Propeller
Морской пропеллер, который преобразует крутящий момент в тягу
- Библиотека:
Simscape / Автомобильная трансмиссия / Engines & Motors
Описание
Блок Propeller представляет пропеллер фиксированными или управляемыми лопатками, который преобразует вращательную механическую энергию в поступательную механическую энергию. Можно параметрировать пропеллер при помощи констант, полиномов или табличных данных, чтобы охарактеризовать коэффициенты крутящего момента и тяга. Пропеллеры, которые позволяют отрицательный тангаж или спроектированы, чтобы действовать наоборот, могут включать тягу и закрутить содействующие кривые, характерные для на корме направление, которое можно использовать в параметризации.
Можно включать эффекты следа оболочки судна в блоке. Можно указать, что постоянный след фракционировал или включает порт физического сигнала, и блок вычислит эффекты следа автоматически.
Можно использовать физический сигнал, чтобы управлять шагом лопаток.
Эта терминология полезна для понимания блока:
Часть следа является различием между скоростью судна и скоростью усовершенствования, описанной как отношение скорости судна.
Совершенствуйтесь скорость является скоростью потока через пропеллер, Va.
Совершенствуйтесь отношение является скоростью потока через пропеллер относительно совета пропеллера угловая скорость, описанная как отношение.
Квадрант является относительным двумерным местоположением условий работы пропеллера, где вертикальной осью является Va, и горизонтальной осью является ω.
Первый квадрант: +Va, +ω
Второй квадрант: +Va, -ω
Третий квадрант: -Va, -ω
Четвертый квадрант: -Va, +ω
Тангаж является идеальным поступательным расстоянием усовершенствования пропеллера для одного оборота.
Открытая вода - когда эффекты оболочки не присутствуют.
Уравнения
Уравнения блока относятся к этим количествам:
T(t) является сглаживавшей тягой пропеллера.
Q(t) является сглаживавшим крутящим моментом пропеллера.
ρ, ρ(t) является плотностью жидкости, которая может функционировать со временем. Можно задать плотность жидкости параметром Density или портом Rho.
P является тангажом.
D является диаметром пропеллера. Это значение эквивалентно параметру Propeller diameter.
ω(t) является пропеллером угловой вход скорости в порте R. Для получения дополнительной информации об использовании угловых единиц в Simscape™ смотрите Угловые единицы.
n(t) является пропеллером угловая скорость в оборотах в секунду, которая служит, чтобы последовательно не определить размерность крутящий момент и толкать. Здесь, ω = 2πn(t).
nThr является параметром Rotational speed threshold.
kT является коэффициентом тяги. Это значение эквивалентно параметру kT.
kQ является коэффициентом крутящего момента. Это значение эквивалентно параметру kQ.
pkT является параметром kT polynomial fit coefficients.
pkQ является параметром kQ polynomial fit coefficients.
kThr является порогом безразмерного коэффициента. Это значение эквивалентно параметру Saturation threshold for nondimensional coefficients.
J является отношением усовершенствования.
Va является скоростью усовершенствования. Можно задать скорость усовершенствования с помощью порта Va.
η является сглаживавшим КПД.
Блок сглаживает тягу пропеллера и крутящий момент относительно скорости вращения, таким образом что:
Блок использует коэффициенты тяги и крутящего момента, чтобы параметрировать эффективность пропеллера. Можно обеспечить статические коэффициенты, или можно задать коэффициенты как полином, который действует в зависимости от отношения усовершенствования. Блок задает отношение усовершенствования как:
где скорость вращения пропеллера n линеаризуется с угловым порогом скорости nThr для сглаживания.
Когда вы устанавливаете Parameterization на Polynomial fit, блок вычисляет тягу и коэффициенты крутящего момента как:
соответственно, где pkT и pkQ представляют полиномиальные коэффициенты.
Когда вы устанавливаете Efficiency sensor на On, блок выводит сглаживавший КПД:
Можно выбрать различные варианты, чтобы параметрировать пропеллер kT и kQ на основе точности, которой вы желаете или тип информации, которая доступна для вас. Если вы хотите параметрировать эффективность пропеллера в зависимости от J, можно установить Parameterization на Polynomial fit или Tabulated coefficients. Если вы хотите использовать асимметричную параметризацию для отрицательных величин J, необходимо установить Parameterization на Tabulated coefficients.
Constant coefficients— Эта простая параметризация не функционирует с J. Вы задаете kT и kQ как константы.Polynomial fit— Можно задать вектор с полиномиальными коэффициентами в убывающей степени. Например, если вы вводите[.063, -.19, -.25, .37]для параметра kT polynomial fit coefficients (pN...p0) блок интерпретирует этот вектор как kT =.063J3-. 19 Дж2-. 25 Дж +. 37. Блок насыщает J, чтобы быть между 0 и первый положительный корень полинома и ограничивает kT и kQ, чтобы всегда быть положительным.Tabulated coefficients— Можно задать сведенные в таблицу значения для kT и kQ для данных значений J и P/D. Необходимо выбрать эту опцию, если вы хотите использовать отрицательные коэффициенты.
Когда вы устанавливаете Translational connections на Conserving, блок использует постоянную часть следа, чтобы связать скорость судна со скоростью усовершенствования. Вы вводите тягу и скорость судна с помощью портов R2 и C2. Блок вычисляет скорость усовершенствования как:
где:
V является скоростью судна. Можно задать скорость судна относительно ссылки с помощью портов R2 и C2, где V = VR2-VC2..
w является частью следа. Это эквивалентно параметру Wake fraction.
Когда вы устанавливаете Translational connections на Physical connections, можно использовать порт Va, чтобы предоставить скорость усовершенствования как физический сигнал. Блок выводит тягу пропеллера как физический сигнал от порта Th.
Когда вы устанавливаете Blade pitch type на Controlled, можно параметрировать пропеллер в области значений отношений диаметра тангажа, P/D. Необходимо указать диапазон P/D как вектор в параметре Pitch-diameter ratio vector, P/D, где каждый элемент соответствует строке в матрицах kQ и kT.
Допущения и ограничения
Когда вы устанавливаете Parameterization на
Polynomial fit, блок принимает, что крутящий момент пропеллера и коэффициенты тяги симметричны с первым квадрантом.Когда вы устанавливаете Parameterization на
Tabulated coefficients, блок принимает идентичный крутящий момент и коэффициенты тяги в первом квадрантном и третьем квадрантном, а также идентичном крутящем моменте и коэффициенты тяги во втором квадрантном и четвертом квадранте.
Переменные
Используйте вкладку Variables, чтобы установить приоритет и начальные целевые значения для переменных в блоках перед симуляцией. Для получения дополнительной информации смотрите Приоритет Набора и Начальную Цель для Переменных в блоках.
Порты
Входные параметры
Выходные параметры
Сохранение
Параметры
Примеры модели
Ссылки
[1] Bernitsas, Майкл М., Д. Рэй, П. Кинли. "Kt, Kq и Efficiency Curves для B-серийных пропеллеров Вагенингена". Отчет 237. Отдел военно-морской архитектуры и морской разработки. Колледж разработки. Мичиганский университет, 1981.
[2] Карлтон, Дж. С. Мэрайн Пропеллерс и Движение. Второй выпуск. Оксфорд: Elsevier, 2007.