滨150036)
摘 要: 利用船机桨配合关系基本原理和公式对大型水面舰船的COGAG装置配合特性进行了分析。计算分析结果表明,COGAG全燃联合推进装置能达到大型水面舰船功率航速和续航力的要求,尤以单机单桨运行时舰船的续航力最大,经济性最好。
关键词: 配合特性;航速;续航力
中图分类号: U664•131
文献标识码: Analysis on speciality of the schem es of gas turbine and gas turbine for warshipZHANG Ren-xing1, ZHAO Xiao-long2, WANG Shi-an2(1.NavalUniversity ofEngineering, Wuhan 430033,China; 2.TheNavalRepresentativeDepartment in the 703 Research Institute ofCSIC, Harbin 150036,China)
Abstract: Using the basal theory and equations of the cooperation ofship-engine-oar, thispaperan-alyzed the characterofCOGAG plantsused for largewarship. The resultofcalculation and analyzation showthat the COGAG plants can give enough power and endurance. Especially, it can reach the largest endur-ance and best economywhen it runwith one-engine-one-oar.Key words: character of cooperation; speed; endurance
收稿日期:2006-06-05
基金项目:国防预研基金资助项目
作者简介:张仁兴(1954-),副教授,主要研究方向为舰用燃气轮机及动力装置控制、仿真与优化。
0 引 言
船、机、桨的配合工况分析的主要目的是各种工况下的航速性,亦即在各种不同的工况下,保证主机安全可靠工作的转速、舰船的相应航速以及对应的有关参数如主机功率、工作制确定等,并可由此做进一步的分析,如续航力计算、选择最优运行工况等。我国至今没有装备全燃联合动力装置的大型水面舰船,也没有人对带有全燃联合动力装置大型水面舰船的船、机、桨的配合特性进行分析。因此,对带COGAG全燃联合推进装置的大型水面舰船的船、机、桨稳态配合工况进行分析研究有其重要的理论与现实意义。
1 基本原理
舰船航行时将产生一定的阻力,必须由推进器提供相应的推力来克服此阻力,方能使舰船定速航行。
图1 船机桨配合关系
而推进器必须运转才能提供所需的推力,这就要求原动机提供一定的动力距,用于克服推进器运转过程中产生的阻力距。因此,从运动学与动力学的关系来看,船机桨的配合主要涉及到如图1所示的船机桨系统中各模块之间的关系。整个系统能量转换过程是这样的:主机模块将热能转换成旋转机械能,通过后传动模块传递给推进器模块,推进器模块则将旋转能量转化为推进动力,藉以克服舰船航行时的阻力,使其产生运动。
船机桨配合特性分析就是分析在各种不同的航行工况下,上述各模块之间能量转换过程中物理参数的变化规律,并由此寻求最佳的运行参数及转换方式。对于稳态配合工况,船、机、桨三者的运动学关系与动力学关系如下:
动力学关系: Te=T(1-t),(1)
Te-R =0, (2)
MD•i-Mf-MP=0;(3)
运动学关系: nD=nP•i,(4)
VP= (1-w)VS。(5)
式中:T为螺旋桨产生的推力,N; Te为螺旋桨总的有效推力,N; R为船体的运动阻力,N; MD为主机的输出转矩,N•m; Mf为轴系的摩擦力矩,N•m; MP为螺旋桨的阻力矩,N•m; i为后传动装置的减速比; nD为主机转速,r/min; nP为螺旋桨转速,r/min; VS为舰船航速,m/s; VP为螺旋桨进速,m/s; w为螺旋桨轴向伴流系数; t为推力减额系数。根据上述基本方程,考虑各种不同的航行工况,即可进行工况分析。
2 参数和公式
2. 1 基本参数
1)选择某型燃气轮机的性能参数见表1[1]。
此型燃气轮机的功率-耗油率关系曲线参见文献[2]。
2)舰船阻力。大型水面舰船的航速-阻力特性和航速-功率特性如图2和图3所示[3]。单桨运行时,由于存在拖桨损失,阻力增加,必须对舰船的阻力航速特性进行修正。图4和图5是单机单桨运行时,对锁住不旋转桨和自由旋转桨情形下的舰船的阻力航速特性。
3)调距桨基本参数。调距桨的直径为5•45 m,桨的敞水性能参见文献[3],这是参考美国DD-963舰调距桨的直径和国内某型舰的调距桨敞水性能经优化计算修正后的参数。
图2 舰船阻力随航速变化特性
图3 舰船有效功率随航速变化特性
图4 带自由旋转桨时的阻力航速特性
图5 带锁住不旋转桨时的阻力航速特性
4)齿轮箱基本参数。齿轮箱的基本参数参见文献[3]。
5)自航因子。船的自航因子参见文献[1]。
2. 2 基本公式
式(6)~(12)是配合分析中需要用到的基本公式,其中式(7)是经一次曲线拟和得到的推力系数KT随进速系数λp的变化关系曲线。
λp=VS(1-w)npD, (6)
式中:λp为进速系数。KT=f(λp), (7)
T =KTρn2pD4, (8)
式中:KT为推力系数;ρ为海水密度,kg/m3; D为螺旋桨直径,m。Te=T(1-t) =R /2, (9)
MP=KMρn2pD5, (10)
MDi-Mf=MP, (11)
Te=T(1-t) =R。(12)
对于设计舰续航力,可用下列公式进行计算:S =Bk×103/bm。(13)
式中:S为续航力,nmile; Bk为供推进机组使用的燃油储量,t; bm为舰船每海里的燃油消耗量,kg/nmile。
因为 bm=BeNe×10-3/V, (14)
由式(13)、(14)可得:S =BkV×106/BeNe, (15)
则供推进机组使用的燃油储量为:Bk=SBeNe×10-6/V。(16)
式中:Be为机组在V航速时或Ne功率时相应的耗油率,g/kW•h; Ne为在V航速下机组发出的功率,kW。
3 计算结果及分析
3. 1 工况配合特性分析
经过计算分析得出COGAG装置的工况配合特性如图6所示。
1)最大额定工况时,机桨的最佳配合点为2G点,桨的转速为160 r/min;双机双桨运行时,机桨的最佳配合点为G′点,此时桨的转速为123•2 r/min。
2)单机单桨或者双机单桨运行时,机桨的最佳配合点分别为G′点和2G点。
3)三机双桨运行时,产生的推力可以认为是全速工况时机桨的最佳配合点2G点和双机双桨运行时机桨的最佳配合点G′处螺旋桨推力的叠加,各桨维持各自的转速不变。
4)由DD-963大型导弹驱逐舰的推进曲线可知,在高工况一般是30%倒车航速以上时,调距桨在
80%最大螺距比下运行[4],此时的调距桨可以看作图6 COGAG装置的工况配合特性是螺距比为1•088的定距桨,由设计桨的基本参数确定出1•088螺距比时桨的功率转速特性曲线,如图6
中的曲线4所示。参考DD-963驱逐舰,其最大倒车功率为正车功率的37•7%[4],我们作出倒车工况时的功率限制线,见图6中的曲线5,其交点H即为倒车工况时桨的最大转速。可以看出,H点在1台燃气轮机的额定功率转速特性线以下,很显然,4台燃气轮机同时运行时的经济性很差,可以用双机双桨或单机单桨方式运行。我们知道,舰船在倒车工况运行时,阻力变化很大,根据实际运行的经验数据,相同航速时阻力一般比正车时增加60% ~100%[5]。由于缺少船模试验数据,不能详细确定倒车时的阻力航速特性,可以相同航速时阻力增加80%进行倒车工况的航速估算。
3. 2 航速性分析
运用迭代法进行机组各种运行方式下的最大航速计算。需要说明的是,此时计算出来的航速为机组各种运行方式下机桨的最佳配合航速,也即各种运行方式下舰船的最大稳定航速。
双桨运行的迭代过程为:VS→λp→KT→T→Te→满足式(9);单桨运行的迭代过程为:VS→λp→KT→T→T′e→满足式(12)。编制了以上迭代程序,并在Matlab6•5环境下通过,其计算结果如表2所示。
从图6和表2可看出,舰船航速在25•02 kn以上,即桨的转速大于123•2 r/min时,用4台GT25000燃气轮机联合运行;航速在25•02 kn以下,即桨的转速小于123•2 r/min时,从机组的经济性考虑,用2台GT25000双机双桨运行。运用迭代法得出双桨及单桨运行时螺旋桨的转速与舰船航速关系曲线以及螺旋桨转速与主机功率关系曲线,分别见图7和图8,图中的实线代表双桨运行,虚线代表单桨运行。
3. 3 续航力分析
我们得出单机单桨、双机双桨、四机双桨3种运行方式下设计舰的航速与续航力的关系曲线,如图9所示。三机双桨和双机单桨这2种运行方式在机组实际运行中不使用,除非战斗时机组中的1台机或2台机发生故障而又要求达到相应的航速才考虑使用这2种运行方式。
由图9可看出, 4台机联合运行时,设计舰的续航力最小,因此只有在紧急状况下要求高航速时才考虑使用。设计舰在20•75 kn以下航行时,单机单桨运行时的续航力比双机双桨运行时的续航力要大。比如,设计舰以18 kn航速巡航时,单机单桨运行时的续航力为6 143 nmile,双机双桨运行时为4 188 nmile。因此,设计舰在20•75 kn以下低速航行时,单机单桨运行时的续航力最大,经济性也最好,因此设计舰在20•75 kn巡航时应采用单机单桨运行。
4 结 语
本文对大型水面舰船全燃联合推进装置的配合特性进行了分析,结果如下:
1)我国的大型水面舰船采用COGAG全燃联合动力装置,对比国外同类型大型水面舰船,能达到功率航速和续航力的要求。
2) COGAG全燃联合推进装置单机单桨运行时舰船的续航力最大,经济性最好。因此,舰船在
20•75 kn以下低速巡航时应采用单机单桨运行。
参考文献:
[1] 张振海.全燃动力装置性能仿真研究[D].武汉:海军工程大学 2005.
[2] 吴会泉.舰用燃气轮机装置[M].武汉:海军工程大学出版社 2000.
[3] 赵小龙.大型导弹驱逐舰动力系统配置技术研究[D].武汉:海军工程大学 2006.
[4] 张仁兴,余又红,张振海.舰船联合动力装置[M].武汉:海军工程大学 2004.
[5] 邵世明.船舶阻力[M].北京:国防工业出版社 1995.
某舰用燃气轮机和试车台架的模态分析
周传月 黎 明* 刘学义* 李桂英* 盛惠渝* 张 晖
摘要 针对某燃气轮机陆上试验，使用大型有限元分析软件MSC／NASTRAN，对燃气轮机系统及燃气轮机和试车台架整个系统的动力特性(模态形状、位移、速度以及加速度响应)进行了计算和分析。为试验提供了一些参考数据。
关键词 燃气轮机 试车台架 有限元模型 模态分析 MSC／NASTRAN程序
中图分类号 TK477
1 计算模型
某舰用燃气轮机陆上试验时，燃气轮机及高速水力测功器安装于各自的工艺基架上，基架固定在基础平台上，工艺基架包括：燃机底架、主机架、前底架、后底架、测功器底架、排气管支架(见图1)。燃气轮机通过四个支腿安装在燃机底架上，燃机底架与主机架之间是减振器。主机架与前底架、后底架之间，前底架、后底架与基础平台之间都是螺栓连接，测功器安装在测功器基架上，测功器底架通过螺栓连接在基础平台上，测功器轴与燃机动力涡轮轴通过膜片联轴器连接，针对上面所述结构，我们建立如图1所示力学模型。
图1 单机试车系统力学模型
(1)工艺基架与基础刚性连接；(2)减振器弹性连接；(3)联轴器弹性连接；(4)基础平台弹性支承；(5)燃机、工艺基架、测功器均为线弹性结构；(6)工艺基架之间刚性联接(线位移约束一致)；(7)燃机与燃机底架支承部位的联接按实际情况处理；(8)燃机底架固定销用刚性单元处理为Z向自由，X，Y向与底架后横梁约束一致；(9)排气管与燃机在接触部位处理为一体；(10)排气管出口暂时不考虑管子的弹性；(11)转子与机匣壳体处理为轴承刚性支承，暂时不考虑鼠笼刚度和油模阻尼。
2 有限元模型
在以上简化的力学模型基础上，我们建立有限元模型，在运行于SGI工作站的MSC／PATRAN软件中构造几何模型并划分有限元网格。
2.1 有限元网格划分
图2 燃机系统有限元网格
我们首先将整个系统划分为9个子结构(见表1)。每个结构单独构造几何模型，并形成有限元模型，最后通过一定的联接形式把各个部件连接在一起。工艺基架均为钢板焊接结构，采用板壳单元模拟，燃机机匣(外壳)用三维实体进行模拟，转子和内支承用板壳单元模拟。测功器用板壳单元和三维实体单元进行模拟。各结构的节点单元情况见表1。燃机系统的有限元网格见图2；整个系统(燃机、测功器和基础平台)有限元网格见图3。
图3 整个系统有限网格
表1 各个结构有限元网格情况
结构号
周传月 黎 明* 刘学义* 李桂英* 盛惠渝* 张 晖
摘要 针对某燃气轮机陆上试验，使用大型有限元分析软件MSC／NASTRAN，对燃气轮机系统及燃气轮机和试车台架整个系统的动力特性(模态形状、位移、速度以及加速度响应)进行了计算和分析。为试验提供了一些参考数据。
关键词 燃气轮机 试车台架 有限元模型 模态分析 MSC／NASTRAN程序
中图分类号 TK477
1 计算模型
某舰用燃气轮机陆上试验时，燃气轮机及高速水力测功器安装于各自的工艺基架上，基架固定在基础平台上，工艺基架包括：燃机底架、主机架、前底架、后底架、测功器底架、排气管支架(见图1)。燃气轮机通过四个支腿安装在燃机底架上，燃机底架与主机架之间是减振器。主机架与前底架、后底架之间，前底架、后底架与基础平台之间都是螺栓连接，测功器安装在测功器基架上，测功器底架通过螺栓连接在基础平台上，测功器轴与燃机动力涡轮轴通过膜片联轴器连接，针对上面所述结构，我们建立如图1所示力学模型。
图1 单机试车系统力学模型
(1)工艺基架与基础刚性连接；(2)减振器弹性连接；(3)联轴器弹性连接；(4)基础平台弹性支承；(5)燃机、工艺基架、测功器均为线弹性结构；(6)工艺基架之间刚性联接(线位移约束一致)；(7)燃机与燃机底架支承部位的联接按实际情况处理；(8)燃机底架固定销用刚性单元处理为Z向自由，X，Y向与底架后横梁约束一致；(9)排气管与燃机在接触部位处理为一体；(10)排气管出口暂时不考虑管子的弹性；(11)转子与机匣壳体处理为轴承刚性支承，暂时不考虑鼠笼刚度和油模阻尼。
2 有限元模型
在以上简化的力学模型基础上，我们建立有限元模型，在运行于SGI工作站的MSC／PATRAN软件中构造几何模型并划分有限元网格。
2.1 有限元网格划分
图2 燃机系统有限元网格
我们首先将整个系统划分为9个子结构(见表1)。每个结构单独构造几何模型，并形成有限元模型，最后通过一定的联接形式把各个部件连接在一起。工艺基架均为钢板焊接结构，采用板壳单元模拟，燃机机匣(外壳)用三维实体进行模拟，转子和内支承用板壳单元模拟。测功器用板壳单元和三维实体单元进行模拟。各结构的节点单元情况见表1。燃机系统的有限元网格见图2；整个系统(燃机、测功器和基础平台)有限元网格见图3。
图3 整个系统有限网格
表1 各个结构有限元网格情况
结构号
学习了 谢谢赌王 只是很高深 要仔细品读
好长，明天电脑看，感谢。
小学毕业，看不懂
学习贴先收藏后消化
楼主可去经典导读版看下 bigbigbao 的文章