大型水面舰艇动力系统预研仿真

　　某大型水面舰艇动力系统由增压锅炉、汽轮机、传动设备、螺旋桨（定距桨或调距桨）以及舰船本体所组成。由于它本身是一个复杂的非线性系统，无法用常规的分析方法计算它在各种机动工况下的动态特性，而借助于陆上试验和海上试验则费时长、投资多、风险大、且受到各种条件的限制。为此，采用计算机仿真实验的手段，对其总体性能进行预测和评估。

二、仿真系统简介

　　以PC机和局域网为硬件基础，基于SimuWorks开发和运行，仪表显示及操作界面用人机界面软件SimuMMI实现，系统体系结构如下图所示：

系统体系结构

三、系统建模过程

　　下面以增压锅炉系统为例介绍建模过程。

　　空气经压气机压缩后，温度与压力被提高，沿空气通路送入锅炉炉膛内与燃料混和，在接近等压的状况下燃烧。从炉膛出来的高温烟气在与对流蒸发受热面、蒸汽过热器受热面和内部经济器受热面换热后，经烟气净化器净化进入烟气涡轮机内膨胀做功。涡轮机与压气机同轴连接，涡轮机输出功率并带动压气机工作，最后从涡轮机出来的烟气直接排入大气中。

　　锅炉内部有几种不同性质和不同状态的介质，同时发生多种化学反应和多种物理过程。在锅炉内部进行的各种过程之间往往存在着交叉影响。更为复杂的是汽包内汽水分离过程。正由于锅炉设备庞大、系统复杂、参数繁多、交叉影响多，因而描述它们的数学模型也必然十分复杂。增压锅炉是一个结构复杂，关联机构众多的设备，在建模时，通常将锅炉分为锅炉本体、汽水系统等几个典型的子系统，分别建立各子系统的数学模型，再将各子系统模型连接为锅炉整体模型。

　　SimuWorks集成了大量模块库，其中用于舰船动力系统的专用模块库如下图所示：

舰船动力系统模块库

　　使用图形化自动建模工具SimuBuilder，通过选择和绘制模块，并按实际运行过程将模块连接起来，就建立了该系统的仿真模型，如下图所示：

增压锅炉系统模型组态图

四、仿真系统调试

　　由于采用图形化的建模方式，可以方便地对系统的组态进行修改，并可以不经编译直接运行，大大方便了模型的修改和调试。

　　平台还提供了强大的数据动态显示和在线修改功能，可使用多种可视化的方法显示动态数据，能随时对数据库中的任意数据进行在线修改，并可在模块级别实现冻结、解冻、断点设置、单步执行、源代码调试等，与传统的建模方式相比，显著加快了系统的开发速度。

五、仿真结果验证

　　1)根据设计资料搭建系统整体模型。部分重要设备已处于试验状态，能获取部分重要参数的试验数据，这部分参数按实际数据输入；

　　2)测试控制系统方案的可行性；

　　3)考察改变舰船运行外界环境对系统的影响；

　　4)改变舰船使用燃油参数，考察其对主要控制参数及运行性能的影响；

　　5)对某些现象或事故的原因相关单位给出了解决方案或理论分析，需要在仿真装置上进行检验，论证；

　　6)变换运行档位目标，进行正车倒车运行试验。

　　综上所述，仿真平台SimuWorks在仿真系统的开发中，提供了优秀的支撑环境和工具，使仿真系统的开发趋于规范化和系统化，为复杂武器系统仿真提供了强有力的技术支撑。