基于功率流的艇體艉部振動(dòng)傳遞特性研究.pdf

1、潛艇是一個(gè)復(fù)雜的噪聲源分布體，在低速隱蔽航行工況，機(jī)械噪聲是潛艇最主要的噪聲源，控制和減小潛艇機(jī)械噪聲是實(shí)現(xiàn)潛艇安靜化的首要環(huán)節(jié)。在總結(jié)分析了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)潛艇艉部振動(dòng)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對(duì)艉殼-推進(jìn)軸系進(jìn)行綜合分析，從艉殼-推進(jìn)軸系的振動(dòng)傳遞途徑入手，分析其振動(dòng)噪聲主導(dǎo)傳遞通道，并以此為切入點(diǎn)，控制結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲向殼體的傳播。
　　 圍繞這一問題，在十一五預(yù)研項(xiàng)目“推進(jìn)軸系與艇體耦合振動(dòng)建模及傳遞路徑分析”的大力支持下，論文對(duì)艇體艉

2、部的及控制進(jìn)行了較為全面的研究。論文主要完成了以下幾個(gè)方面的工作：
　　 1.論文總結(jié)了有關(guān)艉部研究的大量文獻(xiàn)，對(duì)它的研究背景、研究意義、國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀、已有的研究成果和存在的問題、功率流研究方法作了較為全面的論述，在此基礎(chǔ)上對(duì)艉部結(jié)構(gòu)的振動(dòng)傳遞特性及控制進(jìn)行了更深入的研究。
　　 2.艇體艉部結(jié)構(gòu)振動(dòng)與聲輻射的數(shù)值分析。采用FEA/BEA結(jié)合的方法，建立了包括推進(jìn)軸系和艉殼的艉部完整有限元模型，求解整個(gè)耦合系統(tǒng)的振動(dòng)

3、響應(yīng)，由邊界元軟件求得艉部外部流場(chǎng)的聲輻射特性，再根據(jù)軸系與殼體間的傳遞功率流研究系統(tǒng)振動(dòng)噪聲的主導(dǎo)傳遞通道，為下一步在主要路徑上進(jìn)行振動(dòng)控制提供基礎(chǔ)，最后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證模型及結(jié)果的準(zhǔn)確性。
　　 3.殼體與軸系耦合系統(tǒng)的振動(dòng)特性研究。艉部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用數(shù)值方法進(jìn)行求解需要耗費(fèi)大量的計(jì)算機(jī)資源，難以完成系統(tǒng)的參數(shù)化分析，所以采用解析法對(duì)殼體與軸系的耦合系統(tǒng)進(jìn)行分析是非常必要的，與數(shù)值方法相比，解析法更能從本質(zhì)上揭示系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性

4、，且便于進(jìn)行參數(shù)化分析及規(guī)律探索。艉殼采用圓柱殼建模，推進(jìn)軸系用自由邊界的梁建模，艉殼與推進(jìn)軸系間的三處支撐采用彈簧-阻尼系統(tǒng)模擬，采用子結(jié)構(gòu)綜合法推導(dǎo)了系統(tǒng)的振動(dòng)功率流解析式，并進(jìn)一步研究了系統(tǒng)中各參數(shù)對(duì)系統(tǒng)主導(dǎo)傳遞路徑的影響。
　　 4.基于功率流的殼體與推進(jìn)軸系耦合系統(tǒng)的優(yōu)化。完成了對(duì)殼體與推進(jìn)軸系耦合系統(tǒng)功率流靈敏度的推導(dǎo)，采用基于靈敏度分析的遺傳優(yōu)化算法進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。以傳遞功率流作為系統(tǒng)的優(yōu)化目標(biāo)，以推力軸承、尾軸前后

5、軸承處三處支撐剛度和尾軸前軸承支撐的位置為優(yōu)化參數(shù)，在一定的頻段內(nèi)，使得傳入殼體的功率流之和最小。
　　 5.推力軸承基座的振動(dòng)特性研究。推力軸承處為艉部振動(dòng)主要傳遞通道，為了控制艉殼與軸系間振動(dòng)傳遞，對(duì)板架組合結(jié)構(gòu)的推力軸承基座進(jìn)行研究，主要研究了其中各單元如單板、L型板及T型板的振動(dòng)及功率流特性。采用梁函數(shù)組合法對(duì)薄板振型進(jìn)行假設(shè)，求得各種邊界條件下薄板的共振頻率及振型，進(jìn)而求得其響應(yīng)。對(duì)于L型、T型板，為了更好地解決板與板

6、之間的連接問題，提出耦合邊離散化的方法，這樣耦合邊上的線連接轉(zhuǎn)化為點(diǎn)連接，求解組合板的功率流響應(yīng)。
　　 6.基座阻抗變換器減振特性研究與實(shí)驗(yàn)分析。為控制艉殼與軸系間振動(dòng)傳遞，提出了阻抗變換器結(jié)構(gòu)。采用導(dǎo)納功率法，對(duì)阻抗變換器進(jìn)行解析分析，求得其各板間的能量傳遞，并進(jìn)一步分析板的尺寸、厚度及阻尼系數(shù)各參數(shù)對(duì)阻抗變換器傳遞功率的影響。阻抗變換器通過調(diào)節(jié)板的尺寸、厚度及阻尼系數(shù)等參數(shù)來改變其阻抗，從而改善艉部的振動(dòng)傳遞特性。最后通過