摘 要

随着电子电机技术的不断发展，船舶电力推进技术应用的越来越广泛，电力推进船舶已经以其诸多的优越性，如经济性好、振动和噪声小、操作性好以及安全可靠性高，渐渐成为船舶推进方式的发展方向。

本文的主要工作：

1、着眼于以蓄电池作为功率源的纯电动船舶，以云州科技公司的无人船M80为研究对象，对船舶的推进电机、螺旋桨、船舶阻力、以及船舶续航时间、荷电状态、功率之间的关系进行分析，并以此对船舶的续航里程进行预测。

2、本文主要的分析对象是螺旋桨、蓄电池、直流电动机和续航时间，在归纳和总结了它们的数学模型的基础之上，运用Matlab仿真软件对它们进行了建模与仿真计算。

3、通过仿真分析计算，在推进电机转速给定的情况下，分析续航时间、螺旋桨扭矩、船舶航速、船舶有效功率，进而通过仿真结果验证模型准确性和可靠性。

关键字：船舶电力推进系统；建模和仿真；续航时间估算；Matlab和Simulink；

Abstract

With the continuous development of electronic motor technology, ship electric propulsion technology is more and more widely used, electric propulsion ship has its many advantages, such as economy is good, vibration and noise is small, good operability and safety and reliability, Gradually become the direction of the development of the ship to promote the way.

The main work of this paper:

1、Focusing on the battery as a power source of pure electric ship to Yunzhou technology company unmanned boat M80 as the object of study, the propulsion of the ship motor, propeller, ship resistance, and ship life time, the state of charge, power The relationship between the analysis, and to the ship's mileage to predict.

2、The main object of this paper is propeller, battery, DC motor and battery life. On the basis of summarizing and summarizing their mathematical models, they are modeled and simulated by Matlab simulation software.

3、The simulation results show that the model can be used to verify the accuracy and reliability of the model by analyzing the running time, propeller torque, ship speed and effective power of the ship.

Key words: ship electric propulsion system; modeling and simulation; life time estimation; Matlab and Simulink;

目录

第一章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2国内外现状 2

1.3本毕业设计的主要内容 2

第二章 纯电动船舶主要设备的数学模型 5

2.1船舶阻力 5

2.1.1裸船体阻力 5

2.1.2附加阻力 6

2.2螺旋桨水动力分析 7

2.2.1螺旋桨的主要参数 7

2.2.2螺旋桨推进特性 8

2.2.3伴流系数和推力减额系数 11

2.3船体数学模型 11

2.4直流电动机模型 12

2.4.1直流电动机 12

2.4.2 推进电机数学模型分析 12

2.5续航里程的预测分析 14

2.6本章小结 15

第三章 纯电动船舶推进系统初步配置 16

3.1推进电机的选型分析 16

3.2蓄电池的选型 16

3.3 本章小结 20

第四章 纯电动船舶推进系统的仿真 22

4.1仿真软件介绍 22

4.2螺旋桨模型 24

4.3续航时间估算的计算模型 25

4.4 不同工况下的仿真分析 27

4.5本章小结 30

第五章 总结与展望 31

5.1 全文总结 31

5.2 本文不足和后续展望 31

参考文献： 33

致 谢 34

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

随着经济的发展和全球贸易量的增加，航运业开始迅速的发展，虽然受到前几年经济危机的影响，但是航运仍然是国际贸易的重要方式。全球贸易的增长推动了船舶规模和数量的增长。然而，这种需求的增加导致船舶航运对空气更多的污染。

现如今，人们对与环保的意识逐渐增强，由于海运中船舶大多使用渣油，造成很多有害物质以及二氧化碳的排放，所以绿色船舶这个概念开始逐渐盛行。说到绿色船舶，不同的人有不同的见解，但是对于业内人士来说，绿色船舶有着共同的内涵和思想。所谓绿色船舶就是高能效、低排放、低污染、舒适、安全，在保证船舶运营的前提下，尽可能的减少污染气体的排放以及对陆地环境、海洋环境、空气环境的污染，并改善船员的工作环境，提高工作时的舒适度。

在船舶上使用电力推进系统就是一种减少排放的方式。船舶电力推进是以电动机作为船舶的动力源，与螺旋桨通过轴系相连，从而推动船舶前进的一种船舶推进方式^[1]。从第一艘电力推进船舶诞生以来，船舶电力推进系统的应用已经有180年的历史了。在电力推进发展的早期，其主要是应用在一些特种船舶上^[2]，而且在各种技术因素的制约下，进展十分的缓慢。但在近几十年以来，电力和电子技术、交流电动机的变频调速技术日益成熟，电力推进技术得到了迅猛的发展，现在其应用领域不仅在原来的破冰船、挖泥船等工程船领域占有的市场份额越来越大，而且在游船、渡轮等方面也显示出了广泛的应用前景。

现代船舶电力推进方式与传统的机械推进方式相比主要的优点有^[3]：（1）机组配置和布置比较灵活、方便，舱室利用率高；（2）便于遥控，机动性好；（3）原动机转速不受螺旋桨转速的限制，可以让原动机始终在额定转速下工作，提高工作效率；（4）可以在相同的功率和性能下完成正倒车工作；（5）经济性好，对于同等功率的船舶，电力推进的耗油比内燃机推进的要减少10%左右，按航速折算可以提高0.5节

由于船舶电力推进系统原动机的种类不同，电力推进有很多种形式，如：柴油机电力推进、汽油机电力推进、燃料电池电力推进、原子能装置电力推进、燃气轮机电力推进。现在，船舶上主要是使用以柴油机为原动机的电力推进。但是由于石油能源在近60年内可能会枯竭，内燃机将会逐渐推出历史舞台，所以寻找新能源及其推进装置是当今必须要考虑并解决的问题。