柴油机废气涡轮增压器噪声机理及性能试验研究

分析了船用柴油机废气涡轮增压器噪声机理,开展了增压器噪声频谱分析及声强识别试验研究。试验结果表明:压气机入口气动噪声频谱主要由窄带叶尖间隙噪声(TCN)和离散的叶频(BPF)及其谐次成分组成,涡壳辐射噪声主要是由叶尖间隙噪声和转子轴频及其谐波引起的结构振动而产生的辐射噪声。增压器噪声的能量分布在1～8kHz较宽频率范围内,声功率与转速近似呈线性增加,由50%转速增加至标定转速时,声功率增加近20dB。

加筋圆柱壳体支撑结构振动传递特性试验研究

支撑结构型式和布置位置对加筋圆柱壳体内振动传递特性具有重要影响。文中设计了加筋圆柱壳体试验模型装置,内含壳体支撑结构、平台支撑结构和舱壁支撑结构,开展了加筋圆柱壳体模型的振动模态试验和传递特性试验。以振动传递函数为评价指标,研究了不同频率下支撑结构至加筋圆柱壳体表面的振动传递特性,得出振动传递特性在低频时很大程度上受到壳体结构振动模态的影响。提出等效振动传递函数概念,分析了支撑结构的型式及布置对加筋圆柱壳体传递特性的影响。试验研究结果有助于控制动力机械设备的中低频振动传递,对加筋圆柱壳体内支撑结构的声学设计具有参考价值。

柴油机废气涡轮增压器压气机的气动噪声源特性研究

基于雷诺时均方程(RANS)及双方程湍流模型,建立了船用大功率增压器压气机的内部流场计算模型;计算了压气机叶轮流道内的流速分布和湍流流场,得到叶片顶部出口附近的流速分布在1.02马赫和1.1马赫之间;采用基于声比拟的数值积分方法(FW-H方程),得到了压气机叶轮的气动噪声源,并比较了主叶片和分流叶片顶部出口位置的气动噪声频谱特征,发现两者的噪声级及叶频分布存在差异。计算表明:压气机在轴频及其谐波频率处的噪声远小于叶频噪声,主流叶片及分流叶片紊流的噪声成因不同;压气机内部流噪声源的大小主要取决于气流速度;压气机转速由8000r/min增加至16000r/min、由16000r/min增加至22000r/min,流噪声的幅值约增加12dB。

涡轮增压器压气机的气动噪声源特性研究

基于雷诺平均纳维-斯托克斯方程与Realizableκ-ε双方程湍流模型,利用CFD软件建立了某大型涡轮增压器离心式压气机内部气体的可压缩流动仿真模型。分析了不同工况下压气机内部气流的速度、压力等流动特性,利用宽带噪声模型对压气机进行了气动噪声源数值研究。结果表明,叶轮区域是压气机的主要气动噪声源;压气机内扰动强度和叶轮转速是气动噪声声功率的主要影响因素;宽带噪声与湍流强度的分布趋势一致。研究结果对分析压气机的气动噪声源产生机理及其控制具有参考价值。

动力舱段基座至壳体的振动特性研究

为研究水下航行器动力舱段内不同类型基座至壳体结构的振动传递特性,在动力舱段壳体、舱壁及平台设计了基座A、基座B和基座C。采用有限元仿真预报和实验验证相结合的方法,研究动力舱段壳体的振动模态和基座至壳体表面的振动传递特性。在某型空压机振动源激励条件下,以振级落差为评价指标,预报不同基座刚度参数对壳体表面振动响应的影响,结果表明适当增大基座的刚度可以减小设备振动至壳体的传递,研究结果对动力舱段基座结构的声学设计有参考价值。

船用压气机气动噪声源频谱特性数值研究

以某型号大型船用涡轮增压器压气机为研究对象,以CFD软件为平台,利用具有k-ε双方程湍流模型的NS方程计算了压气机的三维黏性非定常流场特性。采用Ffowcs Williams-Hawkings方程(简称FW-H方程)对压气机的离散噪声进行了分析,并与经验公式进行了比较。深入研究了不同转速、流量对压气机气动噪声的影响。分析表明,叶轮内气动噪声水平较高,是主要噪声源;转速对于离散噪声影响较大,转速增加一倍,声压级上升约14dB;同一转速下,流量的降低将导致噪声幅值增加,但相对于转速变化其影响较小。

舰船振动噪声的快速预报技术

为了快速预报舰船的机械噪声,采用有限元/边界元法,分析研究不同船型、不同的基座结构及其布置方案以及船体外壳肋骨的不同布置形式对振动传递特性和水下声辐射特性的影响。在此基础上,提出一种舰船机械噪声快速预报方法,并且结合设备振动测试结果,对某舰船在不同工况下的辐射噪声进行了预报。

舰船机械振动噪声监测预报系统设计

以舰船机械噪声的监测预报为目的,依据舰船模型结构振动传递特性的试验分析,提出噪声预报的模型与方法。再利用虚拟仪器开发工具LabVIEW,进行舰船机械噪声监测预报系统的软、硬件设计。依据舰船机舱中的各种主、辅机的实测振动数据,得到船体表面各个虚拟传感器以及有限数量的实际传感器的振动响应数据,实现舰船机械噪声的连续监测与预报,并能针对机械噪声的异常情况或声学故障进行提示与报警。

空心方钢阻振质量结构的阻振效果研究

在实心方钢阻振的理论基础上,研究了平板结构受点激励时空心方钢阻振质量对结构中振动波传递的阻抑特性。用振动加速度传递函数和插入损失作为评判指标,对比了在恒定力激励下平板结构布设空心方钢和实心方钢的阻振性能。以某型柴油机的振动作为激励源,分析了在柴油机振动激励作用下阻振质量结构的阻振效果。结果表明空心方钢阻振质量比实心方钢阻振质量结构的阻振效果明显,并大幅度减少了附加质量,在船舶阻振结构设计中具有参考价值。

拖缆模型涡激振动的影响因素分析

为了考察圆柱型声纳阵拖缆在水下拖曳时,由于尾流中发放旋涡激起的涡激振动情况和有关规律,进行 了试验研究。对不同拖曳速度、拖缆倾角,即拖缆与来流速度之间的夹角和不同直径的拖缆涡激振动进行了测量分析。 结果表明,约化速度、拖缆倾角、拖曳速度等是影响涡激振动的主要因素。试验结果对进一步开展该类课题的研究,对声 纳阵拖缆的设计,提供了技术依据,具有实际价值。

基于FE-SEA混合法的水下双层壳体模型声振特性研究

基于FE-SEA混合法原理,给出了FE-SEA混合系统的运动方程、扩散场互易关系表达式、系统响应表达式、功率平衡方程;分别建立了典型单层板、双层板隔声FE-SEA混合模型,就全频段下的隔声性能进行了分析,发现等厚度下的双层板较单层板在100Hz^10kHz内隔声性能更好,且在1/3倍频程、10Hz^10kHz频率范围内的仿真结果与理论值基本符合;通过建立"球面-圆柱-球面"双层壳体水下结构模型,在施加典型柴油机激振力下,分别对双层壳间填充海水、空气、半空气-半海水等不同介质对模型的声振影响进行了分析。结果表明:在315Hz以下的低中频段有实肋板时介质的影响不大,振动主要通过实肋板进行传递;无实肋板时,介质起主要作用,因而在10kHz以内频段不同介质下的外壳表面振动速度与外界海水的声压级差异明显;海水介质下的外壳振动速度与声压级较空气介质的平均分别高22.48dB和16.88dB,而半空气-半海水介质的外壳振动速度和声压级与海水介质的较接近。

船体基座粘弹性复合阻尼减振性能试验研究

采用振动功率流法对基座至船体结构的振动传递特性进行了分析，通过模型试验研究基座结构的阻尼减振性能。结果表明：（1）基座结构粘贴复合阻尼减振胶板后，在0.5~5kHz频率范围内结构损耗因子大幅增加，以致加速度振级落差降低，减振效果明显；（2）分别对基座的腹板、腹板和肋板，以及基座整体结构粘贴复合阻尼减振胶板后，船体结构的平均振动加速度级衰减值最大可达7.7dB、11.3dB和12.0dB；将振动源安装在基座结构具有腹板支撑的正上方面板位置，与安装在腹板之间的面板位置相比，船体结构的振动加速度级可减少1～5dB。研究结果对船体基座的结构阻尼减振设计具有指导意义。

基于FE-SEA混合法的空心阻振质量阻振性能研究

阐述了FE-SEA混合法的基本原理,分别采用FEM、SEA和FE-SEA混合法对带阻振质量薄板结构的振动速度进行预测。通过设计带近似等质量的空心梁与实心梁阻振质量的薄板结构模型实验,对上述三种方法的预测结果进行了验证。通过定义特征尺寸与波长的比值△,找到了各自的控制频域。结果表明:采用Δ作为划分上述三种方法有效频域的指标是可行的;在分析频率8 kHz范围内,空心阻振质量比实心阻振质量的整体阻振效果提高了10 dB左右;尤其是在中高频区的阻振效果更加明显,但在100 Hz以下的低频区阻振效果不如实心阻振质量的好。说明空心阻振质量比实心阻振质量具有更好的应用前景。

复合阻振技术在舰船支撑结构中的应用研究

基于质量阻振机理,分析了阻振质量偏置安装及空心阻振质量结构对阻振性能的影响,提出了综合质量阻振与阻尼减振的支撑结构复合阻振技术。采用FE-SEA法,建立了支撑结构至圆柱壳体的振动传递及声辐射特性分析模型。对比了支撑结构底部阻振、四周阻振和双层阻振的阻振性能,分析了在支撑结构表面粘贴阻尼材料的减振降噪性能。结果表明,双层阻振比单层阻振、约束阻尼比自由阻尼的减振降噪效果更加明显,复合阻振技术比单独减振设计的减振频率更宽,减振效果更好。复合阻振技术对支撑结构的减振设计具有工程应用价值。

橡胶芯夹层板隔声特性研究

基于夹层板的Hoff理论和声学反射、透射和辐射机理,建立了声振理论模型,结合模态函数的正交性及流—固耦合边界条件求解了声振耦合系统方程。再根据声场的特性,建立了混合声场下夹层板的隔声量表达式。最后,用数值方法研究了芯层的损耗因子、厚度、弹性模量,以及平面尺寸对夹层板隔声量的影响,对工程应用有一定的参考价值。

全回转工作船舱室中频噪声预测分析

用FE-SEA混合分析法（Hybrid FE-SEA Method）对工作船舱室的中频噪声进行预测。根据船体结构各子系统的模态密度及特征尺寸,确定其系统类型及分析的频率范围。对振动主要传递路径中的基座结构采用了FE模型或SEA模型。计算和试验结果表明,舱室噪声主要分布在100～800Hz中频段内,统计能量法模型和FE-SEA混合法模型对该频段舱室噪声的预测误差分别为4.97d B和2.29d B,这表明FE-SEA混合法模型更适合于船舶详细设计阶段对舱室中频噪声的精确预报。

涡轮增压器压气机气体流动特性数值模拟研究

基于雷诺平均纳维-斯托克斯方程与Realizable k-ε双方程湍流模型,利用CFD软件建立了某型涡轮增压器离心式压气机内部气体的可压缩流动仿真模型。分析了不同工况下压气机的压比和效率随着流量的变化关系,深入研究了转子区域和扩压区域的气体流动速度与压力的分布、形成过程及相互影响。研究结果表明:增压器在28 200r/min时工作效率最高,叶轮主流叶片压力面中部靠近叶尖区域出现低压区引起的气体回流现象及叶片吸力面出现低压区引起的气体紊流现象是影响压气机效率变化的原因;叶片前缘及尾部流场特性存在较大差异;扩压器叶片入口处极易出现涡流损失。

船舶基座中复合减振结构应用实验研究

在船舶基座结构中设计了粘贴粘弹性阻尼层、插入空心阻振结构和填充颗粒等单一减振结构及多种复合减振结构基座结构振动加速度导纳为评价指标,采用振动传递实验对比研究了各种减振方式的减振效果。实验结果表明,粘贴阻尼层在分析频率内减振效果明显,最大减振效果达到了10 d B;在基座结构中简单地插入阻振结构,不仅没有阻振效果,反而使得振动增强;复合减振结构的减振效果优于单一减振结构,所设计的复合减振方案的减振效果达到14.05 d B。研究成果对船舶基座结构声学设计具有参考价值。

圆柱耐压壳基座板厚对振动传递性能的影响

建立耐压圆柱壳体及平台结构的有限元模型,引入实验与有限元模型的传递函数相关系数,进行传递函数相关系数灵敏度分析,修正圆柱壳体的有限元模型,使圆柱壳体结构的前10阶固有频率的计算误差小于8%,在800 Hz低频率范围内传递函数计算与实验结果的幅值误差小于3 d B。在基座板厚对传递函数灵敏度分析的基础上,探讨基座板厚对振动传递的影响。

船体基座结构的阻振技术研究

基于刚性质量阻振原理,对基座提出空心质量阻振与阻尼减振相结合的复合阻振技术。采用FE-SEA混合法,建立基座至双层圆柱壳体的振动传递及辐射特性分析模型,通过振动传递特性实验验证模型的准确性。在50-5 000 Hz宽频范围内对比分析在基座腹板底部插入实心或空心阻振质量,以及在基座表面粘贴丁基橡胶阻尼材料的减振降噪性能。结果表明,空心阻振质量比实心阻振质量、复合阻振技术比单独减振技术的减振降噪效果更加明显,这对机械设备支撑结构的振动控制及降噪设计具有工程应用价值。