第一篇：

初步设计阶段船舶功率推进预测第二部分初步设计中有用的服务速度船舶功率推进数学模型

Tadeusz SZELANGIEWICZ，KatarzynaŻELAZNY公司

深圳海事大学

摘要：

在船舶设计过程中，最重要的决策是在初步设计阶段做出的。船东所假定的一个最重要的设计参数是在航运线路实际天气条件下的服务速度。对于这种速度，在初步设计阶段，当只知道船舶的基本几何参数时，就应该确定电机的功率。在实际设计中，功率推进是用一个非常近似的公式来确定的，但在静水中的速度除外。只有在项目合同和合同签订后，才能通过模型试验的阻力和自推进进行。本文提出了一个确定假定工作转速下动力推进的数学模型。该模型只依赖于船体的基本几何参数和班轮运输中的气象参数。并给出了根据该模型进行的计算结果，其中一艘船舶的动力推进已建成。

关键词：动力推进、服务速度、初步设计

全阻力运输船在真实气象条件下的数学模型

为了计算在实际天气条件下达到使用速度所需的动力推进，必须知道在这些条件下发生的总阻力和推力推进器。

给定航线上船舶在真实天气条件下的总阻力：

其中：

R——静水中的船舶阻力，；

R_xA——风的附加阻力（图1）

R_xW——波的附加阻力（图1）

R_xR——使船舶保持在给定航向上的转向装置（如舵鳍）的附加阻力（航向扰动也由风和浪的影响引起）。

在航线对船舶的航行过程中，可能会受到来自任何方向的海流、风和波浪的影响，除了纵向阻力外，还会产生引起船舶漂移的横向力（角度beta;）和引起变化率（角度Psi;）的绕垂直轴的力矩-图1。为了使船舶保持航向，使舵叶摆动（角度delta;），这将对纵向和横向力产生额外阻力—图1。

图1船舶总阻力的组成（海水流量：Rx，Ry，Mz；风：RxA，RyA，MzA；波：RxW，RyW，MzW；舵鳍：RxR，RyR，MzR）；速度V，汇率角Psi;和漂移角beta;船舶；当前参数V C，gamma;C；风：V A，gamma;A；波：HS，T1，mu;；舵角delta;

从图1可以看出，航运线路在实际天气条件下，为了确定总阻力，必须知道各个组成部分的所有组成部分，方程式（1）和（2），这些组成部分的特征在[4，5]中预先提出，计算这些组成部分需要知道大量参数的值，以及船模试验和建造后交付验收的结果。因此，为了建立一个在初步设计中有用的服务速度模型，指定模式近似值，仅依赖于容器的基本尺寸，以获得总阻力的所有组成部分。文[5]中模型的一种近似方法。

船舶散货船总阻力的函数近似分量为：

——水性和海流性：

其中：

xk=[L，B，T，CB，CWP，Fw，V，beta;W，HS]，而a，B，c，D是人工神经网络发展的参数。

——舵鳍阻力：

其中：

根据已建造船舶的技术操作参数（基准A），建立了近似公式。对这些船舶进行了统计试验，发展了函数逼近法，而对在Szczecin造船厂建造的第二组船舶（基地B）进行了实质性试验。在图2-3中，给出了一些实质性测试设计功能方法的例子。

其他类型船舶总阻力和实质性试验的设计近似分量见[5]。

螺旋桨推力和效率系数的数学模型

除总阻力外，确定推进器在初步设计阶段的实际天气条件下的功率推进是必要的数学模型和效率系数。与总阻力分量的情况一样，这些值也必须发展成近似函数，它仅取决于船舶的主要尺寸，找到这些函数的近似方法见[5]。最终确定螺钉功能参数和计算船舶散装货船推进效率的系数的图如下：

1、螺旋桨

—压力T和扭矩Q：

其中：

x_k=[L，B，T，CB，▽，V，n_p]，而a，b，c，D是所开发的人工神经网络的参数

—螺旋桨直径：

其中：

T—船舶吃水深度

—螺旋桨推进系数：

1. 效率驱动因素：

—推力扣除分数：

—尾流系数：

—旋转效率：

图2船舶在静水中的力和阻力矩，考虑各种船舶速度的漂移角-散装货船M1

图3不同风速下的风力和力矩VA-散装货船M1

在总阻力的情况下，螺旋桨参数的函数近似和效率统计试验是针对带有模型A的船舶，从模型B的实质性试验船舶进行的。

在初步设计阶段应用的功率推进到工作转速的数学模型

电机耦合PB的功率等于主驱动：

其中：

P_E—牵引力；

eta;—总效率推进。

由于功率P_B是根据船舶在给定航线上达到的服务速度来确定的：

其中：

V_E—实际天气条件下，船舶在航线上的参考、统计平均服务速度；

R_C—实际（平均统计）航运天气条件下的总阻力（统计平均值）。

船舶推进的总效率等于：

其中：

eta;_G—如果使用组件的效率；

eta;_S—轴系效率。

eta;_HT—船体冲击系数：

t—推力扣除系数；

w_T—尾流系数；

eta;_RT—旋转效率；

eta;₀—螺旋桨效率（不包括船体）：

T—螺旋桨的推力；

Q—螺旋桨的扭矩；

DP—螺旋桨直径；

J—螺旋桨推进系数。

根据公式（13）可以计算出功率推进PB，在初步设计阶段，对于给定的服务速度VZE，所有尺寸必须仅取决于设计船舶的基本几何参数和航线上出现的气象参数。

因此，电机的标称功率等于：

将方程式（18）代入：

—R_C—表达式（1）—（6）；

—eta;_HT—表达式（10）、（11）；

—eta;₀—表达式（7）—（9）；

—eta;_RT—表达式（12）。

得到的N_n或P_B方程取决于天气条件（风、海流和波浪参数）和设计船舶的基本几何参数：长L、宽B、吃水T、边高H、位移、体积系数C_B、水面系数C_WP、纵向棱柱系数C_P。

动力推进计算结果

对于M1号船（散货船），尺寸为：

L=138.0m

B=23.0m

T=8.5m

C_B=0.804

C_WP=0.892

C_P=0.809

根据模型试验，设计的合同速度V_K=7.33 m/s。驱动电机的规定标称功率N_n=5720 kW，并假设海裕度S_M=估计使用速度V_E=7.07 m/s的15%。

由算法[4]计算出的船舶实际使用速度是多少。图4所示的各航线的实际天气情况。

假设船舶预计达到预定的使用速度V_ZE=7.07m/s，其维修水平P_VZE=95%，根据公式（18）计算出的各航线的发动机额定功率如图5所示。

图4海运—散货船M1航线长期平均服务速度V_E（V_E—所有航线的平均服务速度）

图5 M1船的额定功率Nn

说明：N_n—所有线路的平均标称功率，P_E—牵引功率，P_E1—Silverleaf Dawson的功率牵引方法，P_E2—Watson的功率牵引方法

最后结论

1. 图5示出了个别航运公司的驱动马达M1船舶的额定功率的计算结果和所有分析航运公司的平均值。由近似公式计算出的平均值仅包含主船的基本尺寸，比签订合同后根据模型试验确定的名义功率N_n低3.5%。
2. 图5还显示了根据初步设计阶段使用的两个非常近似的公式[2]计算的牵引功率P_E和牵引功率。船上的这些公式给出了一个非常夸张的结果。
3. 在初步设计阶段，为确定服务速度而发展的计算动力推进的方法需要进一步的研究和试验，如本文所述，计算结果仅适用于一艘船舶。

参考文献

[1] K. Chachulski, Podstawy napędu okrętowego, Gdańsk: Wydawnictwo Morskie, 1988.

[2] J.P. Michalski, Podstawy teorii projektowania okrętoacute;w, Gdańsk: Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, 2013.

[3] T. Szelangiewicz, bdquo;Wpływ kotwicznego systemu utrzymania pozycji na kołysania statku w obecności wiatru, prądu i falowania”, Prace Naukowe Politechniki Szczecińskiej, no. 523,Szczecin:Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Szczecińskiej, 1995.

[4] K. Żelazny,bdquo;Numeryczne prognozowanie średniej długoterminowej prędkości eksploatacyjnej statku transportowego”, Ph.D. dissertation, Faculty of Maritime Technology and Transport, West Pomeranian of Technology in Szczecin, Szczecin, 2005.

[5] K. Żelazny, Metoda wyznaczania prędkości eksploatacyjnej przydatna w projektowaniu wstępnym statkoacute;w transportowych w statystycznych warunkach pogodowych występujących na liniach żeglugowych, Szczecin: Wydawnictwo Uczelniane Zachodniopomorskiego

第二篇

船舶混合动力系统节能优化设计

马贾·克鲁玛，安妮塔·古德尔贾，文科·托马斯布

摘要

国际海事组织关于减少船舶温室气体排放量的条例要求通过造船业和船舶运营的所有主要利益攸关方的共同努力，有效处理这一复杂的技术经济和高度政治问题。

可再生能源领域任何研究的关键问题，包括发电、储存、转换和分配，以及与特定负荷的有限发电有关的问题，都是在船舶上实施配电技术时遇到的相同问题。

本文分析了在不受天气影响的情况下，利用太阳能电池板系统和电池保证连续供电的有效运输效果。该控制结构的物流链由有色Petri网建模。经济分析检查燃料消耗的年度成本、初始资本成本、总净成本和二氧化碳排放量。

关键词：可再生能源、船舶动力管理系统、能源效率、CO2排放、多目标优化

导言

1997年《京都议定书》第2.2段委托国际海事组织（海事组织）（海事组织第三次温室气体研究，2014年）负责管理和减少船舶有害排放（海事组织，2017年）。海运每年排放约10亿吨二氧化碳，约占全球温室气体排放量的2.5%（京都议定书，2017年）。到2050年，船舶有害物质排放量预计将增加50%-250%，这取决于未来经济和能源领域的发展。这不符合到2050年将全球排放量至少减少50%以将全球气温上升控制在2℃以下的国际协定。国际海事组织通过《防污公约》附件六对二氧化碳排放进行了管制。还制定了提高能源效率的准则，目的是监测和改进船舶在可能导致二氧化碳排放的各种因素方面的性能和特点（见图1）。“新”船是指在2013年1月1日或之后订立建造合同的船舶，或在没有建造合同的情况下，在2013年7月1日或之后安放龙骨或处于类似建造阶段的船舶，或在2015年7月1日或之后交付的船舶。

各种研究和论文（Gudelj和Krčum，2013；EEDI–IMO，2012；RSSP，2017；Oslash;verleir，2015年）表明，通过适当整合船舶上的可再生能源，可以显著减少环境污染，改善传统海洋系统的低能效，船舶的发电厂使用柴油/涡轮发电机发电。

例如，在电力系统中安装光伏系统有助于减少温室气体排放，提高能源效率，并有助于船舶电力系统的稳定性。

然而，安装光伏系

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