大型船舶的推进系统-船体动力学耦合理论及方法研究

船舶推进系统-船体的动力学耦合理论是适应船舶大型化发展趋势和提高大型船舶航行性能的理论基础，需要解决大型船舶的大尺度效应、多参数耦合作用以及不确定航行环境与状态对船舶推进系统影响的理论问题，并探索通过改善推进系统的自适应性和工作可靠性来提升船舶航行性能的方法。据此，本项目以大型船舶的推进动力系统为研究对象，通过大型船舶推进系统的状态不确定性分析与评估、水环境-船体-推进系统动力学耦合作用、以及船舶的实验室试验性能与实海环境的航行性能不一致性等三个方面的研究，提出实海环境下波浪载荷与船体变形的实时预报方法，建立大型船舶的推进系统-船体耦合动力学理论，揭示推进系统与船体耦合作用关系，提出自适应的轴系校中方法，解决影响大型船舶推进装置安全、可靠、高效的基础理论与关键技术，为大型船舶在复杂海洋航行环境中的航行性能提升提供理论支持。

以万箱级集装箱船、二十万吨级以上大型油轮等大型远洋船舶的船舶推进系统为研究对象，针对船体大尺度效应、动力系统多参数耦合性以及船舶与海况流固耦合作用等复杂因素和前提条件，聚焦大尺度效应影响下大型船舶推进动力系统工作不确定性、大型船舶推进系统与船体的动力学耦合模型、理论与方法以及实验室模型试验与实际远洋服役环境下船舶航行性能的一致性等科学问题，开展了船舶推进系统动力学的模型构造、理论分析、仿真预报、试验验证、实船测试和实践应用等系统研究，建立了大型船舶推进系统-船体耦合动力学理论，完善了船舶建造规范的相关要求，取得的主要研究成果如下：.（1）建立了大型船舶推进系统-船体耦合动力学理论。根据大型船舶的结构组成、环境特点和工况参数，构建了船舶推进系统-船体耦合动力学分析的综合模型与单元模型，建立了相应的动力学方程，提出了分析方法，进行了船舶推进系统性能的仿真，研究了系统特性与多参数之间的耦合关系。.（2）提出了大尺度效应影响下大型船舶推进动力系统工作不确定性分析方法。研究了大尺度效应作用下船舶海况多变性和船体变形不确定性，运用数字仿真预报理论，提出了船舶载荷预报方法，研究了不同航速、波高、相位、浪向角、载荷工况下的船体变形与其影响因素之间的关系。研究了船舶推进轴系工况与船体变形、轴承载荷、轴承负荷等因素之间的不确定统计关系，运用概率统计方法进行了描述。.（3）运用船舶推进系统-船体耦合动力学理论，研究了船舶推进系统的性能仿真。开发了仿真计算软件，对船舶轴系的振动及轴系校中进行了仿真研究，改进了船舶轴系相应的振动与校中理论，提升了船舶推进系统的性能。.（4）本研究所获得的基本理论及数值分析的结论，在实验室及实船航行环境进行了系列试验，验证了相关理论预报结果的可行性，检验了水环境-船体-推进轴系耦合动力学的有效性，为我国大型船舶的优化设计及安全、可靠、稳定运行提供了技术支持。