摘要：针对小水线面双体船螺旋桨-轴系-船体耦合系统,利用耦合有限元方法建立了水体-螺旋桨-轴系和船体-水体子系统的耦合动力学模型,进行谐响应计算得到各个子系统轴承连接点处的导纳,把轴承作为弹性连接单元,通过频响综合得到整个系统的频域响应,再由边界元计算得到声场响应。该方法可考虑流固耦合螺旋桨的弹性、螺旋桨轴系与船体的耦合效应。结果表明螺旋桨激励下船体辐射声功率的特征峰值主要有轴系的一阶纵振和螺旋桨的第一、二阶同向振动湿模态,即辐射噪声谱的特征体现在轴系和螺旋桨。因此,针对螺旋桨激励下的桨-轴-船耦合系统部分的噪声,隐身设计的重要内容是螺旋桨和轴系参数的优化。该方法可对桨-轴-船体耦合系统中螺旋桨和轴系的参数分析提供高效的分析手段,从而为隐身优化设计提出明确的指导方向,具有重要工程意义。

摘要：针对带复杂管路的舱筏隔振系统,利用基于频响函数子结构综合的建模方法,建立带管路的一般的舱筏隔振系统动力学模型。针对设备管路与舱筏、艇体的连接方式,提出三种不同管路连接方式下的舱筏隔振系统设计方案。通过对方案进行对比分析,建立设备管路的设计准则。结果表明,设备管路最好通过刚性连接对称固定到舱筏上,然后管路再通过弹性连接与艇体连接,这样可以有效地降低艇体振动声辐射。

摘要：[目的]波传播分析法也称WPA法,在分析混合动力系统(如浮筏)中弹性波的抵消机制方面具有独特的优点。[方法]基于WPA法,从振动微分方程和弹性波的传播、反射视角解析结构噪声。[结果]分析表明:WPA法使研究者能够从表观参数(如振动加速度)进入内核参数(弹性波),深层剖析振动能量的注入、传导以及波与声辐射之间的因果关系。WPA法可嵌入谐力相位表达,能够研究多源抵消机制;由于采用指数型函数,方程的推导具有规律性和规整性,适合工程技术人员开展深入的机理分析。[结论]从"复杂系统"到"简单系统"抽象,WPA法更容易发现共同性和关键性的一般科学规律,从而实现系统动力学性能的极致设计。

摘要：[目的]隔振推力轴承是用于轴系纵向振动控制的新装置。试验中,发现轴系传递特性与理论预报值差距大,经判断是某隔振推力轴承出现了较严重的振动能量泄漏。为追溯系统声学性能不佳的成因及确定优化改进方向,聚焦推力轴承弹性部件开展研究。[方法]以裸弹簧和隔振缸为研究对象,反演隔振推力轴承振动传递。基于隔振理论与动力学试验,建立螺旋弹簧隔振缸动力学模型,设计垂向试验台架。[结果]研究结果表明:螺旋弹簧共振峰尖锐、光滑,而隔振缸的共振峰平坦且伴有接触摩擦产生的谐波成分;当存在接触摩擦时,产生了附加刚度和附加阻尼,显著影响了隔振缸的传递特性。[结论]研究验证了螺旋弹簧隔振缸的动力学模型。理想状态下所得的螺旋弹簧传递特性可作为隔振缸的优化改进标杆,结论可为轴系隔振的优化改进提供理论支撑,具有重要的工程价值。

摘要：[目的]旨在构建带有液舱的浮筏隔振系统以研究液舱介质的质量效应、液舱结构形式及其结构刚度和装载率、筏架结构刚度对该系统声学性能的影响。[方法]以带有长方形和圆柱形液舱的浮筏隔振系统为对象,建立耦合系统流固耦合有限元模型,将力传递率和功率流作为声学性能评价参数,分别研究液体介质的质量效应、液舱的结构形式及其结构刚度、液舱体积装载率和筏架结构刚度对浮筏隔振系统声学性能的影响规律。[结果]对两种形式的液舱浮筏隔振系统的计算分析表明,二者具有相似的规律。液舱和筏架的结构刚度一定程度上会影响液体介质的质量效应。[结论]若要通过发挥大装载率情况下液舱内的液体质量效应来提高浮筏声学性能,液舱和筏架结构的设计必须拥有足够的刚度;在液舱结构具有足够刚度的情况下,浮筏系统低频声学性能将随液舱装载率的增加而明显改善。

摘要：针对齿轮内部激励及齿轮副激励力特性问题,建立跨接齿轮三维有限元模型,基于接触有限元方法对跨接齿轮开展时变啮合刚度的计算;在此基础上建立跨接齿轮-轴-轴承模型,基于有限元软件隐式动力学计算方法,进行动态响应及激励力的计算。结果表明,采用接触有限元方法能够得到跨接齿轮的考虑初始啮合相位的时变啮合刚度,动态激励力以啮合频率为主,伴随有以转动频率为调制频率的边频带。

摘要：[目的]发现了一种螺旋桨噪声新成分——螺旋桨低频弹性被激发而形成的声辐射,特别是桨叶同相模态被激发引起的强烈声辐射,我们称之为“水母模态”,由其激发诱导的推进器轴系艇体系统低频窄带声辐射,并称为“水母效应”。为揭示其形成机理,开展螺旋桨低频固有振动特性研究。[方法]基于精细网格有限元方法分析螺旋桨的模态特征,得到空气和水介质中螺旋桨模态特性以及桨叶失谐对模态特性的影响规律;引用循环对称结构振动理论,对数值计算结果予以进一步验证。[结果]结果表明,在空气和水介质中,螺旋桨振动模态具有分组特征以及组内呈现出单频、重频模态的特征;桨叶失谐对重频模态影响较大而对单频模态/振型影响较小;精细化有限元计算结果与循环对称结构理论分析一致。[结论]本研究揭示了螺旋桨的低频模态特性,为螺旋桨低频噪声机理分析和控制提供了理论支撑,具有理论和工程应用价值。

摘要：[目的]碳纤维复合材料(CFRP)螺旋桨具有轻质高强、低振动、低噪音、耐腐蚀、抗疲劳等优势。为了准确获知CFRP螺旋桨桨叶在水动力载荷下的变形和应变,提出一种水下运转状态下CFRP螺旋桨动应变在线测试方法。[方法]将光纤光栅(FBG)传感器预埋于CFRP螺旋桨,搭建CFRP螺旋桨水下动应变测试系统,设置2类测试工况:进速为0 m/s,转速从50~400 r/min依次增加;转速保持427 r/min不变,进速从0~1.6 m/s依次增加。通过FBG传感器采集上述2类工况下CFRP螺旋桨的动应变数据,对动应变数据进行时域和频谱分析。[结果]结果表明,CFRP螺旋桨上各测点的动应变特征频率一致,且与转速相关;各测点的动应变峰值取决于测点位置,即螺旋桨的结构力学特征。[结论]实现了CFRP螺旋桨在水下运转状态下的动应变在线测试,测试结果合理可靠,可为CFRP螺旋桨的理论设计和分析提供重要的实证依据,对研究螺旋桨振动噪声和水动力性能具有重要意义。

摘要：[目的]螺旋桨“水母模态”被激发可诱导出强烈的低频窄带声辐射。在此基础上,分析“水母模态”的第2种机制:由纵振传递引起的艇体结构振动声辐射−我们称之为潜艇的“水母效应”。[方法]基于等效声源法建立螺旋桨直发声偶极子模型;根据耦合有限元/边界元方法建立桨-轴-艇系统振动声辐射数值模型。[结果]研究表明:螺旋桨“水母模态”被激直发声因偶极子叠加而显著增强;螺旋桨低频弹性模态将桨-轴-艇系统的动态力传递显著放大,使纵振辐射水平大幅提高成重要声特征;横向激励与螺旋桨重频模态关联。[结论]研究揭示的潜艇“水母效应”概念内涵及发声机理,可为低噪声螺旋桨设计及舰船推进系统噪声控制提供基础理论,具有重要的理论和工程价值。

摘要：[目的]为了研究船用齿轮传动-推进系统的动态响应特性及影响规律,开展一系列台架试验。[方法]首先,搭建包含跨接齿轮箱的双轴齿轮传动-推进系统试验台架;然后,开展齿轮箱体及推进轴系的加速度响应测试,对比分析转速、驱动方式、轴向静推力、螺旋桨模拟轴向动态激励力等因素对系统动态响应特性的影响。[结果]试验结果表明:振动加速度响应在齿轮传动-推进系统中的传递规律以啮合频率及倍频为主,部分工况在30~80 Hz的低频段也存在峰值。[结论]研究结果可为齿轮传动-推进系统的减振降噪设计提供技术支撑。