螺旋桨激励下船舶推进轴系的多维耦合振动特性研究

作     者：景来钊 

作者单位：山东大学 

学位级别：硕士

导师姓名：霍睿

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 082402[工学-轮机工程] 0824[工学-船舶与海洋工程] 

主      题：螺旋桨激励 推进轴系 振动功率流 传递特性 

摘      要：发动机—推进轴系—螺旋桨是各类舰船中普遍采用的动力推进系统。在航行中,三者都受到多种复杂载荷的影响并产生振动及噪声辐射。各类振动对船艇的航行性能和船载设备的可靠性能产生消极的影响,而噪声辐射则是影响水下装置隐身性能的关键因素。研究螺旋桨激振力引起的轴系及船体的结构振动,可以了解螺旋桨激励的振动能量在推进轴系中的传递特性,对于控制振动噪声,提高船艇的机械航行性能和隐身安全性能具有重要价值。本文结合舰船推进轴系的一般结构形式,以及轴系与艇体耦合振动的国内外研究现状,将螺旋桨激励特性分析与振动能量传递分析相结合,对推进轴系的扭转-纵向-弯曲多维耦合振动特性进行研究,进而基于模拟工况探讨振动能量在轴系多维耦合振动中的传递机理,为改进轴系与艇体耦合减振设计方法和优化振动噪声控制策略提供理论依据。具体工作包括:首先对螺旋桨轴承激振力进行计算。采用升力线法和CFD方法对目标螺旋桨的轴承力进行理论计算。分别使用MATLAB软件编制升力线法的计算程序和应用Fluent流体仿真法求解出螺旋桨的敞水性能。比较优劣之后采用CFD方法,选取滑移网格模型模拟出螺旋桨在敞水条件下轴承激振力的周期性变化,通过快速傅里叶变换得到轴承激振力在频域内的变化情况,将其作为输入耦合振动系统的激励源。而后,对桨—轴—艇耦合振动系统适当简化后进行运动学建模,区分三种振动形式,逐个分析推进轴系在扭转、纵向、弯曲三种振动类型下各子结构之间的动力传递关系,建立相互联系的运动微分方程组,并应用波动法和导纳法对微分方程组进行求解,根据推导结论编辑MATLAB计算程序。在以上工作基础上,在三个方向上把单位激励和计算得到的螺旋桨激励分别输入耦合系统计算分析模型,根据输出的图像,重点讨论了三种振动形式下螺旋桨激励振动功率流的传递和振动能量传递耗散的特性;将多维振动的功率流和能量相加,区分多个频段,从能量角度分析三种形式的振动分别在系统耦合振动中造成的影响。