船舶動力系統的案例
船舶動力系統仿真應用技術沙龍（免費參會哦~~）
尊敬的女士/先生：
當前，CFD技術已逐步應用于船舶的設計流程中，在國內部分企業已經發揮了顯著的經濟效益。作為致力于工程研發和創新服務的新型企業，為促進業內專業人士的交流，將已有成果加以分享，并時刻跟進船舶領域的新發展，在未知領域與客戶共同求索，海基科技將于2016年7月26日在上海舉辦船舶動力系統仿真應用技術沙龍，海基科技誠邀您的參與。
以下是本次沙龍的日程安排：
報名鏈接：https://jinshuju.net/f/pkLBF3
聯系人：雍女士
傳真：021-64157925-103
電話：021-64157905
郵箱：yongchen@hikeytech.com
展開 脫碳背景下船舶動力裝置與系統的發展
對于船舶而言，安全性能的優先度高于續航里程，現階段磷酸鐵鋰電池更符合船舶安全發展的需要。
未來鋰離子電池會以追求高系統能量比為目標，相比傳統鋰離子電池，固態鋰電池的安全性更好，能量密度更高、循環壽命更長，有望成為電池船舶的新選擇。
4、
混合動力系統
隨著儲能技術的快速發展，基于鋰電池、超級電容等儲能裝置與內燃機/燃料電池組成的混合動力系統應運而生。混合動力系統可根據不同工況的推進功率需求靈活選擇運行模式，進而改善船舶能效和排放，對工況復雜多變的船舶有較好適應性。應用混合動力系統的船型目前以車客渡船、客船為主，少量內河貨船、海工船舶及海洋科考船舶也有應用。相關實船應用案例表明，與燃油動力船舶相比，采用混合動力系統的船舶可實現節能減排約為15%。
5、
核動力系統
自上世紀50年代以來，基于壓水堆技術的核動力系統在商船上開始應用，由于具有系統簡單、結構緊湊、運行安全等特點，非常適合商船小空間和高貨物載重量的設計要求，逐漸成為船用堆的主力堆型。
核動力系統船舶在環保性方面具有巨大優勢，基本上可實現所有船舶大氣污染物和溫室氣體零排放。但經濟性能差。
展開 新能源動力船舶是船舶設計新方向
隨著全球溫室效應的加劇，國際海事組織（IMO）也越來越關注船舶溫室氣體排放對全球溫室效應的影響。在IMO第57次海環會（MEPC57）上，正式通過了國際防止船舶造成污染公約（MARPOL）附則6關于減少船舶有害氣體排放規則的修正案，并單獨成立了船舶溫室氣體排放工作組，對船舶造成的大氣污染問題進行研究。船舶溫室氣體減排已成為全球造船界熱議的話題之一。隨之而來的是，各式各樣新型船舶推進系統應運而生。目前國際海事組織和歐盟正在考慮制定更為嚴格的污染排放規則，業界也在不斷尋求采用商業可行的措施來替代傳統的船舶動力系統。
燃料電池推進船舶
燃料電池是將燃料（如氫、天然氣、丙烷和甲醇等）中的化學能直接轉化為電能的機電裝置。 作為新一代船舶用燃料，船用燃料電池可以使船舶在行駛時幾乎不排出NOx、SOx、二氧化碳等有害氣體，符合日益規范化的環保要求而受到注目。船用燃料電池的研發是2000年代初開始由歐洲造船強國為中心進行的，所以目前大部分先進技術也由歐洲國家掌握。其中挪威船級社最為活躍。
目前挪威船級社正在開展有關船用燃料電池的全面研究工作，燃料電池動力單元的研制結合了新型電子技術、電子動力以及控制系統技術，且在岸上進行動力單元的測試和認證后，進行實船實驗。
船用燃料電池以燃料電池作為主電源、以蓄能電池組輔助供電模式的新型船舶電力推進系統，包括了至少一套燃料電池系統、一蓄能電池組、一電力推進系統、其它用電負荷、一次電網、二次電網；所述燃料電池系統和蓄能電池組連接在一次電網上，所述一次電網和二次電網連接，所述電力推進系統和其它用電負荷連接在二次電網上。
燃料電池系統從冷態起動到正常運行過程中，或者當燃料電池系統因突發故障不能輸出電能，電力推進系統依靠蓄能電池組應急供電；燃料電池系統進入正常運行狀態后，蓄能電池組處于浮充電狀態。
展開 三維視景仿真環境下的船舶分油機仿真系統設計
來源：互聯網 作者：羅楚江 滕憲斌 楊期江
關鍵字：船舶分油機 虛擬現實技術 仿真
本文針對目前在實船上廣泛使用的Alfa Laval S系列分油機的EPC-50控制系統，設計了船用分油機的三維視景仿真系統。
船舶分油機是船舶動力系統不可或缺的重要設備之一，其作用是對船舶主機和輔機等設備的燃油和滑油進行分離凈化，其仿真系統的研發有助于輪機模擬器的發展。采用的是以PLC作為控制器，雖然PLC工作穩定可靠，但價格相對貴，增加生產成本。采用單片機作為主控芯片，單片機存在處理速度慢，資源有限等缺點，增加電路的復雜性，也不能夠搭載嵌入式實時操作系統，不能很好的對船舶分油機系統進行仿真模擬。雖然采用了32位嵌入式芯片，但是在軟件的仿真上，采用了二維操作界面，不能真實模擬船舶分油機的狀態。采用虛擬現實技術，制作了船舶分油機的虛擬拆裝3D互系統，但缺乏分油機的管理操作訓練。針對以上問題，本文采用32位嵌入式芯片STM32作為主控芯片，該主控芯片基于ARM Cortex-M4內核，內嵌1M Flash和192KB RAM，并且可以達到168MHz的運行速度，可以輕松運行嵌入式實時操作系統。控制板的軟件設計方面，通過uCOS-II操作系統和以太網通信，實現實時與上位機的交互。采用C#語言，搭建船舶分油機系統的數學模型，并基于3ds MAX和Unity3D平臺，搭建三維上位機操作軟件，將虛擬現實技術引入到船舶分油機模擬器中，建立一個高度逼真的多模式訓練系統，具有很強的沉浸感，從而給學員帶來真實的培訓體驗。
1 系統總體設計
船舶分油機模擬系統是通過數學建模的方法，結合實物控制箱，將實際船舶上的分油機進行仿真的一套系統，船舶分油機模擬系統結構圖如圖1所示。
展開 
三維視景仿真環境下的船舶分油機仿真系統設計
來源：互聯網 作者：羅楚江 滕憲斌 楊期江
關鍵字：船舶分油機 虛擬現實技術 仿真
本文針對目前在實船上廣泛使用的Alfa Laval S系列分油機的EPC-50控制系統，設計了船用分油機的三維視景仿真系統。
船舶分油機是船舶動力系統不可或缺的重要設備之一，其作用是對船舶主機和輔機等設備的燃油和滑油進行分離凈化，其仿真系統的研發有助于輪機模擬器的發展。采用的是以PLC作為控制器，雖然PLC工作穩定可靠，但價格相對貴，增加生產成本。采用單片機作為主控芯片，單片機存在處理速度慢，資源有限等缺點，增加電路的復雜性，也不能夠搭載嵌入式實時操作系統，不能很好的對船舶分油機系統進行仿真模擬。雖然采用了32位嵌入式芯片，但是在軟件的仿真上，采用了二維操作界面，不能真實模擬船舶分油機的狀態。采用虛擬現實技術，制作了船舶分油機的虛擬拆裝3D互系統，但缺乏分油機的管理操作訓練。針對以上問題，本文采用32位嵌入式芯片STM32作為主控芯片，該主控芯片基于ARM Cortex-M4內核，內嵌1M Flash和192KB RAM，并且可以達到168MHz的運行速度，可以輕松運行嵌入式實時操作系統。控制板的軟件設計方面，通過uCOS-II操作系統和以太網通信，實現實時與上位機的交互。采用C#語言，搭建船舶分油機系統的數學模型，并基于3ds MAX和Unity3D平臺，搭建三維上位機操作軟件，將虛擬現實技術引入到船舶分油機模擬器中，建立一個高度逼真的多模式訓練系統，具有很強的沉浸感，從而給學員帶來真實的培訓體驗。
1 系統總體設計
船舶分油機模擬系統是通過數學建模的方法，結合實物控制箱，將實際船舶上的分油機進行仿真的一套系統，船舶分油機模擬系統結構圖如圖1所示。
展開 技術分享：基于虛擬現實技術的 LNG 船舶仿真系統
3系統實現
3．1三維船舶建模
三維船舶建模主要建立LNG船舶整體和各典型區域的三維模型，主要工作分為2部分:一是建立船舶主體、上層建筑、駕駛室、儀器儀表、甲板設備等船舶駕駛部分的三維模型;二是建立LNG船舶貨物系統、動系統等船舶輪機部分的三維模型，實現LNG船舶貨物系統和動力系統的高精度仿真與運行模擬。而針對于船舶上每一個設備的建模包含兩個方面:形狀和外觀［11］。對設備形狀的建模主要通過點、線、面等來確定，物體的外觀則由表面紋理、顏色、光照系數等來確定。
使用多邊形建模方法對船舶進行建模，主要的工具是3DStudioMax，具體建模過程見圖4。建模過程中，首先在3DStudioMax中對模型進行烘焙、渲染得到模型的UV，提取出模型的UV圖，繪制出相應的紋理，然后保存帶有貼圖的圖片。將所有烘焙貼圖繪制好后，在3DStudioMax中，將貼圖重新賦給模型，查看效果再進行進一步修改完善，從而達到最佳效果。LNG船舶建模效果見圖5。
展開 海洋論壇▏船舶系泊動力定位控制技術綜述
為解決海洋資源開發問題，為海洋開發裝備提供安全、技術支撐的船舶定位技術應運而生。目前，船舶的定位方式主要有3種：系泊定位技術、動力定位技術和系泊動力定位技術。上述3種定位方式都能夠保證船舶的安全作業，但其應用場景不同且各有優劣。系泊定位又稱錨泊定位，是最傳統的船舶定位方式，它通過由錨、錨和錨鏈等構成的系泊系統將船由錨固定在海底，從而確保船舶在一定的工作區域內作業。
本圖來自界面新聞
這種定位方式簡便易操作，結構簡單、可靠、經濟性好。但是，由于系泊系統的制造及安全成本會隨著水深增加而大幅增長，且機動性差，難以抵御惡劣環境，因此大都用于近海、淺海，海況較好時的海上作業。動力定位技術是僅利用船舶自身推進系統維持船舶位置及艏向的定位方法。它具有精確靈活、機動性強、不受水深制約等優點，可應用于各種水域。但是，因其完全依靠推進系統抵御外界環境，對能源的需求較大，經濟性較差。系泊動力定位技術是結合了系泊定位和動力定位二者的長處，系泊系統和船舶推進系統相互配合使用，既能抵御外界環境干擾，又能夠減少能源消耗，同時可以保證惡劣海況下船舶的安全。因此，與單獨的系泊定位技術和動力定位技術相比，系泊動力定位技術揚長避短，集合了二者的優點，是必不可少的全天候、能耗經濟的安全海洋資源開發技術。
由此，系泊動力定位技術一經提出就受到了廣泛關注。近年來，各國學者在系泊動力定位技術方面的研究成果頗豐。本文重點關注系泊動力定位控制技術的發展動態，從系統構成、模型建立及控制器設計等方面闡述系泊動力定位技術的發展趨勢，分析控制策略的優劣及應用范圍。
展開 為混合動力和純電動力系統提供單一的測試系統
在開發新的混合動力和純電動力系統的過程中，記錄和保存與瞬態相關的數據，對脈沖和/或隨機現象進行后處理和分析。</span></p><p><br></p><p><strong style="color: rgb(0, 51, 90);">HBM eDrive 系統是理想選擇</strong></p><p><span style="color: rgb(68, 68, 68);">對于這家強大且高度專業化的集團來說，與測試領域優質的公司合作至關重要。Loccioni集團最近建成了新的實驗室，用于測試 ICE、混合動力和電力牽引系統。“HBM eDrive </span> <strong style="color: rgb(51, 182, 177);">GEN7ta系統</strong> <span style="color: rgb(68, 68, 68);">，帶有GN610B板卡和Perception軟件，是這些開發環境的理想選擇，與Locconi已經使用的扭矩傳感器和霍爾效應電流傳感器的集成非常簡單。” Maurizio Bosi（Locconi研發部）評論到，</span> <span style="color: rgb(68, 68, 68);">“Perception軟件無需在每次采集與傳感器連接時修改采集通道配置，因為其內置數據庫已經包含了當前市場上可用的各種傳感器。”
展開 船舶轉向控制系統設計及仿真研究
來源：互聯網 作者：吳琦
關鍵字：船舶運動 PID控制 轉向模型
本文在傳統控制的基礎上對船舶運動控制方法進行的進一步探討與研究，利用PID控制方法對船舶運動的航向進行反饋控制，使其在受風浪等外界環境干擾的情況下，具有良好好的控制效果。
1 課題研究的背景及意義
船舶航向控制系統的可靠性及性能特點直接關系著航行的安全性和經濟性。從20世紀20年代PID控制應用于船舶航向控制以來，經過實踐的不斷積累和無數高科技人才的不斷探索與完善，其已經成為船舶航向控制領域最基本、最經典的方法。
船舶航向控制系統是一個非線性的、外界環境干擾復雜的系統，從理論上很難用一個精確的數學模型來對其進行描述。在一些特殊的場合、航道復雜或者進行避碰操作的時候甚至需要極富經驗的舵手進行人工操作。而較為精確的PID控制經過多年的摸索和完善可以極大程度的從經濟、環保等方面滿足現代船舶航行控制的要求。
2 船舶轉向模型推導
在確定船舶模型的時候采用野本模型的原因主要是因為參數容易換算出深和航速的關系，但是由于二階模型在轉化為狀態空間模型時不便于加上非線性力以及風浪的干擾，于是我們采用野本的三階模型：
此三階模型公式為傳遞函數的形式，為了在將來的仿真過程中更為方便地添加非線性的風、浪等干擾，必須把傳遞函數的形式轉化為擁有三個自由度的狀態空間數學模型式，而轉化后的數學模型參數矩陣為：
將上述的的參數矩陣轉化為標準形式：
其中：
轉化為標準形式后，可以更為方便地加上非線性力和風浪的干擾。
展開 船舶水動力實尺度計算
基于CFD數值方法，模型尺度與實船尺度模擬的設置與研究有很大的不同：
本次分享船研所陳建挺老師的報告《船舶水動力實尺度計算》
本文來自：與聽風來
淄柴打造船舶動力中國芯
現在,針對持續增長的訂單,公司超前匹配,優化提升生產系統速率,全力保障及時供貨。
像ZC200柴油機一樣,淄柴還有V170柴油機、多個系列雙燃料發動機等新產品受到市場青睞。
新能源“淄柴芯”引領未來
當燃油汽車被新能源汽車替代已經成為一種趨勢，那么，蔚藍大海、綠色長江對于環保的要求給船舶發動機廠提出了新課題。
不謀萬世者，不足謀一時;不謀全局者，不足謀一域。
繼首臺L250雙燃料發動機成功下線，今年5月26日上午，淄柴主辦的另一大功率雙燃料發動機動車儀式暨船用發動機技術交流會在青島淄柴博洋柴油機股份有限公司隆重舉行。
這是一場主題為“圍繞雙燃料發動機和船用發動機技術發展”的論壇。淄柴動力有限公司黨委書記、董事長李寶民在會上介紹了淄柴發展戰略，發展綠色能源發動機，用創新驅動引領未來。淄柴動力副總經理黃猛作雙燃料發動機技術主旨講座,詳細講解了淄柴雙燃料發動機的技術特點和技術優勢。
淄柴雙燃料發動機以成熟機型為基礎，應用自主研發的雙燃料技術，以柴油和天然氣為燃料，采用ECU控制單元，達到發動機的最佳空燃比，使天然氣綜合替代率達到80%以上，實現了高效、節能、環保，目前已擁有五大系列雙燃料發動機產品，最大功率達4500KW。
尋找最佳的替代柴油燃料成為淄柴尋找突破的方向，于是，淄柴和天津大學展開合作，他們把目光聚焦在甲醇發動機新課題上。
甲醇是未來滿足硫排放控制區要求的有競爭力的替代燃料。就用作船舶燃料而言，甲醇頗具競爭力。就減排效果來說，甲醇發動機與LNG發動機相差無幾，能使硫化物（SOX）、氮氧化物（NOX）、顆粒物（PM）排放分別減少99%、60%及95%，從而很好地滿足海事法規要求。
展開 
船舶快速性、水動力學分析Shipflow介紹
Shipflow是一款性能優越的船舶流體力學分析專用軟件（數字化船模水池），適于民船和軍船的各種水動力特性研究，能夠分析波浪模式、空間流線和波浪增阻、航行下沉和縱傾、粘性阻力、興波阻力、誘導阻力、升力以及螺旋漿效率等船體特性參數。
產品概述
Shipflow最初由瑞典的SSPA 公司和 Chalmers 科技大學在80年代聯合研制并推出，是針對船體和潛水器流體動力學數值模擬的專用軟件。經過20多年的發展，在全世界擁有眾多的客戶群，為船舶流體力學研究提供了可靠、便利的工具。 Shipflow 相當于數字化的船模水池，適于進行民船和軍船的各種水動力特性研究。 Shipflow 模擬可以給出波浪模式、壓力分布、速度矢量、空間流線和波浪增阻、航行下沉和縱傾、粘性阻力、興波阻力、誘導阻力、升力以及螺旋漿效率等船體特性參數。通過結合具體船型進行船舶流場特性預報，比較不同線型方案的性能優劣，提高船舶設計質量，縮短設計周期降低設計成本，發揮設計人員的創造性，加速產品更新換代。
展開 船舶自動系泊系統最新發展
智能船舶的發展已經成為世界范圍內船舶工業和航運領域發展的熱點，實現船舶智能化的最后一步就是實現船舶自動系泊，磁力式自動系泊與真空式自動系泊因其獨特的優勢被認為是最具應用前景的兩種自動系泊技術。下面從原理、優缺點、產品等方面詳細介紹磁力式自動系泊系統與真空式自動系泊系統，并與傳統的纜繩系泊進行對比。
自動系泊是船舶完成自動靠泊控制后的重要步驟。傳統的船舶系泊方式是用鋼絲或尼龍纜繩將船舶固定在碼頭上，系泊作業時需要一定數量的帶纜工人或帶纜艇。這種依靠系纜工人的傳統系泊方式，工作強度大、效率低、環境差，作業難度大，存在脫纜、斷纜等安全隱患。近幾十年來，海上運輸的發展趨勢是增加船舶尺寸和專業化碼頭的作業，這意味著離岸港口和系泊系統必須面對更具有挑戰性的風、浪、流等條件。自動系泊技術的應用將極大地改善碼頭工人帶纜、系纜的工作強度，解放生產力，讓航運全程無人化的步伐再次向前邁進一步。在目前的科技水平下，磁力式自動系泊技術與真空式自動系泊技術被認為是實現自動系泊系統的兩種主要技術手段。纜繩系泊、磁力式自動系泊與真空式自動系泊如圖1所示。
圖1 纜繩系泊、磁力式自動系泊與真空式自動系泊
磁力式自動系泊
1.工作原理
磁力式自動系泊系統由基座、控制箱、機械臂、液壓缸、磁力吸盤、位移傳感器與三向力傳感器組成。船舶靠泊過程中，位移傳感器測得其位置，經控制箱計算后，自動控制各液壓缸，從而控制機械臂和磁力吸盤對船舶進行減震和系泊。
展開 船舶自動靠離泊系統設計與關鍵技術
其中，船端感知及控制模塊主要負責環境、本船及他船航行狀態感知，船舶靠泊作業決策與航跡、航向、航速規劃，船舶低頻運動控制等功能；岸基設備感知及控制模塊則主要針對岸基無纜系泊設備實現對設備自身、系泊船舶狀態以及設備壓力等的感知、設備運動及吸附力控制等功能；數據交互模塊主要以數據庫的形式，在兩個控制模塊之間進行數據存儲及交換，從而實現信息的同步，提高感知精度及控制精度，降低船舶運動及設備控制風險，系統示意圖如圖所示：
圖8 船舶自動靠泊系統
船舶自動靠泊系統關鍵技術
靠離泊運動是船舶運輸營運最后一公里的關鍵問題，建立模塊化、系統化的船舶自動靠泊系統，能夠減少船舶靠離泊過程中人員勞動強度、提高作業效率和安全性，具有迫切的現實需求和重要的理論意義，其關鍵技術主要包含船舶低速運動建模技術、船舶低頻運動控制技術、船-岸協同感知技術、智能無纜系泊技術等。
1.低速運動建模技術
船舶的靠離泊運動，例如緊急制動、橫向移動、短時間進車、掉頭等為典型的低速域運動]。低速域下，船舶前進速度接近于零，船舶橫向速度和轉艏角速度與前進速度處于同一量級，且涵蓋0—180°的漂角范圍，船舶水動力非線性強；富余水深小，淺水及岸壁效應明顯，風、流等外部干擾不可忽略；船速低、槳轉速小、沒有舵效，需要借助側推器、拖輪、錨纜等操縱設備控制船舶的橫移與轉向。當前對船舶運動模型的研究主要圍繞常速域下船舶的操縱運動，對于低速域下船舶的操縱性研究較少；此外，船舶操縱性的研究主要采用經驗公式法、試驗法以及計算流體力學方法，基于回歸分析的經驗公式法依賴數據廣度，試驗法研究周期長、推廣性差，目前常采用計算流體力學方法對船舶水動力、流場發展進行研究。
展開 船舶起貨機電氣控制系統
船舶起貨機電氣控制系統
船舶起貨機是遠洋船舶甲板機械最典型的設備之一。其結構復雜，難于管理，專業性強，不易掌握。船舶起貨機多采用傳統的繼電器---接觸器控制系統，該控制方式故障率高，可靠性和可維護性差，靈活性和擴展性也很差，所以有必要采用PLC控制技術來取代。
1、起貨機工作原理
起貨機控制系統一般包括主令控制器、控制保護電路、主電路和保護檢測等環節，其原理方框圖如圖5-24所示。
2、起貨機的控制要求
起貨機的控制在保證滿足提升、下降、停車和調速基本工藝的前提下，工作效率和可靠性要高，且操作靈活。具體要求如下：
⑴ 為加快啟動過程，降低接觸器的斷開電流，當手柄從零位快速扳到提升或下降的高速擋時，應能逐級延時起動，起動時間應小于2s。
⑵ 為了減輕電磁制動器的負擔，縮短制動過程，當手柄從高速擋快速扳到停車時，應有三級制動過程，即：轉速高時的單獨電氣制動；速度降低到一定值后的電氣與機械聯合制動以及速度接近零時的單獨機械制動，直到停車。另外，制動時間應小于1s。
⑶ 下降貨物時，應有電氣制動以保證貨物勻速下降；在起動時應先接通低速繞組電源后才能松開電磁制動器；在換擋過程中，起貨電機應總有一個繞組通電，比如在提升貨物時，中速繞組通電低速繞組才能斷電，高速繞組通電，中速繞組才能斷電。
⑷ 為了防止發生中速繞組和高速繞組的反接制動，避免過大的沖擊電流，當控制從提升高速擋快速扳到下降的高速擋時，應首先實現從高速擋到零的自動制動停車過程，然后再實現零位到反方向高速擋的自動起動過程。
⑸ 中速繞組通電時電磁制動器不能抱閘，或者當電磁制動器抱閘時，中速和高速繞組應立即斷電。
⑹ 當風機運行后才能起動起貨機。
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