[发明专利]推进轴系振动控制的压电分流半被动控制装置及设计方法

说明书

本发明提供了一种推进轴系振动控制的压电分流半被动控制装置及设计方法，包括：压电分流电路：连接在推进轴系的推进轴上，随所述推进轴旋转；供电装置：包括静止端和旋转端，所述旋转端连接在所述推进轴上，随所述推进轴旋转，并与所述压电分流电路电连接，所述静止端设置于所述旋转端的外围，通过所述旋转端向所述压电分流电路供电。本发明采取动力吸振措施可有效抑制螺旋桨的纵向和横向振动，附加质量小，对轴系不对中等的影响小。

技术领域

本发明涉及船舶减振技术领域，具体地，涉及一种推进轴系纵、横振动控制的压电分流半被动控制装置及其设计方法、使用方法。

背景技术

推进轴系的低频段存在突出的系统固有频率峰值，包括轴系的纵向和横向弯曲振动模态、螺旋桨的振动模态。由于螺旋桨宽带激励力大并且随着频率的升高会逐渐下降，并且纵向宽带激励力是横向宽带激励力的4～5倍，因此以轴系一阶纵向振动模态和一阶横向弯曲振动模态处的峰值最为突出。如果能够将这两个峰值进行控制，那么船体结构的振动噪声问题可以得到较好的控制。当所采用的轴系轴承为非常规推力轴承，如永磁轴承时，此时带来两个显著的问题，一是非接触式的永磁轴承阻尼非常小，难以有效抑制这两个峰值处的振动传递；二是永磁轴承的动刚度非线性现象比较明显，使得在不同转速下(不同静推力下)推进轴系的一阶纵振模态频率的变化范围比较宽泛。因此采用永磁轴承后进行振动控制的难度提高，一是无法在推力轴承内部进行振动控制处理，二是振动控制措施需要适应一定的带宽频率范围。

目前推进轴系上采用的振动控制手段有纵向减振器隔振、共振变换器隔振、动力反共振隔振、主动吸振器吸振、基座上的动力吸振器、空心轴系内部的动力吸振器、在推力轴承内部的隔振和吸振处理。其中，隔振虽然能够降低振动某一频率以上的振动传递，但是会对螺旋桨的振动声辐射产生影响；动力反共振会放大某一频率以上的振动传递；主动动力吸振器由于采用了主动控制措施，系统较为复杂；动力吸振器由于需要控制低频振动，其所需的质量代价较大，特别是对于轴系第一阶纵振模态，其模态质量基本上与整个螺旋桨-轴系的质量相等(约15吨)，采用传统动力吸振器需要2％倍模态质量，动辄达到300kg，这个重量量级在工程上无法承受；此外，推力轴承与转速有一定的相关性，不同转速下由于推力轴承的刚度不一样，导致轴系第一阶纵振模态发生偏移，动力吸振器需要在较大的频率偏移范围均具有很好的动力吸振效果，这对于传统动力吸振器较难。

公开号为CN104590528A的专利公开了一种基于压电叠堆-液压微位移放大的船艇推进轴系纵向振动控制装置，该装置包括依次信号连接的轴向振动测量系统、推力脉动控制器、功率放大器和位移控制执行机构，位移控制执行机构包括：压电叠堆，用于接收功率放大器发出的电信号并产生相应的输出位移；液压微位移放大器，包括两端开口的液压放大腔，液压放大腔的两端分别密封配合有大小两个活塞，大活塞与压电叠堆的位移输出端相作用，小活塞通过滑阀阀芯与船艇推进轴系的止推轴承相作用。但所述系统包括测量、控制和压电叠堆液压微位移放大器执行机构等，系统复杂。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种推进轴系纵横振动控制的压电分流半被动控制装置及设计方法。

根据本发明提供的一种推进轴系的推进轴系纵横振动控制的压电分流半被动控制装置，包括：

压电分流电路：连接在推进轴系的推进轴上，随所述推进轴旋转；

供电装置：包括静止端和旋转端，所述旋转端连接在所述推进轴上，随所述推进轴旋转，并与所述压电分流电路电连接，所述静止端设置于所述旋转端的外围，通过所述旋转端向所述压电分流电路供电。

优选地，所述压电分流电路包括：压电片、负电容、合成电感和电阻；

所述供电装置与所述合成电感、负电容连接，所述电阻通过所述合成电感连接所述压电片。

优选地，所述负电容采取串联连接方式，供电装置与合成电感312、负电容314连接，合成电感312和负电容314顺序连接，电阻通过合成电感连接压电片。