螺旋桨脉动推力诱导的轴系-壳体耦合振动主动控制方法研究

螺旋桨推力脉动引起的轴系-壳体耦合振动是水下航行器低频声辐射的主要原因，而且难以控制，已成为制约水下航行器声隐身性能的瓶颈。减小脉动推力通过轴系对壳体的激励作用是控制低频声辐射的根本措施，对它的研究将有助于从源头控制轴系-壳体耦合系统的水下声辐射，具有重要的实际意义。针对推力脉动诱导的振动，项目提出一种新的控制方法，通过主动减振镇定轴系纵向振动，从而抑制由推力脉动引起的壳体振动。在理论研究方面，对于轴系-壳体耦合系统，通过子系统建模并考虑耦合轴系与壳体的推力轴承特性，分析纵向、横向振动的相互作用以及推力轴承阻抗变化对耦合系统振动特性的影响，同时提出针对时变结构系统周期振动的无模型自适应抑制方法，研究主动减振对于低频周期振动的抑制作用。在实验研究方面，通过建立轴系-壳体耦合振动实验系统，验证主动减振对耦合振动的控制效果。研究成果将为主动减振方法应用于推进系统低频噪声控制提供坚实的理论依据。

本项目针对船舶推进轴系的振动噪声控制问题，研究螺旋桨轴系动力学及其振动控制方法。.根据研究计划，项目需建立面向控制的动力学模型和振动控制方法。为此，项目首先以弹性基础上的螺旋桨轴系为研究对象，通过子系统综合方法建立耦合振动方程，进行动力学与控制仿真，从原理上阐明振动传递控制的可行性，然后在此基础上提出无模型控制方法和基于模型在线辨识的振动控制方法，为参数（转速）依赖型动力学系统振动控制提供了新的思路。在轴系振动控制的实验中，测试数据表明低速运行的轴系受到橡胶轴承的摩擦激励作用比较明显。为评价界面摩擦力对轴系振动的影响，项目增加了摩擦激励下的轴系振动建模与分析方法研究内容，考虑轴系-支承系统存在的非线性，建立了可揭示水润滑轴承摩擦诱导轴系振动机理和特征的动力学模型和方法。这部分工作是对轴系动力学研究的重要补充，既丰富了项目的研究内容，又更加深刻地揭示了轴系振动的内在规律。.根据轴系振动控制与声辐射衰减的对应关系，项目提出的轴系纵振控制方法在实际系统上可明显降低由螺旋桨激励引起的结构水下声学特征。项目提出的两种轴系纵振主动控制算法，在实验模型和实际轴系的实验中都取得了良好的控制效果，振动主要特征幅值衰减可达90%以上。除了控制方法研究，项目还提出了新型大驱动力低漏磁作动器，增强了轴系振动主动控制技术的实用性。.项目提出的针对螺旋桨轴系的摩擦诱导振动力学模型和分析方法，考虑了橡胶轴承的负阻尼摩擦特性以及耦合系统的参振模态，能够对小阻尼模态的稳定性进行分析和判断。该方法已在螺旋桨轴系的实验中得到了验证，可为实际轴系的摩擦诱导振动的溯源与控制提供理论基础。.项目建立的线性、非线性振动模型分别针对较高转速下的轴系纵向振动和较低转速下的轴系横向振动，前者无需考虑橡胶轴承的非线性特性，后者则考虑橡胶轴承对轴颈的摩擦力。两种模型分别用于螺旋桨脉动推力和轴承摩擦力引起的轴系振动的规律分析和控制，对相关动力学问题研究具有重要的理论参考价值。