性能与排放

可变进气对船用柴油机性能影响的试验研究

陈晓轩,李先南,韩丹,李彦男,刘广才

为了探究可变进气系统对船用柴油机性能的影响，在一台配备进气可变配气和进气旁通阀的船用中速柴油机上开展试验研究。分别在可变配气机构处于强米勒正时和弱米勒正时，进气旁通阀处于开启和关闭状态下开展船用柴油机螺旋桨特性试验。试验结果表明：采用弱米勒正时可降低燃油消耗率，但是最高燃烧压力和NO_x比排放增加，燃油消耗率降低幅度随负荷升高而减小，最高燃烧压力和NO_x比排放增加幅度随负荷升高而增加，弱米勒正时对低负荷优化效果更明显。受到最高燃烧压力限制，高负荷必须采用强米勒正时。弱米勒正时角度从20°增加到30°，燃油消耗率基本不变，最高燃烧压力和NO_x比排放进一步增加，对于试验柴油机而言，20° 弱米勒正时配置更优。开启进气旁通阀可以提高中低负荷增压压力，降低燃油消耗率、排温和烟度。在超低负荷及高负荷时开启进气旁通阀效果与中低负荷相反。在25%及50%负荷下应用可变进气技术，燃油消耗率分别降低6.0%和2.9%、烟度分别降低61.6%和59.7%。合理的可变进气系统控制策略可有效优化船用柴油机性能。

2024,46(3):1-8[摘要][PDF  2724K](63)

10.12374/j.issn.1001-4357.2024.03.001

低速双燃料柴油机奥托循环下的增压器配机

陈世林,邓高雄,徐赵刚,刘聪,王璞

基于奥托循环的燃烧特点与需求，从柴油机空燃比和增压器特性两方面对低速双燃料柴油机奥托循环下的增压器配机进行分析。柴油机100%负荷处的压比流量应处于增压器的压力流量特性图的中心位置，在高负荷区域预估的增压器效率、扫气压力、扫气量尽可能稍大于设计要求，尽可能采用最小喷嘴环设计，增压器压气机工作线应处于高效区域。在此基础上对X92DF柴油机开展配机策划和试验验证。试验结果表明：该柴油机各项性能满足设计要求，增压器达到预期效果。

2024,46(3):9-14[摘要][PDF  2769K](52)

10.12374/j.issn.1001-4357.2024.03.002

智能化与控制

双机热备系统的任务数据同步方法

蔡礼塬,龚定飞,黄鹤

针对通用控制器组成双机热备冗余架构，提出在任务执行过程中进行数据同步，增加CPU空闲同步线程的方法，减少控制任务周期内定时同步的次数，降低数据同步对控制任务实时性的影响。设计专用程序数据段用于同步数据的提取与拷贝，划分预定义同步数据区，并给出通过编译器链接脚本与C语言编程相结合的具体软件实现。软件运行结果表明，通过软件进行数据同步的方法正确有效，可实现热备冗余技术与业务软件的分离解耦，具有较强的易用性和可移植性。

2024,46(3):15-19[摘要][PDF  2815K](46)

10.12374/j.issn.1001-4357.2024.03.003

基于振动和缸压信号的柴油机敲缸故障识别

赵思恒,魏承印,刘浩

针对某型船用柴油机的敲缸故障，提出一种基于振动和缸压信号的联合分析诊断方法。结合上止点传感器的脉冲信号，将振动和缸压时域信号根据柴油机曲轴转角位置转换为曲轴转角域信号。根据在曲轴转角域出现敲缸特征信号时对应的振动加速度判断柴油机敲缸激励源频率范围，在此基础上通过带通滤波降噪提高敲缸特征信号的信噪比。基于四冲程柴油机工作周期与曲轴转角的关系对振动和缸压曲轴转角域信号提取故障特征。经柴油机多工况数据验证，本方法对识别柴油机敲缸故障简便、有效、准确性高。

2024,46(3):20-24[摘要][PDF  1637K](64)

10.12374/j.issn.1001-4357.2024.03.004

功率分流式混合动力系统的多目标优化控制

高骥

采用传统的静态解耦和中间控制变量的方法对科力远混动系统（Corun hybrid system，CHS）进行控制，很难达到令人满意的控制效果。因此，针对CHS系统的特殊性，提出一种基于多变量模型预测控制的优化方法。这种方法根据系统两个输出的跟踪误差直接计算出两个电机的转矩指令，避免了简化过程，优化了多目标跟踪控制的质量。

2024,46(3):25-33[摘要][PDF  2297K](45)

10.12374/j.issn.1001-4357.2024.03.005

斯特林发动机在钠冷快堆核电源上的应用控制策略

范伟成,郑诚,李赛力,平步青

针对钠冷快堆液钠供热与斯特林发动机做功之间的时间迟滞问题，以及运行中的管壁温度不低于250 ℃、出口液钠温度不高于420 ℃的控制要求，通过分析斯特林发动机控制模型，提出在启动时采用分段速过渡过程控制策略。在运行发电时先建立钠冷快堆液钠流量与斯特林发动机工质压力关系识别控制模型，进一步使用微分提前补偿控制策略；在停车时先降低斯特林发动机转速，采用定时定量策略控制斯特林发动机工质压力后再进一步控制转速降低至零。试验结果表明，控制策略方法可实现钠冷快堆核电源斯特林发动机热电转换模块的安全运行，且发电效率达到24.5%，与理论值基本一致，该控制策略具有一定的实用性，有利于斯特林发动机在核能领域的推广使用。

2024,46(3):34-39[摘要][PDF  1011K](55)

10.12374/j.issn.1001-4357.2024.03.006

结构与可靠性

船用柴油机止推轴承润滑特性分析及优化设计

徐海成,焦亚飞,徐聪聪,李梅,叶斌

针对某型高强化指标船用柴油机止推轴承在试验过程中出现的异常磨损问题，采用三维弹性流体动力学仿真分析方法，比较不同轴向力、油槽、油孔结构对止推轴承承载能力及润滑特性的影响规律并进行试验验证。试验结果表明：当止推轴承承受的轴向力增加时，峰值总压及平均热载最大值无明显变化，但区域有所扩展；采用更利于止推工作面滑油流通的油槽、油孔结构对止推轴承的润滑特性有较大改善，可显著提高其承载能力。

2024,46(3):40-44[摘要][PDF  2764K](51)

10.12374/j.issn.1001-4357.2024.03.007

系统与附件

傅里叶红外光谱仪中高饱和蒸气压有机胺体积分数标定方法

黄昊,李珂,陈秋燕,何志军

基于有机胺吸收剂的化学吸收法能够有效捕集船舶烟气中的CO₂，但吸收剂降解失效、挥发泄漏会造成严重的环境问题。虽然傅里叶红外光谱仪能够实时监测挥发的有机胺体积分数，但受限于高饱和蒸气压有机胺类蒸气难标定问题，对胺类体积分数的实际监测精度较低。对此，设计两种傅里叶红外光谱仪中高饱和蒸气压有机胺蒸气体积分数标定方法，分别为固定比例校准算法和基于循环神经网络的序列映射法。结果表明，相较于固定比例法，基于循环神经网络的非线性序列映射法能够实现更好的校准性能，平均绝对误差下降了81.57%，均方误差下降了70.05%，可有效反映船舶碳捕集与封存（carbon capture and storage，CCS）系统对大气环境的影响。

2024,46(3):45-50[摘要][PDF  1476K](43)

10.12374/j.issn.1001-4357.2024.03.008

空气润滑技术在大型集装箱船上的应用及效果分析

张晓军,范中彪,张小朋,赵翠

为减小船舶航行阻力，实现船舶节能减排，以某大型集装箱船为例，介绍空气润滑系统的总体布置与设计方案，包括压缩空气系统、通风系统、控制显示系统等。针对在设计过程中出现的压缩空气舷旁管容易被腐蚀的问题，制定相应的解决方案。指出在新造船项目中，从设计角度出发，可以优先推荐湿式阀和铜镍管结合的方案。对空气润滑系统的实船应用结果进行分析，在压载状态采用空气润滑系统可以节能约3%，证明了该系统节能减排的有效性。

2024,46(3):51-56[摘要][PDF  1505K](41)

10.12374/j.issn.1001-4357.2024.03.009

工艺与材料

船用柴油机气缸套内孔平台网纹珩磨加工工艺

程世昌,林琳,钱进,谢达,王洪兵

针对某船用柴油机气缸套内孔平台网纹珩磨加工工艺，对气缸套加工时的网纹形成机理进行分析，制定平台网纹珩磨工艺路线，并确定相应的珩磨工艺参数和加工设备，以保证平台网纹达到要求。柴油机试车结果证明采用该平台网纹珩磨加工工艺可满足缸套网纹加工高精度要求。

2024,46(3):57-61[摘要][PDF  1941K](46)

10.12374/j.issn.1001-4357.2024.03.010

性能与排放

可变进气对船用柴油机性能影响的试验研究

陈晓轩,李先南,韩丹,李彦男,刘广才

为了探究可变进气系统对船用柴油机性能的影响，在一台配备进气可变配气和进气旁通阀的船用中速柴油机上开展试验研究。分别在可变配气机构处于强米勒正时和弱米勒正时，进气旁通阀处于开启和关闭状态下开展船用柴油机螺旋桨特性试验。试验结果表明：采用弱米勒正时可降低燃油消耗率，但是最高燃烧压力和NO_x比排放增加，燃油消耗率降低幅度随负荷升高而减小，最高燃烧压力和NO_x比排放增加幅度随负荷升高而增加，弱米勒正时对低负荷优化效果更明显。受到最高燃烧压力限制，高负荷必须采用强米勒正时。弱米勒正时角度从20°增加到30°，燃油消耗率基本不变，最高燃烧压力和NO_x比排放进一步增加，对于试验柴油机而言，20° 弱米勒正时配置更优。开启进气旁通阀可以提高中低负荷增压压力，降低燃油消耗率、排温和烟度。在超低负荷及高负荷时开启进气旁通阀效果与中低负荷相反。在25%及50%负荷下应用可变进气技术，燃油消耗率分别降低6.0%和2.9%、烟度分别降低61.6%和59.7%。合理的可变进气系统控制策略可有效优化船用柴油机性能。

2024,46(3):1-8[摘要][PDF  2724K](63)

10.12374/j.issn.1001-4357.2024.03.001

低速双燃料柴油机奥托循环下的增压器配机

陈世林,邓高雄,徐赵刚,刘聪,王璞

基于奥托循环的燃烧特点与需求，从柴油机空燃比和增压器特性两方面对低速双燃料柴油机奥托循环下的增压器配机进行分析。柴油机100%负荷处的压比流量应处于增压器的压力流量特性图的中心位置，在高负荷区域预估的增压器效率、扫气压力、扫气量尽可能稍大于设计要求，尽可能采用最小喷嘴环设计，增压器压气机工作线应处于高效区域。在此基础上对X92DF柴油机开展配机策划和试验验证。试验结果表明：该柴油机各项性能满足设计要求，增压器达到预期效果。

2024,46(3):9-14[摘要][PDF  2769K](52)

10.12374/j.issn.1001-4357.2024.03.002

智能化与控制

双机热备系统的任务数据同步方法

蔡礼塬,龚定飞,黄鹤

针对通用控制器组成双机热备冗余架构，提出在任务执行过程中进行数据同步，增加CPU空闲同步线程的方法，减少控制任务周期内定时同步的次数，降低数据同步对控制任务实时性的影响。设计专用程序数据段用于同步数据的提取与拷贝，划分预定义同步数据区，并给出通过编译器链接脚本与C语言编程相结合的具体软件实现。软件运行结果表明，通过软件进行数据同步的方法正确有效，可实现热备冗余技术与业务软件的分离解耦，具有较强的易用性和可移植性。

2024,46(3):15-19[摘要][PDF  2815K](46)

10.12374/j.issn.1001-4357.2024.03.003

基于振动和缸压信号的柴油机敲缸故障识别

赵思恒,魏承印,刘浩

针对某型船用柴油机的敲缸故障，提出一种基于振动和缸压信号的联合分析诊断方法。结合上止点传感器的脉冲信号，将振动和缸压时域信号根据柴油机曲轴转角位置转换为曲轴转角域信号。根据在曲轴转角域出现敲缸特征信号时对应的振动加速度判断柴油机敲缸激励源频率范围，在此基础上通过带通滤波降噪提高敲缸特征信号的信噪比。基于四冲程柴油机工作周期与曲轴转角的关系对振动和缸压曲轴转角域信号提取故障特征。经柴油机多工况数据验证，本方法对识别柴油机敲缸故障简便、有效、准确性高。

2024,46(3):20-24[摘要][PDF  1637K](64)

10.12374/j.issn.1001-4357.2024.03.004

功率分流式混合动力系统的多目标优化控制

高骥

采用传统的静态解耦和中间控制变量的方法对科力远混动系统（Corun hybrid system，CHS）进行控制，很难达到令人满意的控制效果。因此，针对CHS系统的特殊性，提出一种基于多变量模型预测控制的优化方法。这种方法根据系统两个输出的跟踪误差直接计算出两个电机的转矩指令，避免了简化过程，优化了多目标跟踪控制的质量。

2024,46(3):25-33[摘要][PDF  2297K](45)

10.12374/j.issn.1001-4357.2024.03.005

斯特林发动机在钠冷快堆核电源上的应用控制策略

范伟成,郑诚,李赛力,平步青

针对钠冷快堆液钠供热与斯特林发动机做功之间的时间迟滞问题，以及运行中的管壁温度不低于250 ℃、出口液钠温度不高于420 ℃的控制要求，通过分析斯特林发动机控制模型，提出在启动时采用分段速过渡过程控制策略。在运行发电时先建立钠冷快堆液钠流量与斯特林发动机工质压力关系识别控制模型，进一步使用微分提前补偿控制策略；在停车时先降低斯特林发动机转速，采用定时定量策略控制斯特林发动机工质压力后再进一步控制转速降低至零。试验结果表明，控制策略方法可实现钠冷快堆核电源斯特林发动机热电转换模块的安全运行，且发电效率达到24.5%，与理论值基本一致，该控制策略具有一定的实用性，有利于斯特林发动机在核能领域的推广使用。

2024,46(3):34-39[摘要][PDF  1011K](55)

10.12374/j.issn.1001-4357.2024.03.006

结构与可靠性

船用柴油机止推轴承润滑特性分析及优化设计

徐海成,焦亚飞,徐聪聪,李梅,叶斌

针对某型高强化指标船用柴油机止推轴承在试验过程中出现的异常磨损问题，采用三维弹性流体动力学仿真分析方法，比较不同轴向力、油槽、油孔结构对止推轴承承载能力及润滑特性的影响规律并进行试验验证。试验结果表明：当止推轴承承受的轴向力增加时，峰值总压及平均热载最大值无明显变化，但区域有所扩展；采用更利于止推工作面滑油流通的油槽、油孔结构对止推轴承的润滑特性有较大改善，可显著提高其承载能力。

2024,46(3):40-44[摘要][PDF  2764K](51)

10.12374/j.issn.1001-4357.2024.03.007

系统与附件

傅里叶红外光谱仪中高饱和蒸气压有机胺体积分数标定方法

黄昊,李珂,陈秋燕,何志军

基于有机胺吸收剂的化学吸收法能够有效捕集船舶烟气中的CO₂，但吸收剂降解失效、挥发泄漏会造成严重的环境问题。虽然傅里叶红外光谱仪能够实时监测挥发的有机胺体积分数，但受限于高饱和蒸气压有机胺类蒸气难标定问题，对胺类体积分数的实际监测精度较低。对此，设计两种傅里叶红外光谱仪中高饱和蒸气压有机胺蒸气体积分数标定方法，分别为固定比例校准算法和基于循环神经网络的序列映射法。结果表明，相较于固定比例法，基于循环神经网络的非线性序列映射法能够实现更好的校准性能，平均绝对误差下降了81.57%，均方误差下降了70.05%，可有效反映船舶碳捕集与封存（carbon capture and storage，CCS）系统对大气环境的影响。

2024,46(3):45-50[摘要][PDF  1476K](43)

10.12374/j.issn.1001-4357.2024.03.008

空气润滑技术在大型集装箱船上的应用及效果分析

张晓军,范中彪,张小朋,赵翠

为减小船舶航行阻力，实现船舶节能减排，以某大型集装箱船为例，介绍空气润滑系统的总体布置与设计方案，包括压缩空气系统、通风系统、控制显示系统等。针对在设计过程中出现的压缩空气舷旁管容易被腐蚀的问题，制定相应的解决方案。指出在新造船项目中，从设计角度出发，可以优先推荐湿式阀和铜镍管结合的方案。对空气润滑系统的实船应用结果进行分析，在压载状态采用空气润滑系统可以节能约3%，证明了该系统节能减排的有效性。

2024,46(3):51-56[摘要][PDF  1505K](41)

10.12374/j.issn.1001-4357.2024.03.009

工艺与材料

船用柴油机气缸套内孔平台网纹珩磨加工工艺

程世昌,林琳,钱进,谢达,王洪兵

针对某船用柴油机气缸套内孔平台网纹珩磨加工工艺，对气缸套加工时的网纹形成机理进行分析，制定平台网纹珩磨工艺路线，并确定相应的珩磨工艺参数和加工设备，以保证平台网纹达到要求。柴油机试车结果证明采用该平台网纹珩磨加工工艺可满足缸套网纹加工高精度要求。

2024,46(3):57-61[摘要][PDF  1941K](46)

10.12374/j.issn.1001-4357.2024.03.010