[发明专利]一种船舶螺旋桨低频纵向轴承力间接测量方法

说明书

本发明实施例提供了一种船舶螺旋桨低频纵向轴承力间接测量方法，包括空气中螺旋桨‑轴系纵向振动传递函数预测模型构建、坞内桨轴系统振动测量及传递函数预测模型修正、实船振动测量及传递函数模型修正、螺旋桨低频纵向轴承力辨识方法。通过仿真及测试修正完善桨轴系统纵向振动传递预测模型，结合实船舷内轴段振动响应测量结果，基于激励力辨识技术得到实船螺旋桨低频纵向轴承力，工程可实施性强、测量简单，且可保持一定的预测精度。

技术领域

本发明属于船舶减振降噪技术领域，涉及一种船舶螺旋桨低频纵向轴承力间接测量方法。

背景技术

舰船及科考类船舶的结构振动及水下辐射噪声控制是总体设计中需要解决的关键问题之一。螺旋桨在船舶尾部非均匀流中运行时会产生脉动压力及轴承力，进而激起船体结构振动及辐射噪声，掌握螺旋桨脉动压力、轴承力等激励力特性对同型船舶的声学优化改进设计至关重要。实船航行过程中，螺旋桨脉动压力可利用布置在螺旋桨上方的压力传感器进行直接测量，而螺旋桨轴承力难以直接测量。轴承力包含纵向、横向、垂向3个力分量以及3个力矩分量，其中纵向力分量最为重要，其能量主要集中于100Hz以内的低频段，可激起推进轴系的纵向振动模态，引起较强的结构振动及辐射噪声。目前，通常采用计算流体动力学(CFD)仿真技术或缩比模型试验技术对螺旋桨轴承力进行预测，但其准确性、有效性有待验证。因此，实船螺旋桨低频轴向轴承力的测量非常重要。

根据螺旋桨轴承力的形成机理，该激励力产生于桨叶部位。桨叶在海水中运转，难以在桨叶部位直接布置传感器进行测量；且相对于测量应变、位移、速度、加速度等而言，测量动态力本身就存在固有的技术难度。但是，在振动响应测量、力与振动传递函数测量的基础上，可利用激励力辨识技术对动态力进行间接测量。因此，需针对实船螺旋桨激励力的特点及测试的可行性研究提出螺旋桨低频动态轴承力的间接测量方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种船舶螺旋桨低频纵向轴承力间接测量方法，其特征在于，包括步骤:

步骤1：建立空气中螺旋桨纵向激励力-轴段响应传递函数预报模型：

步骤2：通过坞内振动测量验证、修正传递函数预报模型；

步骤3：根据实船振动测量结果验证、修正传递函数预报模型；

步骤4：预测螺旋桨低频纵向轴承力。

优选地，所述步骤1包括：

根据船舶推进轴系设计图纸，建立螺旋桨-轴系纵向振动传递函数预报模型M1；

螺旋桨模型应计入桨叶低阶弯曲振动特性及螺旋桨质量；轴段采用梁模型，推力轴承采用等效刚度模型；利用螺旋桨-轴系纵向振动传递函数预报模型M1计算得到传递函数H1(ω)。

优选地，所述步骤2包括：

与步骤1中激励力、振动响应点位置保持一致，在坞内状态下测量螺旋桨纵向激励力-轴段典型部位响应的传递函数及低阶振动模态；

利用在坞内状态下测量螺旋桨纵向激励力-轴段典型部位响应的传递函数及低阶振动模态对传递函数H1(ω)进行验证与修正。

优选地，所述步骤2包括：修正计算模型中的推力轴承等效刚度参数、系统阻尼参数、螺旋桨效模型参数，得到修正后的传递函数预测模型M2及传递函数H2(ω)。

优选地，所述步骤3包括：与步骤1中振动响应位置保持一致，通过测量不同转速下的振动响应，确定桨轴系统前两阶纵向振动模态；

通过与步骤2中模型计算得到的前两阶纵向振动模态对比，得到桨叶附连水系数、推力轴承刚度系数两个关键参数；

将两个关键修正参数代入传递函数预测模型M2后得到实船工况下的螺旋桨纵向激励力-轴段响应传递函数H(ω)。