螺旋桨纵向脉动力经轴系引起的结构振动特性及控制方法研究

螺旋桨在不均匀伴流场中运转，桨叶上将产生周期变化的轴向推力，此激振力经由推进轴系、推力轴承传递到结构上，引起结构产生较强的振动与辐射噪声。本项目即主要对螺旋桨纵向脉动力经由轴系所引起的水下结构振动与辐射噪声开展研究，根据实际结构的位置关系及各自的振动特性，建立螺旋桨-轴系及水下结构耦合振动辐射噪声的普遍性数学仿真模型，分析得到此耦合系统的振动噪声规律特性。.在已建立的分析模型基础上，研究推力轴承支撑方式、纵向减振装置对结构振动的控制效果，同时从能量流的角度进行分析，得到螺旋桨脉动激励能量在轴系、结构内部的传递规律，并通过试验进行规律验证，最终得到螺旋桨-轴系及水下结构耦合振动辐射噪声规律特性及控制措施，为结构低噪声设计提供理论支撑。

目前，由于隐蔽性和舒适性的需求，水下结构的振动噪声问题得到了广泛的研究。围绕螺旋桨脉动激励经由推进轴系激励壳体结构辐射噪声问题开展的研究仅针对单一的轴系或壳体结构，如分析螺旋桨激振力的分析方法、轴系的纵振、横振计算及其影响因素研究、壳体结构的受迫振动特性等，而针对螺旋桨脉动力通过轴系激励壳体结构产生辐射噪声开展的研究较少。.本项目主要围绕螺旋桨纵向脉动力经由轴系引起的水下结构振动与辐射噪声问题开展研究，根据实际结构的位置关系及各自的振动特性，建立螺旋桨-轴系及水下结构耦合振动辐射噪声的仿真分析模型，研究螺旋桨纵向激振力作用下结构的振动响应特性；研究推力轴承支撑样式、改变结构参数及加装减振元件对螺旋桨-轴系-壳体耦合振动的影响，探索耦合系统振动噪声控制方法；在仿真模型基础上，研究螺旋桨纵向激振力作用下轴系与壳体结构的振动能量分布规律，从能量角度分析推力轴承支撑形式、纵向减振装置对结构振动的影响规律；建立模拟台架，从试验角度进行螺旋桨-轴系-壳体结构耦合振动规律分析，同时验证建模方法、分析方法及振动控制效果。.通过本项目研究，基于改进傅里叶级数方法建立了任意边界耦合梁模型及圆柱壳分析模型，使用瑞利-里兹方法建立了梁、壳耦合分析模型，利用有限元方法对系统振动特性进行了验证比较，结果误差较小。在此基础上，改变了推力轴承结构形式、加装了纵向减振元件，研究结果表明，螺旋桨纵向力传递到壳体时带有轴系的振动特性，壳体结构振动响应中存在明显的轴系纵振固有频率，且在振动响应中起主要作用，可以通过优化振动传递路径达到耦合系统振动控制。推力轴承刚度对系统振动特性影响较大，降低刚度将使壳体响应共振峰向低频移动且峰值降低；改变推力轴承结构将使振动能量由点传递变为线传递，由于引入了舱板振动特性，使壳体响应变化复杂，在部分频段可以使振动响应得到降低；纵向减振元件的引入降低了轴系纵振频率，对壳体振动有较好的控制效果。通过试验研究，验证了本文的分析方法，并通过壳体振动响应验证了控制措施的有效性。.课题首次建立了复杂轴系与圆柱壳结构的耦合理论模型，对轴系纵振引起的轴系-圆柱壳体耦合振动特性进行了研究工作，针对耦合系统特点有针对性的提出了控制方法并进行了效果分析，研究结论可用于螺旋桨激励力经由轴系引起的船舶结构振动噪声特性的初步分析，为耦合系统振动控制提出了可行的方法，为船舶轴系设计及振动控制提供理