螺旋桨激振力传递模式下的艇体振动和声辐射分析

潜艇的艇体结构是潜艇螺旋桨激振力向外辐射噪声的重要通道,而轴系是螺旋桨激振力传递到艇体的必经之路,因此有必要研究潜艇轴系向艇体传递的激振力对潜艇艇体振动和辐射声功率的影响。为此,分别针对螺旋桨轴向激振力、螺旋桨侧向激振力和螺旋桨垂向激振力工况,使用模式分析的方法,将轴系对艇体的作用力分解为互不相关的力传递模式的叠加。建立潜艇结构有限元模型,采用结构有限元耦合流体边界元的附加质量附加阻尼算法,分析单阶力传递模式作用于艇体时艇体的振动和声辐射特性。所做的研究可为分析螺旋桨激振力作用下的艇体振动和声辐射提供一种新的方法。     

螺旋桨/轴系激励下圆柱壳结构低频辐射噪声模式

将潜艇简化为圆柱壳模型,以采用结构有限元耦合流体边界元方法所获得的圆柱壳结构振动响应为输入,通过波数谱展开的方法给出圆柱壳辐射声功率波数谱和与各阶环向振动相对应的辐射声功率。针对各螺旋桨/轴系激振力工况,对与各阶环向振动相对应的辐射声功率进行对比分析,获得螺旋桨/轴系激励下圆柱壳的低频主辐射噪声模式。对圆柱壳的辐射噪声模式分析表明,对轴向激振力工况,柱壳的噪声辐射模式以呼吸辐射模式和弯曲辐射模式为主;对侧向激振力和垂向激振力工况,柱壳的噪声辐射模式以弯曲辐射模式为主。结论可为壳体噪声控制提供方向。     

考虑船舶轴系校中与弯曲振动的轴承优化布置

船舶在航行过程中,螺旋桨所受到的激振力通过船舶轴系传递给船体并引起尾部振动和噪声,给船舶的乘坐舒适性和安全性带来危害。本文利用传递矩阵法分别建立船舶轴系校中数学模型和弯曲振动数学模型,并使用拟定常法得到螺旋桨叶频和二倍叶频的激励力幅值比值,成比例输入到轴系系统当中,设置轴承间距和轴承标高为变量,以尾轴后轴承受力幅值最小为目标函数。在满足船舶轴系校中标准下,对轴承位置的轴向和径向进行双向优化,得到实例的最优布置方案,通过比较优化前后的尾轴后轴承受力响应幅值,可以发现优化效果明显,对船舶轴系设计与布置具有一定的指导意义。     

考虑船舶轴系校中与弯曲振动的轴承优化布置

船舶在航行过程中,螺旋桨所受到的激振力通过船舶轴系传递给船体并引起尾部振动和噪声,给船舶的乘坐舒适性和安全性带来危害。本文利用传递矩阵法分别建立船舶轴系校中数学模型和弯曲振动数学模型,并使用拟定常法得到螺旋桨叶频和二倍叶频的激励力幅值比值,成比例输入到轴系系统当中,设置轴承间距和轴承标高为变量,以尾轴后轴承受力幅值最小为目标函数。在满足船舶轴系校中标准下,对轴承位置的轴向和径向进行双向优化,得到实例的最优布置方案,通过比较优化前后的尾轴后轴承受力响应幅值,可以发现优化效果明显,对船舶轴系设计与布置具有一定的指导意义。     

降低轴系纵振引起的水下结构声辐射分析

针对螺旋桨纵向脉动激励引起的结构水下辐射噪声问题,利用ANSYS有限元软件计算结构振动位移响应,利用直接边界元方法对结构水下辐射噪声特性进行分析.在已建立的有限元模型基础上,讨论了不同的推力轴承刚度、纵振激振力传递途径以及安装轴系纵振减振器对结构水下振动与声辐射的影响.结果表明,改变纵振激振力传递途径及安装轴系纵振减振器都可以有效地降低结构水下振动辐射噪声.     

推力轴承基座对艇体振动及其辐射噪声的影响

利用FEM/BEM方法计算了实尺度单壳体潜艇在螺旋桨激振力作用下的结构振动和水下声辐射特性.分析比较了两种推力轴承基座形式(法兰盘式基座和普通基座)对潜艇在螺旋桨激励下振动与噪声性能的影响.结果表明,安装法兰盘式推力轴承基座能在除28 Hz附近降低潜艇辐射噪声,最大降低25 dB左右.普通推力轴承基座形式只将螺旋桨脉动推力加载到与其相连的艇体结构上,引起纵向振动和横向振动,其壳体的法向振动较强烈;而法兰盘式推力轴承基座可以将螺旋桨脉动推力沿周向均匀地加载到艇体上,它主要引起纵向振动,只有艇体首尾处有法向振动,因而,噪声较低.     

舰船推进轴系的螺旋桨激励力传递特性

螺旋桨激励力会通过轴系向各轴承基座传递,并激发船体结构产生振动声辐射问题。为掌握螺旋桨不同方向激励力通过轴系的传递规律,利用船舶推进轴系试验台,在轴系固有特性计算与测试的基础上,测试分析螺旋桨水平、垂向与纵向激励力通过轴系向3个轴承基座的传递特性。结果表明:单方向激励力作用下,轴系会产生不同方向的耦合振动,并在基座处产生3个方向的振动,其中轴系振动固有频率有明显体现;不同方向的激励力传递路径不同,水平激励在艉轴后轴承基座处产生较大水平振动,垂向激励在艉轴后轴承和推力轴承基座处产生较大垂向振动,纵向激励在推力轴承基座处产生较大纵向振动,螺旋桨激励力通过轴系向艉轴前轴承基座的传递相对较弱;与垂向激励相比,水平激励会在3个轴承基座处产生更大的振动响应。     

兴波及航态对螺旋桨激振力预报的影响

针对船舶航行时的船体兴波及航态变化,采用RANS方法、VOF方法及船体六自由度运动方程,建立了考虑船体兴波及航态变化时螺旋桨激振力的计算方法。叠模、考虑船体兴波及考虑航态变化时螺旋桨推力、船底板压力计算结果的对比表明:考虑兴波及航态变化时,由于流速变化,螺旋桨推力平均值减小,船底板压力平均值增大;由于来流不均匀程度的变化,1倍叶频处峰值减小;考虑兴波及航态变化时,计算得到的激振力更加接近真实情况,但由于激振力在频域中较为接近,为节约计算量,计算时可不考虑船体兴波及航态变化。     

兴波及航态对螺旋桨激振力预报的影响

针对船舶航行时的船体兴波及航态变化,采用RANS方法、VOF方法及船体六自由度运动方程,建立了考虑船体兴波及航态变化时螺旋桨激振力的计算方法。叠模、考虑船体兴波及考虑航态变化时螺旋桨推力、船底板压力计算结果的对比表明:考虑兴波及航态变化时,由于流速变化,螺旋桨推力平均值减小,船底板压力平均值增大;由于来流不均匀程度的变化,1倍叶频处峰值减小;考虑兴波及航态变化时,计算得到的激振力更加接近真实情况,但由于激振力在频域中较为接近,为节约计算量,计算时可不考虑船体兴波及航态变化。     

螺旋桨受损变形对激振力影响的数值计算分析

为了分析螺旋桨变形前后激振力的变化情况,并为实际工程问题提供理论依据,以标准桨DTMB P4119为研究对象,在非均匀伴流场下进行数值计算方法的验证,形成了一套非均匀伴流下螺旋桨激振力数值计算方法。用该方法对某一螺旋桨变形前后的激振力进行数值计算,得到其轴承力和脉动压力,并对变形前后的激振力数据进行对比分析。结果表明,对于此桨的实际情况,变形前后所引起的轴承力变化十分明显,脉动压力有明显的倍轴频特性,从而导致船体的严重振动,与实际现象相符。所以工程中一定要避免螺旋桨梢部变形引起的螺距变化,并且螺旋桨相关参数要符合规范要求。     

基于振动传递分析的舰船辐射噪声特性研究

基于结构振动传递分析,采用有限元/边界元法,结合统计能量分析,探讨了舰船的辐射噪声特性以及噪声预报方法.通过建立某舰船的振动噪声分析模型,研究了船体在主机激励下的振动响应及其沿船体表面的分布规律.在此基础上,分析了各舱段的辐射声功率对舰船辐射噪声的贡献,并且对主机激励下的全船辐射噪声特性进行了研究及预报.研究工作以及所...     

船舶低噪声设计技术研究

由动力装置引起的机械噪声是影响船舶舒适度、船舶电子设备可靠性、船员工作环境的最主要噪声源,也是船舶水下辐射噪声的主要噪声源之一。随着船舶动力装置向高功率密度方向发展,船舶的噪声级越来越高,简单的振动噪声处理已难以满足其噪声和振动限值的要求。为了研究控制船舶机械噪声,提出了船舶低噪声设计方法,建立了全船振动噪声评估及控制方法的设计流程。并以某型船舶低噪声设计为例,通过实船测试,验证了船舶低噪声设计方法的正确性、可靠性和规范性。该方法可适用于各种低噪声船舶的设计中,如物探船、游船、火车渡船等。     

带有凹陷的环肋圆柱壳水下声振特性分析

为研究凹陷对环肋圆柱壳水下振动与声辐射的影响,采用结构有限元耦合流体边界元方法,通过FOR TRAN代码计算流体附加质量和附加阻尼,用DMAP代码将附加质量和附加阻尼矩阵同结构质量和结构阻尼矩阵叠加,实现了流固耦合计算,得到了在不同凹陷范围、凹陷深度、凹陷位置,以及力作用点与凹陷的相对位置时,圆柱壳的水下均方法向速度级和辐射声功率级频响曲线。分析结果表明:当力的作用点不在凹陷位置时,凹陷对圆柱壳的水下振动与辐射噪声影响很小,可以忽略;当力的作用点在凹陷位置时,带有凹陷的圆柱壳水下均方法向速度级和辐射声功率级的分贝值明显高于无凹陷时的情形,曲线峰值相差达4 dB。因此,在对带有凹陷的环肋圆柱壳进行试验研究时,应尽量避免激励力作用在凹陷位置,这样得到的结果会更准确。     

潜艇艉轴及电机激振对电机基座加速度的影响

电机振动为潜艇噪声的重要振源,掌握其特性对于优化艇体结构设计有着重要的意义。采用结构有限元耦合流体边界元的附加质量阻尼算法,对潜艇的2种不同位置激振的工况进行水下振动计算,并对数值计算结果进行了比较和分析。从离散频率的加速度值和功率两个层面上初步讨论了低频段内艉轴激振力与电机激振力对电机基座上加速度的影响。结果表明：在艉轴激振力比电机激振力大一个数量级的情况下,艉轴激振力对电机基座加速度的影响远小于电机激振力对其的影响,因而可以忽略。在实艇航行中,当艉轴与电机激振力同时存在的情况下,确保了电机振动特征信号测量的准确性。     

船舶水下辐射噪声特性研究

本文采用有限元/边界元(FEM/BEM)方法对船舶水下辐射噪声特性进行研究.首先应用五种类型的有限单元建立了接近于真实船舶结构的有限元模型(包括机舱动力设备),并应用有限元法完成了流-固耦合状态下,船舶结构振动位移响应数值计算.然后将有限元模型的外表面处理成边界元模型,并由船舶外表面位移响应计算得到用于水下辐射噪声计算的速度边界条件.最后利用边界元技术对船舶水下辐射噪声特性进行研究.本文预估了仅考虑推进柴油机激励、柴油发电机组激励、齿轮箱激励以及所有激励情况下的船舶水下辐射噪声,并将其数值计算与实际测量结果比较,比较结果符合良好.     

水线以上机电设备对船舶水下辐射噪声影响研究

建立小水线面双体船声学有限元模型,以柴油发电机组振动噪声为激励,计算该船型水线以上振动噪声源产生的水下辐射噪声。探讨船舶水线以上振动噪声对其水下辐射噪声的影响规律,为整船水下辐射噪声评估提供参考。     

基于卡尔曼滤波的水声信号线谱增强（英文）

To detect weak underwater acoustic signals radiated by submarines and other underwater equipment, an effective line spectrum enhancement algorithm based on Kalman filter and FFT processing is proposed. The proposed algorithm first determines the frequency components of the weak underwater signal and then filters the signal to enhance the line spectrum, thereby improving the signal-to-noise ratio(SNR). This paper discussed two cases: one is a simulated signal consisting of a dual-frequency sinusoidal periodic signal and Gaussian white noise, and the signal is received after passing through a Rayleigh fading channel;the other is a ship signal recorded from the South China Sea. The results show that the line spectrum of the underwater acoustic signal could be effectively enhanced in both cases, and the filtered waveform is smoother. The analysis of simulated signals and ship signal reflects the effectiveness of the proposed algorithm.     

外层蒙皮加强充水气囊圆柱壳的声辐射

为降低充水加肋圆柱壳受内部点声源激励时的辐射噪声,在其外表面整体敷设了气囊式声学覆盖层.气囊式声学覆盖层由内外层橡胶蒙皮与内部充入的气体组成,并在外层蒙皮中嵌入一层较薄的铝质芯板或在外层蒙皮中嵌入等间距的钢丝环.采用声无限元法,计算敷设气囊式声学覆盖层的充水圆柱壳的水下辐射噪声,结果表明采用铝板加强外层蒙皮的气囊式声学覆盖层可以降低充水气囊圆柱壳的水下辐射噪声,而采用钢丝环加强外层蒙皮则不能够降低充水气囊圆柱壳的水下辐射噪声.     

基于动刚度法的水面船舶桨-轴-船体耦合系统

为分析在低频段内船体两侧螺旋桨激励相位差对船体振动的影响,基于动刚度法建立水面船舶桨-轴-船体耦合系统的横向振动3梁耦合模型。将动刚度法的计算结果与有限元法进行对比,表明动刚度法具有良好的精度。分析桨-轴-船体耦合系统的垂向固有振动特性。在低频段内该系统主要表现为船体梁的振动,推进轴系对船体梁的固有特性影响较小。对左右双桨分别施加不同相位差的单位垂向简谐力,计算由各轴承位置输入至船体梁的功率流。结果表明,双桨激励相位差的增大会使输入至船体梁的功率流变小。因此,在对桨-轴-船体耦合系统的横向振动控制方面,应重点关注双桨激励相位差较大时的工况。