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。

船舶推进轴系回旋振动研究综述

为了明确回旋振动在船舶轴系设计中的重要性,避免影响船舶航行安全,采用文献收集和调研的方法,分析国内外关于回旋振动的主要研究成果。针对回旋振动的原理、计算方法、规范要求及测试技术等进行论述,总结影响回旋振动的主要因素和消减振动的控制方法,以便于研究人员在设计阶段全面考虑相关计算要求及控制措施。此外,对今后的研究进行展望,基于多学科交叉的耦合振动研究和轴系大数据模型参数整定的应用研究仍需要进一步探索,也为今后船舶减振降噪相关研究提供参考。

推进轴系纵向振动负刚度动力吸振器试验研究

[目的]针对推进轴系一阶纵向振动控制难题,采用碟簧负刚度动力吸振器进行振动控制并进行试验验证。[方法]建立推进轴系纵向振动负刚度动力吸振器试验台架,根据所需控制的轴系一阶纵振模态,设计并研制负刚度动力吸振推力轴承,然后开展不同转速、不同静推力、不同负刚度下的振动传递试验,从而获得推力轴承基座和轴系上的振动加速度响应数据。[结果]结果显示,所研制的负刚度动力吸振推力轴承能以1.6%的吸振器质量使轴承座上一阶纵振轴系的振动响应下降7.8 dB;在轴系固有频率变化5%、静推力变化40%的情况下,负刚度动力吸振器仍能保证3.3 dB的控制效果;在非最优负刚度下,不会恶化轴系和轴承座的振动响应。[结论]研究表明负刚度动力吸振可有效抑制不同转速下轴系一阶纵振处的振动传递。

船舶推进轴系纵向振动及其控制技术研究进展

对船舶推进轴系纵向振动的产生机理、分析方法及其控制技术的国内外研究进展进行较全面系统的综述。内容包括推进轴系纵向振动的激励力研究、机理分析和试验研究、被动控制技术及主动控制技术。重点关注推进轴系纵向振动控制技术方面的研究进展,包括推进轴系改进设计、复合材料轴系、新型推力轴承、动力吸振器、声子晶体带隙减振以及相关主动控制技术,并对今后的研究工作提出一些建议。

船舶推进轴系纵向振动特性及控制技术研究

船舶推进轴系受到螺旋桨非定常激振力作用,产生纵向振动。通过建立船舶推进轴系分布质量模型,分析轴系纵向固有频率及影响因素;通过有限元分析软件Patran仿真分析被动式动力吸振器和主动控制方法对轴系纵向振动的控制效果。研究表明:螺旋桨质量和附链水对轴系固有振动特性影响较大;被动式动力吸振器受吸振器质量的限制,不如主动控制方法对轴系纵向振动控制效果好;主动控制力在达到激振力一半以上时就可以取得较好的控制效果,但必须考虑系统时滞的影响。

基于原点速度反馈的推进轴系横向振动传递控制研究

螺旋桨脉动力诱导的轴系-壳体耦合振动是水下航行器低频振动声辐射的重要原因之一。针对推进轴系横向振动传递控制,提出一种基于原点速度反馈的主动艉支承控制方法。建立包含六自由度主动艉支承的螺旋桨-轴系-壳体耦合振动模型,考虑原点速度反馈策略,计算主动支承对推进轴系横向振动传递的控制效果。分析结果表明,将六自由度主动艉支承用于横向振动传递抑制,能够在0～200 Hz内有效降低系统固有振动幅值,而且与推力轴承处主动控制相结合,在重点模态频率处可取得更优的控制效果。

推进轴系纵向振动主动控制技术综述

螺旋桨激励力引起的桨-轴-艇耦合系统低频振动为舰船声辐射的主要组成之一,一般难以有效抑制,已成为制约舰船声隐身性能提升的重要问题。目前抑制舰船低频振动声辐射的有效手段是减小螺旋桨激励力通过轴系向艇体传递,而主动控制由于在低频振动控制方面具有较强的优越性,自然地成为一条重要的新途径,为此急需开展轴系纵向振动主动控制相关技术研究。本文详细总结了国内外舰船轴系纵向振动产生机理、控制方案及主要差距,论述了轴系纵向振动主动控制基本原理与建模方法,首次系统阐述了适合工程应用的轴系纵向振动主动控制策略及自适应算法,给出了轴系纵向振动主动控制试验验证案例,结果表明主动控制效果明显,并基于现有研究成果对舰船轴系纵向振动主动控制技术未来的发展方向提出建议,为解决舰船低频振动声辐射问题提供参考和指导。

船舶推进轴系振动控制研究

推进轴系运行引起的振动是船舶艉部振动噪声的主要噪声源,轴系振动控制对船舶振动噪声控制有重要意义。从系统动力特性设计角度出发,对影响轴系振动的因素进行了理论分析,提出了控制轴系纵向一阶叶频临界转速、缩短推进器悬臂长度、开展轴系与结构动力学匹配设计等振动控制措施。通过台架试验对理论研究结果进行了验证,结果表明所提出的振动控制措施切实有效,对实船推进轴系振动控制具有实际指导意义。

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。

船舶主推进轴系纵向振动的弹性波解析研究

以采用直接传动形式的船舶主推进轴系为研究对象,将其模化为多级阶梯轴连续弹性体模型。基于纵向弹性波理论,由相邻均匀轴段之间的力和位移连续条件推导各均匀轴段纵向振动波幅系数的传递关系,结合边界条件对主推进轴系的纵向振动进行分析。以文献中讨论的一个舰船推进轴系作为验算实例,理论计算值与实测值吻合较好。在此基础上,推导了主推进轴系纵向振动无量纲频率方程,并讨论相关参数对其第1阶固有频率值的影响。研究结果可为主推进轴系的动态设计提供参考。

基于主动艉支承的推进轴系横向振动抑制仿真与实验研究

提出一种基于主动艉支承的推进轴系横向振动传递控制方法,以抑制水下航行器的低频声辐射。该方法将传统的艉轴承支承方式由面支承改为点支承,通过六个主动作动器抑制螺旋桨横向激励力经由艉轴承向壳体的传递。建立包含主动艉支承的螺旋桨-推进轴系-壳体耦合系统动力学模型,分析系统振动传递特性及控制策略可行性;结合自适应控制算法,计算螺旋桨横向激励下的振动传递抑制效果。构建包含主动艉支承的螺旋桨-推进轴系-壳体实验系统,进一步验证控制方法的有效性。仿真与实验结果均表明主动艉支承对于螺旋桨横向激励力经由艉轴承向壳体的传递具有明显抑制效果,可有效降低壳体表面法向振动。

金属橡胶在鱼雷推进轴系振动控制中的应用

推进轴系通过支撑轴承向壳体传递的振动所引起的辐射噪声是鱼雷尾部主要噪声源之一。本文针对鱼雷推进轴系振动控制的需求,开展了金属橡胶在鱼雷推进轴系振动控制中的应用研究。根据鱼雷推进轴系支撑结构的特点,设计了具有不同刚度系数的环形金属橡胶隔振装置,研究刚度系数对隔振效果的影响,进行了金属橡胶隔振装置减隔振效果的陆上台架试验。试验结果表明:金属橡胶隔振装置能有效降低推进轴系振动向壳体的传递,壳体平均振动加速度级最大可降低约8 dB,同时在满足推进轴系运行要求的前提下,金属橡胶隔振环的刚度越低,隔振效果越好,轴系转速越高,隔振效果越好。试验结果为金属橡胶在鱼雷轴系振动控制中的应用提供了有力的支撑。

磁轴承在船舶推进轴系振动控制中的应用现状与展望

本文针对磁轴承在船舶推进轴系振动控制中的应用,首先简要阐述国内外磁轴承的研究应用发展和当前技术能力。随着磁轴承技术的发展和对船舶推进轴系振动控制的迫切需求,磁轴承应用于船舶推进轴系的振动控制成为可能。随后阐述磁轴承应用于船舶推进轴系振动控制的技术现状和技术优势,并介绍磁轴承轴系台架振动控制效果的试验验证。最后总结当前磁轴承在船舶推进轴系振动控制中的应用水平,并提出磁轴承进一步发展的重点方向。

艉轴承刚度等效形式对轴系横向振动特性的影响

[目的]由于船舶艉轴承的长径比较大,将其简化为传统的单点支撑等效模型难以反映出轴承的实际运行情况,因此有必要探讨艉轴承等效形式对轴系横向振动特性的影响。[方法]首先,基于能量原理,引入改进傅里叶级数方法描述推进轴系的横向振动位移,构建可用于单点、多点和连续分布式支撑的多种等效形式的推进轴系横向振动特性计算模型;然后,分别分析由液膜压力等效的支撑刚度变化对轴系横向振动特性以及螺旋桨激励对轴系振动响应的影响;最后,与文献和采用有限元方法(FEM)计算的结果进行对比,验证所提模型的正确性。[结果]结果显示,多点支撑的计算结果收敛于连续分布式支撑计算结果,螺旋桨激励下轴系响应受转速影响。[结论]研究表明,可采用三点支撑等效形式研究液膜压力分布对推进轴系横向振动特性的影响,所构建的计算模型收敛性好、计算精度高、代价低。

气垫船推进轴系纵向振动计算及试验研究

结合某气垫船推进轴系特点,建立纵振计算当量模型,采用Holzer法开展自由振动计算,获得纵振固有频率和振型;基于能量平衡原理进行受迫振动计算,预报该轴系在螺旋桨叶片次及2倍次激振力作用下的纵振振幅、应力等特性;开展实船纵向振动测试,测试与计算结果较为吻合,为后续气垫船推进轴系纵向振动研究提供依据。

船艇推进轴系的扭转-纵向耦合振动的建模与仿真

采用一种非线性刚度的弹簧,如质量模型构建船艇推进轴系的扭转-纵向耦合振动的模型。以单轴系统为例,对仅有扭矩激励力、轴向激励力和两种激励力同时存在的三种情况分别作了理论计算。并运用Labview和Matlab混合编程,对单轴系统进行实例仿真和频谱分析。研究结果表明该模型具有可行性。

利用实验数据修正船舶推进轴系横向振动的有限元模型

本文在 Berman 法的基础上提出了两种改进的修正方案,利用实验数据修正了船舶推进轴系横向振动的有限元模型。计算结果表明:本文的两种方案既可保证刚度矩阵、质量矩阵的带状性,又具有较高的精度和较快的计算速度。

基于连续-离散混合模型的船舶推进轴系纵向振动动力吸振分析

以直接传动形式的船舶推进轴系为研究对象,基于连续-离散混合模型,开展推进轴系纵向振动动力吸振设计分析。采用直接法和模态叠加法计算比较推进轴系在螺旋桨脉动推力下的频率响应,识别出第1阶模态是优势模态。结合Lagrange方程和模态展开定理推导出推进轴系连续-动力吸振器离散混合模型的动力学方程,采用动力调谐优化方法对动力吸振器进行优化设计,在优化状态下讨论动力吸振器的控制效果和参数影响规律。分析结果表明:动力吸振器安装位置应尽可能接近螺旋桨端,以减小动力吸振器动力参数值;第1阶共振线谱的减振效果与动力吸振器安装位置无关,仅取决于其质量比。

潜艇推进轴系纵向振动模型与解析研究

[目的]为了解决潜艇推进轴系纵向振动问题,[方法]将复杂的潜艇推进轴系简化为均匀阶梯轴系连续模型,采用波分析(WPA)法对各均匀轴段的纵向振动传递关系进行推导。结合实际推进轴系边界条件,给出推进轴系纵向振动在螺旋桨激励下的稳态响应。进一步对推进轴系纵向振动的第1阶固有频率的无量纲公式进行推导,并分析结构参数对固有频率的影响。[结果]将理论计算值与有限元软件仿真结果及实验测试值进行对比,证明了均匀阶梯轴系连续模型的可靠性,可应用于推进轴系纵向振动研究分析。得到的第1阶无量纲公式为后续对潜艇推进轴系纵向振动的分析打下基础。[结论]研究成果具有一定的工程应用价值。

含电磁轴承的推进轴系横向振动特性研究

推进轴系振动通过轴承基座激发壳体结构,从而引起结构辐射噪声。针对推进轴系横向振动控制问题,提出采用电磁轴承抑制支承振动传递的方法。建立了包含电磁轴承的轴系动力学模型以及相应的轴系横向振动计算方法,分析了电磁轴承等效刚度对轴系振动特征和振动传递的影响规律,从理论上说明了电磁轴承用于刚度控制的可行性。仿真结果表明,轴系横向振动频率随电磁轴承刚度变化而变化,通过改变含电磁轴承的支承等效刚度,可调节轴系在不同转速下运行时的力传递特性,减小螺旋桨振动通过轴系向壳体传递。