螺旋桨激励力下的舰船振动特性分析

《螺旋桨激励力下的舰船振动特性分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、万方数据52卷第2期(总第195期)2011年6月中国造船SHⅢBIⅢ．D玎qGOFCHINA、，oI．52No．2(SerialNo．195)Juno．201l文章编号：1000-4882(2011)02．0008．08螺旋桨激励力下的舰船振动特性分析朱理1～，庞福振2，康逢辉2(1．海军驻无锡地区军事代表局，无锡214061；2．哈尔滨工程大学水下机器人国防重点实验室，哈尔滨150001)摘要考虑螺旋桨脉动压力与轴承力的影响，开展了螺旋桨激励力对舰船振动的影响研究；分析了某舰船在最大航速、巡航速度下等不同航行状态下的舰船振动，得到了不同航行状态下舰船的振动响应；计算结果表明：高

2、航速下螺旋桨激励力对舰船的振动有一定影响，低速时螺旋桨激励力对舰船的振动影响不大；对于同一航速而言，双桨同时工作较四桨同时工作时的振动偏大，从减小振动角度出发，宜采用四桨同时推进的方式航行。关键词：船舶、舰船工程；螺旋桨；脉动压力；螺旋桨激励力；振动中图分类号：U661．64文献标识码：A0引言近年来，随着船舶的大型化、快速化及高强度钢在船舶建造中的大量使用，船舶的振动问题受到越来越广泛的关注[1圳，特别是作为船体主要振动源和噪声源之一的螺旋桨引起的船体振动【3】更是设计人员和使用人员关注的焦点：因此，开展螺旋桨对舰船振动的影响分析，为舰船设计提供参考依据，对于舰船的设计具有十分重

3、要的意义。由于船体结构是由纵骨、横梁、实肋板、肋骨、舱壁和甲板等结构体组成的复杂结构，加之船舶种类繁多、尺度差异甚大，使得螺旋桨激励力引起的舰船振动的理论分析变得十分困难；而实船试验费用高昂，且测量精度易受试验设备及试验环境的限制。随着计算机技术和有限元技术的长足发展，船体的总振动和局部动响应的数值预报方法已日趋成熟，因此，螺旋桨激励力引起的舰船振动响应可借助数值手段完成，本文即采用数值分析手段对某舰船在螺旋桨激励力载荷下的响应进行了分析。1理论基础1．1螺旋桨激励力螺旋桨激扰力十分复杂M】，通常，螺旋桨激励力按激励频率可分为两类【7—8】：一类是轴频激励力，即螺旋桨的激扰频率等于

4、桨轴转速的一阶激励力；另一类则是激扰频率等于桨轴转速玎乘以桨叶数z或桨叶数倍数的高阶激励力，称为叶频激励力或倍叶频激励力。影响叶频激励力和轴承力的因素很多，一般情况下可采用近似方法估算。高桥肇建议船舶设计阶收稿日期l2010-08．09；修改稿收稿日期：2010．11-07万方数据52卷第2期(总第195期)朱理，等：螺旋桨激励力下的舰船振动特性分析9段，无空泡时螺旋浆最大脉动压力‰，Kn，可由公式(1)给出：‰=5．773Kj,o‘SHP／(riD3)(1)式中：SHP为螺旋桨轴功率(kW)；以为轴转速，r／rain；D为螺旋桨直径，m；k为无因次系数。而设计阶段垂向轴承力幅值可

5、由式(2)给出：最=％·SHP／(IOnD)(2)式中：‰为与桨叶有关的系数。1．2船舶结构的振动响应将船体结构离散为有限个自由度后，便可用多自由度系统振动微分方程的一般形式来描述其振动。对于多自由度系统的振动‘101，其振动微分方程可描述为[M】{量}+[C]{文)+[K】{x)={，)(3)一般情况下系统的阻尼阵[C】不能对角化，如假设阻尼为Rayleigh阻尼，即：[C】_a[M】+p[K](4)则，方程(3)可变为[M】{戈)+(口[M]+∥【置】){文)+[置]{x}={，}(5)运用主坐标变换：{x)=P{z)后有：diag[Mj]{封+diag[Cj]{葑+diag[

6、gf]{z}=P1{n(6)这样就可实现系统的解耦。在求得系统主坐标下的响应{z)后，采用变换{x}=P{z}即可求得舰船的振动响应。2螺旋桨激励下舰船振动的计算模型2．1计算模型简介本文的研究对象为一大型船舶(如图1所示)，该舰主船体及上层建筑均具有多层甲板；由于排水量较大，该舰采用多叶、四桨推进：航速较低时，舰船可采用内桨单独工作、外桨单独工作或四桨同时工作的方式进行航行；航速较高时，可通过四桨同时工作以满足舰船的航速要求。2．2计算工况(a)舰船结构示意图(b)舰船螺旋桨布置示意图图l舰船结构及螺旋桨结构布置示意图万方数据学木论文本文针对该舰最大航速、巡航速度下螺旋桨激励对舰

7、船振动的影响进行了分析，共分内桨单独工作、外桨单独工作及内外桨同时工作三种情况分别进行考核。螺旋桨激励力下舰船振动计算工况见表l所示。图中各参数均为无量纲数值，其无量纲方法为：将舰船最大航速下的各项参数设为l，其它工况相对于晟大航速下各参数的比值即为各相应工况的数值(即：将CaseI各项参数设为1，其它工况与Casel中各参数的比值即为相应工况的数值)。表1螺旋桨激励下舰船振动计算工况衰·注：内、外桨区的脉动压力均取自试验结果。2．3有限元计算模型对舰船进行三维几何建