﻿ 喷水推进系统操纵优化仿真
 舰船科学技术  2020, Vol. 42 Issue (10): 58-61    DOI: 10.3404/j.issn.1672-7649.2020.10.012 PDF

1. 中国人民解放军63983部队，江苏 无锡 214035;
2. 广州船舶及海洋工程设计研究院，广东 广州 510250

The optimizing simulation of manoeuvring of waterjet propulsion system
CHANG Shu-ping1, LI Kun-peng1, YAO Ding-yuan1, LUO Dong-hong2
1. No. 63983 Unit of the PLA, Wuxi 214035, China;
2. Guangzhou Marine Engineering Corporation, Guangzhou 510250, China
Abstract: In order to solve the problem that the waterjet pump always works in the restricting region under the manoeuvring situations, a simulation programme is established based on the integrating of Simulink with MFC. The simulation programme could be used to set the working state of the waterjet propulsion, such as accelerating, decelerating, turning, reversing. The results of the simulation are of great value. For example, when four pumps working, four pumps turning, in order to restrict the pump working in the Zone One, the maximum turning angle of the pump should be lower than 8 degree; When four pumps working, the main engine speed increasing from 0.73 Nmax to 0.92 Nmax and Nmax, in order to restrict the pump working in the Zone One, the maximum accelerating speed should be lower than 0.02 Nmax/s and 0.01 Nmax/s.
Key words: simulation     waterjet propulsion     manoeuvring     combined programming
0 引　言

1 喷水推进船仿真模型

 图 1 喷水推进系统模型第1层 Fig. 1 The first layer of waterjet propulsion
1.1 调速器模块

 $U(t) = {K_p}[e(t) + \frac{1}{{{T_i}}}\int_{0}^{1} {e(\tau ){\rm{d}}\tau + {T_d}\frac{{{\rm{d}}e(t)}}{{{\rm{d}}t}}} ]\text{。}$ (1)

1.2 柴油机模块

1.3 喷水推进器模块

1.4 船体动力学模块

 ${X_j} = \rho Q({V_j}\cos \theta - {V_i})\text{，}$ (2)

 ${Y_j} = \rho Q{V_j}\sin \theta \text{，}$ (3)

 ${N_j} = {Y_j}{L_{jG}} = {L_{jG}}\rho Q{V_j}\sin \theta \text{。}$ (4)

 $\begin{split} & (m + {\lambda _{11}})u' - (m + {\lambda _{22}})vr = \\ & R{{(V)}_i} + {X_{vv}}{v^2} + {X_{vr}}vr + {X_{rr}}{r^2} + {X_j}\text{，} \\ & (m + {\lambda _{22}})v' + (m + {\lambda _{11}})ur = \\ &{Y_v}v + {Y_r}r + {Y_{{v^2}r}}{v^2}r + {Y_{v{r^2}}}v{r^2} + {Y_{|v|v}}|v|v + {Y_{|r|r}}|r|r + {Y_j} \text{，}\\ & ({I_{zz}} + {\lambda _{66}})r' = \\ & {N_v}v + {N_{{v^2}r}}{v^2}r + {N_{v{r^2}}}v{r^2} + {N_{|v|v}}|v|v + {N_{|r|r}}|r|r + {N_j} \text{。} \end{split}$ (5)

 图 2 Simulink与MFC集成的主要步骤 Fig. 2 The approach of Simulink and MFC integration

1）在仿真参数中对RTW选项进行相关的配置；

3）在RTW中的Generate Code选项中产生模型的C++程序代码；

4）将产生的代码加入到一个空的MFC工程中，在MFC中根据需要编写相应的程序对生成的代码进行驱动和控制，并对计算结果进行实时的监测。

2.2 控制程序的设计

 图 4 喷泵工作区域图 Fig. 4 Working area of waterjet propulsion system

WM_TIMER消息响应函数OnTimer的编写是控制程序的主要部分，它可以看作一个定时器，MFC程序每隔特定的时间间隔就会调用该函数。即每隔一定的时间间隔，该函数内部就会进行计算并产生一组计算结果。利用这些结果，可以实时判断，若仿真结果显示喷泵工作在异常工作区，则修改程序设定的初始参数。控制程序的编制步骤如下，控制程序流程如图3所示。

 图 3 OnTimer函数内部的控制流程 Fig. 3 The control process of OnTimer function

1）在OnTimer函数中调用Initialize进行参数的初始化；

2）设置相关的初始参数并调用rt_OneStep函数进行计算；

3）提取计算结果中的航速和转速值，判断其是否在给定的区域内，如果不是则返回第1步，并在第2步中改变初始参数继续计算，若果计算结果在给定的区域内，转到第4步；

4）继续循环并输出计算结果。

3 喷泵工况计算示例

3.1 回转运动最大舵角计算

 图 5 回转运动工况 Fig. 5 Results of turning process
3.2 直航最大加速速率计算

 图 6 加速运动工况 Fig. 6 Results of accelerating process
4 结　语

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