內(nèi)河多工況船機(jī)槳匹配優(yōu)化設(shè)計(jì)

孫林，陳輝*，管聰

1 武漢理工大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院，湖北 武漢 430063

2 武漢理工大學(xué) 高性能艦船技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430063

0 引 言

隨著內(nèi)河航運(yùn)業(yè)的快速發(fā)展，以及船舶噸位和功率的不斷增加，對(duì)內(nèi)河船舶的船?機(jī)?槳匹配問(wèn)題提出了更高要求。傳統(tǒng)的內(nèi)河船舶推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是依據(jù)逆水上行時(shí)的工況進(jìn)行船?機(jī)?槳的匹配設(shè)計(jì)而得到各個(gè)參數(shù)，該方法只能保證柴油機(jī)在逆水上行時(shí)工作在設(shè)計(jì)工況點(diǎn)，而在順?biāo)滦袝r(shí)會(huì)出現(xiàn)柴油機(jī)負(fù)荷率和螺旋槳效率低及燃油消耗高等問(wèn)題，從而導(dǎo)致航行成本過(guò)高。因此，在充分考慮內(nèi)河航行工況的基礎(chǔ)上對(duì)船舶推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)降低內(nèi)河船舶航行成本和提高推進(jìn)系統(tǒng)效率具有重要意義。

目前，在船?機(jī)?槳匹配設(shè)計(jì)領(lǐng)域，已開(kāi)展了一系列研究。Esmailian等[1]在考慮全壽期燃油消耗（LFC）和成本這2個(gè)目標(biāo)函數(shù)的基礎(chǔ)上，基于NSGA-Ⅱ算法對(duì)螺旋槳幾何參數(shù)、船體參數(shù)及螺旋槳葉片應(yīng)力進(jìn)行了優(yōu)化，給出了采用B系列螺旋槳的計(jì)算結(jié)果，結(jié)果顯示采用該方法能使2個(gè)目標(biāo)函數(shù)顯著最小化。覃峰等[2]將遺傳算法引入機(jī)?槳匹配優(yōu)化設(shè)計(jì)中，建立了以推進(jìn)系統(tǒng)總效率為目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化模型，針對(duì)傳統(tǒng)的船?機(jī)?槳匹配方法，較好地改善了計(jì)算規(guī)模和優(yōu)化結(jié)果。Ren等[3]研究并論證了能效設(shè)計(jì)指標(biāo)（energy efficiency design index，EEDI）對(duì)船?機(jī)?槳匹配設(shè)計(jì)的影響，其通過(guò)改變系統(tǒng)匹配參數(shù)，如航速、有效功率和螺旋槳直徑，觀察了EEDI的變化趨勢(shì)與程度，開(kāi)發(fā)了供船舶推進(jìn)系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)和EEDI計(jì)算的程序，為EEDI規(guī)則下的船舶、主機(jī)和螺旋槳設(shè)計(jì)提供了參考。馬永杰[4]針對(duì)船舶的實(shí)際運(yùn)行情況，建立了基于動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)船?機(jī)?槳匹配的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，并在船?機(jī)?槳匹配實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)模型的基礎(chǔ)上編寫(xiě)了船?機(jī)?槳匹配仿真軟件，通過(guò)該軟件，可以模擬船舶的啟動(dòng)、加速、減速、倒車等多種工況。

在船?機(jī)?槳匹配設(shè)計(jì)領(lǐng)域，目前的研究主要是依據(jù)傳統(tǒng)的機(jī)?槳匹配方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，還沒(méi)有專門針對(duì)內(nèi)河船舶的設(shè)計(jì)方法。為此，本文將以航行于武漢—上海的7 500 t散貨船和B系列五葉螺旋槳為例對(duì)其推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析。首先，分析長(zhǎng)江中下游的通航環(huán)境，使用傳統(tǒng)的方法對(duì)不同工況下內(nèi)河船舶的各參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，比較得到各參數(shù)對(duì)整體推進(jìn)系統(tǒng)的影響；然后，對(duì)內(nèi)河船舶的船?機(jī)?槳匹配過(guò)程進(jìn)行建模；最后，以航行成本和推進(jìn)系統(tǒng)效率為目標(biāo)函數(shù)，以螺旋槳的各設(shè)計(jì)參數(shù)、主機(jī)功率等為變量，應(yīng)用NSGA-Ⅱ算法進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化，得到滿足要求的船舶推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)。

1 船?機(jī)?槳匹配

1.1 船?機(jī)?槳匹配設(shè)計(jì)參數(shù)

船舶在航行過(guò)程中，船體、主機(jī)和螺旋槳一起組成一個(gè)統(tǒng)一的整體。主機(jī)燃燒燃料產(chǎn)生的能量通過(guò)軸系傳遞給螺旋槳，螺旋槳產(chǎn)生推力確保船舶可以按照設(shè)定的航速運(yùn)行，這三者之間相互匹配，以確保船舶推進(jìn)系統(tǒng)能量傳遞的平衡和穩(wěn)定變化。在船舶推進(jìn)系統(tǒng)中，船體、主機(jī)和螺旋槳各設(shè)計(jì)參數(shù)之間的關(guān)系如圖1所示。圖中：Vs為船舶航速；R為船舶阻力；PE為有效功率；t為推力減額系數(shù)；D為螺旋槳直徑；T為螺旋槳有效推力；ρ為水的密度；n為螺旋槳轉(zhuǎn)速；P/D為螺旋槳螺距比；w為伴流系數(shù)；VA為螺旋槳進(jìn)速；J為進(jìn)速系數(shù)；PB為軸功率；PD為螺旋槳收到的功率；ηR為相對(duì)旋轉(zhuǎn)效率；Q為螺旋槳的扭矩；KT為推力系數(shù)，KQ為扭矩系數(shù)，KT=f(J，P/D)，KQ=f(J，P/D)，其中f表示KT，KQ是關(guān)于J，P/D的函數(shù)式；η0為敞水效率。

圖1 船?機(jī)?槳匹配框圖Fig.1 Framework of ship-engine-propeller matching

1.2 傳統(tǒng)的船?機(jī)?槳匹配方法

傳統(tǒng)的船?機(jī)?槳匹配分為船舶?主機(jī)匹配與主機(jī)?螺旋槳匹配2個(gè)階段[5-8]。

1） 已知設(shè)計(jì)航速和有效功率曲線（圖2），依據(jù)初步擬定的螺旋槳直徑D，計(jì)算得出螺旋槳的最佳轉(zhuǎn)速n、敞水效率η0、螺距比P/D和主機(jī)功率Ps

圖2 有效功率曲線圖Fig.2 Curve of effective power

2） 由在第1階段計(jì)算得到的螺旋槳所需主機(jī)輸出功率，根據(jù)柴油機(jī)的減額輸出特性、船舶實(shí)際運(yùn)行工況以及經(jīng)濟(jì)性等，基于第1階段所求的螺旋槳設(shè)計(jì)工況點(diǎn)（圖3，圖中KT_ship為船舶推力系數(shù)，曲線KT_ship與KT的交點(diǎn)即為螺旋槳設(shè)計(jì)工況點(diǎn)）確定主機(jī)的設(shè)計(jì)工況點(diǎn)，即主機(jī)的額定功率以及額定轉(zhuǎn)速。

圖3 螺旋槳敞水特性曲線示意圖Fig.3 Curves of the propeller open water efficiency

經(jīng)過(guò)船舶?主機(jī)匹配得到主機(jī)額定功率和轉(zhuǎn)速之后，需要進(jìn)行主機(jī)?螺旋槳匹配設(shè)計(jì)，即設(shè)計(jì)一個(gè)能與主機(jī)良好配合工作的螺旋槳，以使螺旋槳的效率達(dá)到最高，同時(shí)保證船舶達(dá)到設(shè)計(jì)航速的要求。具體流程為：已知主機(jī)功率Ps、轉(zhuǎn)速n及船舶有效功率曲線，確定該主機(jī)所匹配的螺旋槳直徑D，螺距比P/D以及所能達(dá)到的最大航速Vmax。

2 內(nèi)河工況對(duì)船舶推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的影響

2.1 內(nèi)河工況分析

長(zhǎng)江航道的主要航線是宜賓—上海。其中，宜賓—宜昌為上游，宜昌—武漢為中游，武漢—上海為下游。圖4所示為長(zhǎng)江航道圖。

圖4 長(zhǎng)江航道圖Fig.4 Inland waterway chart of Yangtze river

長(zhǎng)江航道各區(qū)域的水流速度如表1所示。

表1 長(zhǎng)江航道水流速度及里程Table 1 Water flow rate and range of Yangtze waterway

2.2 影響因素

本文以航行于武漢—上海的7 500 t散貨船和B系列五葉螺旋槳為例進(jìn)行分析。分別在0，1，2，3，4，5 km/h的水流速度和調(diào)整螺旋槳設(shè)計(jì)直徑的情況下，使用傳統(tǒng)方法對(duì)其進(jìn)行船?機(jī)?槳匹配設(shè)計(jì)，得到主機(jī)額定功率、螺旋槳設(shè)計(jì)直徑和水流速度V水（工況）三者間的關(guān)系，以及得到敞水效率、螺旋槳設(shè)計(jì)直徑和水流速度V水（工況）三者間的關(guān)系，分別如圖5和圖6所示。

圖5 主機(jī)額定功率、螺旋槳設(shè)計(jì)直徑和水流速度三者間關(guān)系Fig.5 Relationship between rated power of main engine, propeller design diameter and water flow speed

圖6 敞水效率、螺旋槳設(shè)計(jì)直徑和水流速度三者間關(guān)系Fig.6 Relationship between open water efficiency, propeller design diameter and water flow speed

以設(shè)計(jì)航速為18 km/h，螺旋槳直徑為2.2 m的輸入對(duì)7 500 t散貨船進(jìn)行設(shè)計(jì)，得到船舶逆水上行和順?biāo)滦袝r(shí)的功率需求與敞水效率對(duì)比分別如圖7、圖8所示。

圖7 螺旋槳直徑不變時(shí)的功率需求圖Fig.7 Power demand diagram of propeller when the diameter of propeller is constant

圖8 螺旋槳直徑不變時(shí)的效率對(duì)比圖Fig.8 Efficiency comparison diagram when the diameter of propeller is constant

在不同的水流速度（0，1，2，3，4，5 km/h）下，相應(yīng)增加螺旋槳的設(shè)計(jì)直徑（分別取2，2.2，2.4，2.6，2.7，2.8 m）進(jìn)行分析，得到船舶逆水上行和順?biāo)滦袝r(shí)的功率需求與敞水效率對(duì)比分別如圖9、圖10所示。

圖9 螺旋槳直徑變化時(shí)的功率需求圖Fig.9 Power demand diagram of propeller when the diameter of propeller is changed

圖10 螺旋槳直徑變化時(shí)的效率對(duì)比圖Fig.10 Efficiency comparison diagram of propeller when the diameter of propeller is changed

對(duì)比圖7與圖9，發(fā)現(xiàn)在螺旋槳直徑變化的情況下，主機(jī)需求的功率和額定功率比螺旋槳直徑不變情況下的要低。對(duì)比圖8與圖10，發(fā)現(xiàn)在逆水上行時(shí)，隨著水流速度的增加，螺旋槳直徑變化情況下螺旋槳敞水效率的增長(zhǎng)速度比螺旋槳直徑不變情況下的更快；在順?biāo)滦袝r(shí)，隨著水流速度的增加，螺旋槳直徑變化情況下螺旋槳敞水效率的降低速度比螺旋槳直徑不變情況下的更緩慢，其效率更高。由以上分析結(jié)果可知，若依據(jù)傳統(tǒng)的方法對(duì)內(nèi)河船舶進(jìn)行船?機(jī)?槳匹配設(shè)計(jì)，得到的設(shè)計(jì)參數(shù)無(wú)法很好地適配內(nèi)河的各種工況。綜上所述，水流速度（工況）對(duì)內(nèi)河船舶推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的影響較大，在內(nèi)河多工況情況下，采用傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)出的參數(shù)所達(dá)到的效果并不理想。因此在內(nèi)河船舶船?機(jī)?槳匹配設(shè)計(jì)中，應(yīng)該考慮水流速度的影響，并將螺旋槳直徑和航速作為設(shè)計(jì)變量進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3 多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題建模

3.1 內(nèi)河船舶船?機(jī)?槳匹配問(wèn)題分析

傳統(tǒng)方法通常是以推進(jìn)系統(tǒng)的效率為目標(biāo)，而忽視了不同運(yùn)行工況差異所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)性和燃油消耗等方面的問(wèn)題。針對(duì)內(nèi)河船舶推進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，應(yīng)充分考慮內(nèi)河的多工況問(wèn)題，所設(shè)計(jì)出來(lái)的主機(jī)功率、螺旋槳直徑和其他設(shè)計(jì)參數(shù)應(yīng)使船舶在全工況運(yùn)行周期內(nèi)推進(jìn)系統(tǒng)的效率和成本均處于最優(yōu)值。上節(jié)在多種工況下，使用傳統(tǒng)的船?機(jī)?槳匹配設(shè)計(jì)方法對(duì)內(nèi)河船舶進(jìn)行了船?機(jī)?槳匹配計(jì)算，得出應(yīng)將螺旋槳直徑和設(shè)計(jì)航速作為設(shè)計(jì)變量進(jìn)行匹配計(jì)算，而非作為設(shè)計(jì)輸入的結(jié)論。因此，本節(jié)將把內(nèi)河船舶逆水上行和順?biāo)滦袝r(shí)的設(shè)計(jì)航速與螺旋槳直徑作為設(shè)計(jì)變量，在Python語(yǔ)言環(huán)境下使用Geatpy庫(kù)建立內(nèi)河船舶船?機(jī)?槳匹配多目標(biāo)優(yōu)化模型，其框架圖如圖11所示。

圖11 內(nèi)河多工況下船?機(jī)?槳匹配優(yōu)化設(shè)計(jì)框圖Fig.11 Framework of optimization design for ship-enginepropeller matching under multiple conditions in inland water

3.2 設(shè)計(jì)變量

對(duì)于內(nèi)河船舶推進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，應(yīng)考慮水流速度對(duì)船舶逆水上行和順?biāo)滦羞\(yùn)行工況的影響。傳統(tǒng)方法將航速和螺旋槳直徑作為設(shè)計(jì)輸入，只能滿足船舶在逆水上行時(shí)的要求，而在順?biāo)滦袝r(shí)會(huì)出現(xiàn)柴油機(jī)利用率不足、燃油消耗高和推進(jìn)系統(tǒng)效率低等問(wèn)題。因此，本文將以螺旋槳螺距比P/D、盤(pán)面比AE/AO、船舶逆水上行和順?biāo)滦袝r(shí)的螺旋槳轉(zhuǎn)速n1，n2、螺旋槳直徑D、船舶逆水上行和順?biāo)滦袝r(shí)的設(shè)計(jì)航速V1，V2，以及主機(jī)輸出功率Ps為設(shè)計(jì)變量X。

X=[P/D，AE/AO，n1，n2，D，V1，V2，Ps]

3.3 目標(biāo)函數(shù)

3.3.1 推進(jìn)系統(tǒng)效率

船體、主機(jī)和螺旋槳形成一個(gè)能量平衡系統(tǒng)[9]，其中主機(jī)為能量源，能量在三者之間傳遞，如圖12所示。

圖12 船舶推進(jìn)系統(tǒng)功率傳遞示意圖Fig.12 Schematic diagram of power transfer of ship propulsion system

船舶推進(jìn)系統(tǒng)總效率ηT[10]由下式求得：

其中，軸系效率ηS一般取值0.96～0.995，相對(duì)旋轉(zhuǎn)效率ηR一般取值0.98～1.07。船身效率ηH由下式得到：

螺旋槳的敞水效率η0可由下式求得：

對(duì)于B系列螺旋槳，J，KT，KQ可由下列回歸公式[11]計(jì)算得到：

式中：Vs為船舶航速，m/s；Cn，sn，tn，un，vn為B系列螺旋槳KT，KQ多項(xiàng)式的各項(xiàng)系數(shù)；Z為槳葉數(shù)。

3.3.2 經(jīng)濟(jì)性

1） 燃油消耗成本。

對(duì)于內(nèi)河船舶，以一個(gè)上、下行周期內(nèi)的燃油消耗量與輕油價(jià)格的乘積作為其燃油消耗成本。

對(duì)于柴油機(jī)，其燃油消耗率（SFOC）是關(guān)于柴油機(jī)使用率的函數(shù)，如圖13所示。燃油消耗率g可由下式求得：

圖13 燃油消耗率與柴油機(jī)負(fù)荷率之間的函數(shù)關(guān)系Fig.13 Functional relationship of SFOC-diesel load percentage

式中，P需求為船舶在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)主機(jī)功率的需求。

輕油的價(jià)格為0.5萬(wàn)元/t，則燃油的消耗成本y1可由下式求得：

式中：P上行，P下行分別為船舶在逆水上行和順?biāo)滦泄r運(yùn)行時(shí)的主機(jī)功率需求；L為航程。

2） 柴油機(jī)購(gòu)置成本。

內(nèi)河船用柴油機(jī)的價(jià)格一般為0.6萬(wàn)元/kW，則柴油主機(jī)的購(gòu)置成本y2可由下式求得：

3.4 約束條件

根據(jù)船舶推進(jìn)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系[12]（螺旋槳產(chǎn)生的推力與船舶阻力平衡）及能量守恒（螺旋槳負(fù)載與柴油機(jī)輸出功率平衡），可以得到3個(gè)約束條件：

其中：

以上式中：T1，T2分別為船舶上行和下行時(shí)螺旋槳產(chǎn)生的推力；R上行，R下行分別為船舶上行和下行時(shí)的船舶阻力；Q1為船舶上行時(shí)螺旋槳產(chǎn)生的扭矩；C為船舶阻力系數(shù)。

因螺旋槳需要滿足空泡要求，因此還需要在算法中添加有關(guān)盤(pán)面比空泡校核的約束條件，從而保證所設(shè)計(jì)螺旋槳的盤(pán)面比滿足空泡校核要求，即螺旋槳盤(pán)面比大于不發(fā)生空泡所要求的最小盤(pán)面比?？张菪：说慕?jīng)驗(yàn)公式采用keller公式[13]。則第4個(gè)約束條件如下所示：

式中：P0為螺旋槳軸中心的靜壓力；Pv為水的汽化壓力；K為系數(shù)（單槳船為0.2，高速雙槳船為0，其他種類的雙槳船為0.1）。

3.5 多目標(biāo)優(yōu)化模型

考慮內(nèi)河船舶的經(jīng)濟(jì)性（一個(gè)周期的燃油消耗成本和船舶主機(jī)購(gòu)置成本）和推進(jìn)系統(tǒng)效率的多目標(biāo)優(yōu)化模型定義如下：

3.6 多目標(biāo)優(yōu)化算法

由于各個(gè)優(yōu)化目標(biāo)之間的相互競(jìng)爭(zhēng)和沖突關(guān)系，多目標(biāo)優(yōu)化的解并不唯一的，而是一組均衡解，即最優(yōu)非劣解或Pareto最優(yōu)解集[14]。NSGAII算法是目前最流行的多目標(biāo)遺傳算法之一，該算法能降低非劣排序遺傳算法的復(fù)雜性，具有運(yùn)行速度快、解集的收斂性好等優(yōu)點(diǎn)。因此，本文應(yīng)用NSGA-Ⅱ算法求解式（18）中的多目標(biāo)Pareto解。其流程如圖14所示。圖中，Gen為進(jìn)化代數(shù)，Rt為父代、子代合并后的種群，Pt+1為新的父代種群，Np為種群中支配個(gè)體p的個(gè)體數(shù)。

圖14 NSGA-Ⅱ算法流程圖Fig.14 NSGA -Ⅱ algorithm flow chart

4 算例分析

本文將以航行于武漢—上海之間的7 500 t散貨船為例，采用B系列五葉螺旋槳對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)。NSGA-Ⅱ算法參數(shù)設(shè)置如表2所示。

表2 NSGA-II算法參數(shù)Table 2 Parameters of NSGA-II algorithm

在通過(guò)python語(yǔ)言建立的內(nèi)河多工況下船?機(jī)?槳匹配多目標(biāo)優(yōu)化模型中，調(diào)用Geatpy庫(kù)中的NSGA-II算法包，設(shè)置NSGA-II算法參數(shù)，進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化。共進(jìn)行了5次實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化結(jié)果如表3所示（表中，f2為柴油機(jī)購(gòu)置成本，f1為燃油消耗成本）。由表可以看出，只有第5次實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化效果不太理想，其中只推進(jìn)系統(tǒng)的效率有明顯提高，經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)函數(shù)中2個(gè)指標(biāo)的優(yōu)化效果均不明顯，其結(jié)果不符合多目標(biāo)優(yōu)化原則，應(yīng)予以舍棄；第1，2，4次實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化結(jié)果較為理想，2個(gè)目標(biāo)函數(shù)（推進(jìn)系統(tǒng)總效率和經(jīng)濟(jì)性）相比原始值均有較大提高；第3次實(shí)驗(yàn)結(jié)果中柴油主機(jī)購(gòu)置費(fèi)用f1的優(yōu)化不太明顯，但其他目標(biāo)函數(shù)，如推進(jìn)系統(tǒng)效率和燃油消耗成本的優(yōu)化效果均較好，尤其是燃油消耗成本，降低的幅度較大。因此，可以考慮采用第3次實(shí)驗(yàn)結(jié)果。5次的優(yōu)化結(jié)果表明，NSGA-Ⅱ算法是一種有效的解決多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題的方法，能夠快速找出Pareto前沿解。內(nèi)河多工況下的船?機(jī)?槳匹配優(yōu)化設(shè)計(jì)方法能夠較為穩(wěn)定地解決內(nèi)河船舶在多工況下的推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題。

表3 原始值與優(yōu)化結(jié)果的對(duì)比（Pareto前沿解）Table 3 Comparison of initial values and optimal solutions (Pareto front)

以第2次優(yōu)化結(jié)果為例，在經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)函數(shù)中，燃油消耗成本f1降低了18.1%，柴油機(jī)的購(gòu)置成本f2降低了14.73%，船舶推進(jìn)系統(tǒng)效率提高到了0.6。初始方案與優(yōu)化方案的敞水特性曲線如圖15所示。

圖15 初始方案與優(yōu)化方案的敞水特性曲線Fig.15 The open water performance curves of the initial and optimization scheme

5 結(jié) 語(yǔ)

本文提出了一種基于NSGA-Ⅱ算法、考慮內(nèi)河多工況的船?機(jī)?槳匹配設(shè)計(jì)方法。優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)有2個(gè)：一個(gè)是船舶推進(jìn)系統(tǒng)的總效率，另一個(gè)是經(jīng)濟(jì)性（燃油消耗成本和主機(jī)購(gòu)置成本）。文章首先對(duì)船?機(jī)?槳匹配設(shè)計(jì)理論進(jìn)行分析，得出了船體、主機(jī)和螺旋槳各設(shè)計(jì)參數(shù)之間的相互影響關(guān)系；然后使用傳統(tǒng)的船?機(jī)?槳匹配設(shè)計(jì)方法，在不同工況下對(duì)內(nèi)河船舶的推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，隨后又對(duì)內(nèi)河船的機(jī)?槳匹配問(wèn)題進(jìn)行建模，得到了需要求解的數(shù)學(xué)模型；最后，設(shè)置NSGA-Ⅱ算法參數(shù)，以內(nèi)河7 500 t散貨船為例進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化?；诙啻蝺?yōu)化結(jié)果，得到以下主要結(jié)論：

1） 本文研究的內(nèi)河多工況船?機(jī)?槳匹配優(yōu)化設(shè)計(jì)方法充分考慮了內(nèi)河船上、下行工況對(duì)船?機(jī)?槳匹配的影響，其以推進(jìn)系統(tǒng)的總效率和經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)函數(shù)，進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)果顯示采用本文方法得到的優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)（主機(jī)功率、螺旋槳螺距比、螺旋槳盤(pán)面比、螺旋槳直徑、船舶上下水航速）能夠更好地適配內(nèi)河的通航環(huán)境，可提高船舶運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)性。

2） 內(nèi)河多工況船?機(jī)?槳匹配優(yōu)化設(shè)計(jì)方法能適配內(nèi)河船舶推進(jìn)系統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，可為內(nèi)河船舶的船?機(jī)?槳選型、匹配優(yōu)化設(shè)計(jì)和實(shí)際系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行提供理論方法與技術(shù)支撐。