响应传导函数在船舶机械噪声预报中的应用及实验验证

据线性时不变系统自身具备的响应传导特性,将力-响应传递函数模型转化为响应-响应传导函数模型用于船舶机械噪声预报。理论推导传导函数法用于响应预报的约束条件,分析其用于船舶机械噪声实时预报的可行性。给出传导函数的求解方法 -工况联合法,并对其应用条件进行分析论证。双层圆柱壳体模型试验结果表明,传导函数法用于近、远场机械噪声预报时均具有较高精确度。

主动控制技术在船舶振动噪声控制中的应用

低频线谱噪声是船舶的“声指纹”特征,影响船舶的隐蔽性,而主动控制技术是抑制船舶低频线谱振动噪声的重要方法。为此,首先简要介绍了船舶低频线谱噪声的主要传递路径;然后,从船舶机械主被动隔振技术、船舶管路噪声主动控制技术、船舶推进轴系纵向和横向振动控制技术等方面,综述了近年来船舶振动与噪声主动控制技术的国内外研究进展和应用情况,梳理了技术应用的难点,对技术发展趋势进行了展望。

船舶机械低频线谱振动传递的主动控制（英文）

针对船舶机械振动的低频线谱主动控制,文章采用输出力大、频响平直、无接触式的磁悬浮作动器,分析了永磁偏置式作动器的电-磁-力耦合特性,推导了磁悬浮主被动隔振系统运动方程和系统稳定性影响因素;研制了满足船舶应用要求、具有冲击摇摆适应能力的磁悬浮-气囊主被动混合隔振器。采用收敛快速的窄带多通道Fx-Newton算法,并针对线谱频率波动时的控制鲁棒性,提出了窄带滤波相位差的自适应补偿环节。在船用200 k W柴发机组上进行了主被动混合隔振实验,未开启线谱控制时,可获得>32.8 d B的宽频隔振效果;控制开启后,可进一步有效衰减传递到基座的多根线谱振动,并且在柴发机组的转速波动工况下依然能实现快速收敛、稳定和高效控制。该主被动混合隔振系统可满足船舶机械低频线谱控制的工程实用要求。

船舶充液管路振动响应计算与试验

基于充液管路振动方程,采用理论解析与试验测试结果相结合的方法,建立管路系统各部件阻抗传递矩阵,对管路系统振动响应进行计算,并搭建管路系统振动试验验证平台。仿真与试验结果表明:阻抗理论预测与商用软件计算、试验测试的结果均具有较好的吻合度,采用该计算方法进行充液管路振动响应计算具有较高的精确性,尤其在中高频范围内用于工程预测和估算具有一定的应用价值。

船舶无空泡螺旋桨非定常推力脉动及其诱导线谱噪声分析

对船舶无空泡螺旋桨非定常推力脉动及其诱导的线谱噪声进行了研究,主要目的在于螺旋桨非定常推力脉动理论预报方法的验证。基于速度势面元法计算得到非均匀流场中无空泡螺旋桨的推力脉动,在大型循环水槽中利用非定常动力仪测试得到全附体船后螺旋桨的脉动推力,以脉动推力作为声源项预报得远场线谱噪声。一阶叶频非定常推力系数理论计算值与试验值最大相差29.3%,由此引起的线谱噪声差别为3.0 dB。上述结果表明,面元法预报船后螺旋桨非定常推力脉动已达到较高精度,为船舶螺旋桨低频线谱噪声的预报提供了物理基础和重要参数。

不同正则化方法在船舶辐射噪声计算中对比与试验研究

为研究不同背景下不同正则化参数方法在船舶辐射噪声评估中的适用性,降低辐射噪声计算误差,介绍了基于工况传递路径分析(OTPA)的船舶辐射噪声计算方法,讨论了奇异值分解(SVD)法、基于L-curve和广义交叉验证(GCV)的Tikhonov正则化方法在辐射噪声传递函数求解问题上的适用性,并进一步提出基于准最优(Q-O)判别准则的Tikhonov法。千岛湖舱段模型水下声辐射试验结果表明:在不同环境下,SVD方法性能最差;在正常环境下,L-curve、GCV和Q-O准则方法性能基本相同;随着背景噪声水平的升高,L-curve方法优于GCV方法,而Q-O准则方法优于L-curve方法,可较L-curve降低辐射噪声误差约0.42 dB,较SVD方法降低约1.19 dB。同时,Q-O准则鲁棒性分析表明该参数可近似视为最佳正则化参数,该方法可为后续实船工程应用提供指导。

船舶推进轴系纵向振动共振转换器的优化设计

[目的]在推力轴承上集成共振转换器(RC)可以改变轴系纵向振动的传递路径,衰减传递到基座的响应使轴系的固有频率避开螺旋桨叶频及其倍叶频激励力,从而实现减振、调频的目的。[方方法]为此,建立推进轴系纵向振动的力学模型,基于传递矩阵法计算桨轴系统的振动响应,以力传递率为指标,分析RC的主要参数对推进轴系隔振效果的影响,分别采用最大值最小化方法和曲线面积最小的参数修正方法,对RC的主要参数进行优化设计。[结果]研究结果表明:加装RC后,轴系的隔振效果得到了明显的改善,采用曲线面积最小修正的优化设计方法可使RC的减振调频效果更佳。[结论]通过对RC结构参数的合理设计能使减振系统获得优良的隔振效果。

船舶水下噪声研究三十年的基本进展及若干前沿基础问题

三十年来,船舶水下噪声研究取得了显著的进展,同时也面临新的需求和挑战。文章从船体结构振动和声辐射、低噪声设备、管路系统振动和噪声、隔振及声振隔离方法、声学材料和元器件、推进器及推进轴系声学特性、水动力噪声、声呐自噪声、声目标强度、声学测量方法等十个方面,简要回顾和梳理了船舶水下噪声研究取得的主要进展及进一步的发展方向,并提出了若干前沿的基础性问题。

基于TPA的船舶机械系统振动传递特性分析

为有效降低船舶机械系统低频线谱振动,采用传递路径分析方法(transfer path analysis,简称TPA)对典型船舶机械设备振动沿管路系统与浮筏基座传递规律进行试验研究。试验结果表明,通过传递路径分析方法辨识各路径振动贡献量合成结果与直接测量结果一致,证明了本研究方法与测试数据的正确性。通过传递路径与输入船体结构振动功率流贡献量分析,发现设备低频段振动能量主要通过浮筏基座进行传递,整个试验模型的低频线谱成分由管路系统与船体耦合引起。该研究结果可为船舶机械系统低频线谱主动控制作动器的位置优化与频率选取提供参考。

基于FEM/BEM的船用水泵流动诱发振动噪声计算分析

离心水泵是舰船上面重要的流体机械,广泛应用于船舶冷却系统、舱底压载系统、循环水系统及消防系统。同时离心泵也是舰船管路噪声源之一,影响着船舶运行环境舒适性与舰船的安全隐蔽性。本文利用fluent软件计算流场非定常过程中叶轮所受时域脉动压力,并提出优化方案。将其作为激励源加载到水泵电机有限元模型上,采用隐式有限元法计算泵组表面振动速度与机脚处加速度,估算泵组振动烈度。将有限元振动速度导入Virtual.Lab软件,采用声学边界元计算泵组的空气噪声辐射。计算结果表明,泵组出水口处与机脚处振动噪声较大,应采用相关的减振降噪技术。

橡胶减振器动态载荷谱提取与实验室载荷谱编制

为满足装备用橡胶减振器设计、鉴定验收及寿命评估对减振器在装备振动环境下的载荷谱的需求,详细介绍了对实采振动信号进行预处理的方法,给出对预处理后的信号开展频谱分析和滤波处理的方法,制定了对处理后的振动信号进行功率谱计算分析的思路。以实采橡胶减振器振动加速度信号为例,编写Matlab实现程序,编制了相应的实验室随机振动载荷谱。本文的研究成果对舰用橡胶减振器的寿命和可靠性研究及试验开展具有一定的指导意义。

电磁力激励水下有限长圆柱壳体振动噪声特征

针对亲水电机电磁噪声计算与评估的问题,研究了在电磁力作用下和考虑水声负载时有限长圆柱壳体的振动与噪声特性,给出振动、远场声压以及辐射效率的计算公式,并通过数值验证,两者吻合良好。当厚径比较小时,水声负载对于结构的振动与声辐射有很大影响,当h/a≥0.1时,在非共振区域,水声负载的影响可以忽略。ka值较小时,0阶电磁力波作用下的远场声场近似为球面波。这也是电机尺寸小时,可以当作球体计算辐射声功率的主要原因。不同阶数力波的声辐射效率,开始时随着ka的增大而增大,到一定值时趋于平稳。高阶的电磁力波,如超过4阶的,在较大ka值也能产生大的辐射噪声。

某侧推装置振动噪声故障诊断

对某船侧推装置不同工况运行时的振动、噪声进行了试验测试和分析。依据对振动和噪声的频谱分析,推断出该装置的主要噪声源为齿轮箱内的某齿轮,并提出了该装置噪声控制的改进意见。

基于边缘计算的船舶大型主动隔振系统分布式控制架构

[目的]旨在解决现有主动隔振系统集中式控制架构可靠性低、抗风险能力弱、实时性低的问题,结合隔振系统与边缘计算研究现状,设计一种基于边缘计算的船舶大型主动隔振系统分布式控制架构。[方法]首先,分析集中式与分布式控制方法的特点;然后,对控制系统整体架构进行研究,设计系统的层次结构与整体架构,将其划分为云、边和端3个层次,并详述各层的架构设计与联系;最后,设计实验平台,通过实验测试系统的可靠性和实时性。[结果]结果表明,所设计的系统架构在突发状况下依然正常运行、稳定可靠,可将时钟同步偏差缩小到1μs,提高了系统实时性。[结论]该系统架构设计合理、高效,可有效提升隔振系统的可靠性、抗风险能力和实时性。

水面船舶推进轴系回旋振动研究综述

回旋振动是水面船舶推进轴系三大振动问题之一。论文从船舶推进轴系回旋振动的定义、危害、相关规范标准、计算方法、激振力、传递和响应、耦合振动、测试技术、试验台架及控制技术等方面,对已发表的国内外重要研究成果进行全面和系统的综述,为今后的研究提供建议和参考。

三维弹性体夹芯的夹芯板振动计算方法研究

目前夹芯结构由于其轻质、减振、隔声等优良性能,已在隔声壁板、减振结构设计等领域得到广泛的应用。夹芯板在低频振动中通常易于表现为弯曲振动模式,但夹芯板面板材料和芯材材料的性能往往差别较大,在中高频段易产生较为丰富的振动模式,因此建立一种适用于各个频段的夹芯板振动理论预报方法是十分必要的。本文发展了一种新的夹芯板振动理论计算方法,对夹芯板的芯材应用三维弹性力学理论,面板应用薄板理论。本文建立的理论方法可综合体现夹芯板弯曲变形模式和膨胀变形模式,容许夹芯板产生法向形变,可显著提高中高频夹芯板的振动预报计算精度。通过算例将本文理论方法的计算结果与其它理论计算方法和有限元计算的结果进行了对比,证明了本文理论方法的有效性和优势。

船舶水润滑轴承振动状态的光纤传感监测及信号分解

为分析船舶运行过程中水润滑轴承的振动状态,对光纤光栅传感器进行封装保护,将其植入轴承橡胶轴瓦中,监测轴承的受力振动信号,并对其进行小波包分解。研究结果表明,光纤光栅传感器能适应水润滑轴承所处的恶劣工况,监测轴承的振动状态信号;采用小波包技术能快速地对轴承的低频回旋振动信号和高频摩擦振动信号进行分离。研究成果可应用于水润滑轴承的智能化设计和船舶的健康监测中。

轴对称直喷管的水下射流噪声特性数值模拟与实验验证

[目的]为研究水下射流噪声特性,[方法]应用Lighthill声类比计算轴对称直喷管的自由射流声场特性,借助FLUENT仿真软件并采用大涡模拟法计算该直喷管的水下射流流场,最后基于混响法进行实验验证。[结果]结果表明:稳态射流流场的核心区长度与流速无关,核心区长度约为喷管直径的8倍;射流噪声辐射功率与流速的8次幂成正比;不同流速下的射流噪声功率谱在低频段的差异较大,在高频段的差异则显著减小,且辐射噪声能量主要集中在低频段,但流速增加后射流噪声的主要贡献将向高频段移动。[结论]在射流噪声计算仿真方面,将大涡模拟法和Lighthill声类比相结合是一种有效的分析手段。

电磁轴承支承的船舶推进轴系纵向振动变刚度控制方法研究

船舶推进轴系纵向非定常激励激发壳体结构振动和辐射噪声,严重影响航行隐蔽性。针对这一问题,结合电磁轴承支承特性主动可控优势,首先提出了一种采用电磁轴承支承的推进轴系结构,然后推导了含推力电磁轴承结构及控制参数的轴系纵向振动频率方程,最后提出了一种基于纵向激励频率的变刚度控制方法。仿真结果表明,在推力电磁轴承可变等效刚度范围内,增大控制器比例系数,可有效提高轴系一阶纵向固有频率,对高阶纵向固有频率影响不大;轴系在不同转速下工作时可以选用不同比例系数,实时调节轴系纵向振动传递特性,有效减小纵向激励向壳体传递。

船舶推进装置工程应用技术分析

船舶推进技术是船舶工程应用技术中传统的配套方向,追上和缩小其与国外技术及产品的差距是工程应用技术攻关的主要目标。从目前各类型船舶对推进装置及相关技术的需求焦点出发,回顾和分析当前国内船舶推进技术的发展现状、已经形成的基本能力和技术热点方向。研究表明,通过多年的持续科研投入和产品攻关,我国船舶推进技术在工程应用方面形成了系统性的技术体系,为各型船舶推进装置的配套能力提升建立了技术保障,解决了工程应用的大量技术性问题。该研究可为船舶推进装置工程应用技术的发展提供参考。