基于动态插值自适应方法的时变轴系纵向振动主动控制

推力轴承纵向刚度随转速变化的特性使推进轴系成为动态特性时变的系统。针对时变轴系纵向振动控制问题,提出动态插值自适应控制方法。建立推进轴系耦合振动模型,由频域方程得到控制通道和干扰通道的频响函数,其次建立动态插值自适应控制方法,通过插值算法动态拟合时变补偿器模型,消除时变动态特性对纵向振动控制算法稳定性的影响。为验证控制方法的有效性,分别对有、无插值的自适应控制方法进行数值仿真,仿真结果表明,动态插值自适应控制方法能有效控制推力轴承纵向振动,避免了无插值自适应控制系统的发散;在不同转速稳态运行下,有插值的控制方法能够极大地抑制推力轴承纵向振动,控制后振动加速度幅值小于无控制条件下的1/20。     

基于自适应方法的轴系纵振主动控制研究

推力轴承基座是螺旋桨纵向激励向船体传递的主要路径。针对推进轴系纵振控制问题,建立螺旋桨-轴系-推力轴承基座耦合振动模型,采用四端参数法求解模型干扰通道与控制通道的频响函数,并通过数值仿真分析主动控制效果。结果表明,在推力轴承基座上施加纵向控制力,自适应控制策略能使推力轴承基座纵向振动得到有效控制。将作动器对称安装于推力轴承基座,通过作动器输出力抵消干扰激励的影响。实验结果表明,控制方法能有效抑制推力轴承基座的纵向振动,100 Hz内的功率谱峰值下降90%左右。     

含电磁轴承的推进轴系横向振动特性研究

推进轴系振动通过轴承基座激发壳体结构,从而引起结构辐射噪声。针对推进轴系横向振动控制问题,提出采用电磁轴承抑制支承振动传递的方法。建立了包含电磁轴承的轴系动力学模型以及相应的轴系横向振动计算方法,分析了电磁轴承等效刚度对轴系振动特征和振动传递的影响规律,从理论上说明了电磁轴承用于刚度控制的可行性。仿真结果表明,轴系横向振动频率随电磁轴承刚度变化而变化,通过改变含电磁轴承的支承等效刚度,可调节轴系在不同转速下运行时的力传递特性,减小螺旋桨振动通过轴系向壳体传递。     

基于频响函数综合的推进轴系动力学建模与支撑结构参数优化分析

针对船舶推进轴系提出了一种基于频响函数综合的子结构方法,考虑了轴承液膜交叉刚度的影响、螺旋桨和推进电机同时激励的工况,分析了在螺旋桨和推进电机激励下的振动响应特性。该方法将耦合系统划分为螺旋桨-轴系、轴承、高弹、推进电机、隔振器和船体子结构,通过二次频响函数综合建立了耦合系统的频响函数表达式;利用该建模方法和灵敏度分析建立了以均方传递力、传递功率流为优化目标的优化模型,针对轴承、隔振器和高弹的刚度参数进行优化。结果表明:基于频响函数综合的子结构建模和优化方法效率高,适合于对支撑结构刚度参数进行优化;对一模型的匹配优化结果表明,轴承和隔振器刚度减小、高弹性联轴器的刚度增加对减小振动传递有利。     

含橡胶轴承轴系振动传递主动控制研究

研究基于惯性式作动器的轴系振动主动控制方法,用于抑制轴系振动向弹性基础传递。首先通过简化的轴系模型,分析了随转速变化的橡胶轴承支承特性导致轴系振动特性显著改变的原因,然后提出控制通道模型在线辨识与周期振动抑制方法。使用LMS辨识算法和子空间滤波方法获取轴系运行状态下的控制通道的脉冲响应,滤除其中由转速调制的周期干扰信号,并使用内嵌饱和抑制与干扰重构的Filtered-x LMS算法构建由转速调制的周期干扰的抑制方法。仿真和试验结果表明,经过滤波的脉冲响应的在线辨识模型更加有效,而且控制方法能够抑制转速调制的周期干扰,减小弹性基础振动。     

轴—壳体系统耦合振动的建模与分析

耦合振动建模与分析是振动控制的基础。针对末端带有集中质量的轴与加筋壳体的耦合系统,分别利用解析法和有限元法计算轴系导纳和加筋壳体导纳,并将艉轴承与推力轴承作为子结构连接单元,通过频响函数综合进行模型合成,得到整个系统的频域描述模型。在此模型基础上,分析了系统振动固有特性及其随轴承刚度的变化规律,并讨论在轴上实施纵向振动控制的可行性。结果表明,推力轴承刚度改变轴系纵振频率,对纵振能量传递有明显影响;轴系纵向振动不仅会引起壳体纵向共振,还会引起壳体弯曲振动,形成轴-壳体纵横耦合模态;轴的纵向振动控制可以减小耦合系统振动。     

船舶推进轴系纵向振动抑制研究

针对船舶轴系的纵向振动情况,建立“螺旋桨—轴系”纵向振动的动力学模型,并推导出其前3阶模态振型。同时,建立轴系的有限元模型,并将计算结果与解析解进行对比。提出用动力消振的方法对船舶轴系的纵向振动进行抑制。通过对实际转速下轴系纵向振动情况的仿真模拟,发现在船舶正常工作范围内,轴系的实际振动状况与其1阶模态十分接近,于是利用轴系纵向振动的响应在其第1阶模态处进行截断,列出轴系加装动力吸振器之后的动力学微分方程,并推导出加装动力吸振器后系统的响应表达式。针对系统的响应公式,设想利用磁流变弹性体材料制作宽频动力吸振器,并进行简单的概念设计。提出的设计方案为船舶推进轴系振动抑制提供一种新的思路。     

螺旋桨-轴系-艇体耦合系统振动控制分析与试验

针对螺旋桨非定常激励力经由推进轴系激励艇体结构从而诱发辐射噪声问题,提出一种轴系纵向振动主动控制方法,将纵振控制器对称安装于推力轴承座上,通过反馈控制抑制轴承座振动。对螺旋桨-轴系-艇体耦合系统进行振动建模、控制和声辐射仿真分析,结果表明由纵向激励引起的艇体振动和辐射噪声能够得到抑制。为验证纵振控制器效果,在推进轴系试验台上进行试验验证,结果表明主动控制能够有效抑制推力轴承基座的纵向振动。     

磁流变弹性体动力吸振器的实验

针对船舶轴系纵向振动控制展开研究。结合智能材料磁流变弹性体结构特点,提出一种新型动力吸振器结构--磁流变弹性体动力吸振器(MRE-DVA)—的思想,通过利用磁流变弹性体的刚度可调特性设计一种新型的宽频吸振器,实现变转速工况下对船舶轴系纵向振动的有效控制。加工相应的轴系半主动控制吸振器,并进行移频效应测试试验,验证利用磁流变弹性体流变特性设计动力吸振器的构想,从而为推进轴系的纵向振动控制提供理论和工程依据。     

C-M-C模型在共振转换器线谱消减上的应用

针对目前消减舰船轴系纵向振动线谱的共振转换器设计理论计算繁琐、实验耗时长的问题,采用Hypermesh软件对轴系及其共振转换器进行有限元建模,提出通过共振转换器的C-M-C(CBUSH-MASS-CBUSH)模型来模拟其质量、刚度和阻尼的并联结构的建模方法。探讨了改变共振转换器的质量比u和阻尼值c对轴系纵向振动减振的效果,定性分析C-M-C模型在不同质量比和阻尼值下的适用性,得到了随质量比和随阻尼值变化的加速度频率响应曲线。结果表明,C-M-C模型能很好的反映共振转换器的特性,且与实验结果基本吻合。C-M-C模型的使用,能为纵向振动调频减振提供一种有效的仿真分析方法。     

中空轴系多模态纵向减振研究

采用阻尼动力吸振器对中空轴系纵向多阶模态进行振动控制,结合子结构综合法和传递矩阵法,建立了多个阻尼动力吸振器-轴系耦合系统的动力学模型,并进行了动力学特性分析。考虑到各阶阻尼动力吸振器间的相互影响,以极小化目标频段范围内轴系位移响应的均方值为目标函数,对各阶阻尼动力吸振器的参数进行了联合优化;针对轴系中空特点,设计了阻尼动力吸振器的具体结构形式,利用有限元仿真对理论计算进行了验证。研究表明:轴系多模态控制时,在多阶阻尼动力吸振器作用下,目标频段范围内的轴系纵向共振峰得到抑制,频响曲线趋于平缓;对多阶吸振器进行联合优化后,吸振器的吸振效果得到进一步提升;提出的多阶吸振器设计方法能为连续系统多模态振动控制提供参考。     

推进轴系纵向振动引起的艇体声振特性分析

螺旋桨在艇体艉部不均匀伴流场中旋转产生的脉动推力激励起推进轴系纵向振动,振动经推力轴承基座传递至艇体,引起艇体水下低频辐射噪声。通过建立推进轴系、推力轴承基座和艇体耦合结构模型,分析推进轴系─艇体的耦合振动模态,结果显示,艇体弹性支撑边界条件对推进轴系的纵向振动特性有一定影响。采用基于模态叠加法的有限元结合边界元方法分析推进轴系纵向振动激励下的艇体水下辐射声场,分析表明,艇体第1阶纵向振动模态是参与艇体水下声辐射的主模态。进一步在推力轴承及其基座间安装动力吸振器以减小推进轴系纵向振动向艇体的传递,使艇体水下辐射噪声得到一定程度上的控制。     

基于模型实时辨识自适应控制算法的时变机械系统振动主动控制

参数时变的现象广泛存在于机械系统。如果系统参数随着时间而发生较大变化,振动主动控制方案就需要考虑时变参数对控制算法的影响。针对动力学特性变化较大的时变机械系统振动,提出一种模型实时辨识自适应控制算法,该算法将传统的滤波自适应算法与递归预测误差方法相结合,利用改变梯度的递归预测误差方法实时估计控制通道模型。建立弹簧质量支承的非均匀截面杆纵向振动时域模型,模型中随时间而变化的弹簧刚度导致模型动力学特性发生较大变化。用模型实时辨识自适应控制算法对建立的杆模型进行振动控制数值仿真,仿真结果表明,所提出的控制算法能有效抑制时变系统的窄带和宽带振动。相对于现有的方法,该控制算法能实现更好的控制性能。最后,将所提出的控制算法应用到时变的摇摆系统振动控制,实验结果验证了所提出控制算法的可行性和有效性。     

推进系统参数变化对液体火箭纵向振动响应的影响分析

为了优化液体火箭推进系统,避免POGO振动引起液体火箭低频振动环境恶化对火箭飞行过程的不利影响,建立了液体火箭POGO振动系统的动力学模型,利用动态灵敏度技术,提出了液体火箭纵向振动响应对推进系统参数的灵敏度时域分析模型。通过数值仿真,得到了推进系统流体惯性、阻力和刚度参数以及泵的动态增益变化对液体火箭纵向振动响应的影响规律。研究结果表明,液体火箭纵向振动响应对流体惯性和阻力参数的敏感程度比流体刚度参数明显大,泵动态增益的变化对液体火箭纵向振动响应的影响最大,泵前短管的流体刚度变化对液体火箭纵向振动响应的影响最小。为减小液体火箭纵向振动,进一步研究POGO振动特性提供参考。     

推进轴系橡胶艉轴承刚度等效研究

研究推进轴系橡胶艉轴承刚度等效方法,给出重力作用下的轴系艉轴承的等效支承位置及刚度。建立转轴-轴承非线性接触有限元模型,获得轴承表面压力和位移分布,然后采用单点、多点支承模型进行刚度等效。结果表明,单点支承等效可以较为准确地描述转轴位移,但转角不够准确;5点支承等效较单点支承等效具有更高的精度,可以较为准确地描述轴系变形,而且动刚度等效也能较准确地描述频响特性(微幅振动条件下),尤其对于低频区域(小于60 Hz),与转轴-轴承接触模型的计算结果几乎一致。     

带齿轮副船舶推进轴系动态响应仿真研究

为更好分析及准确判断船用齿轮箱故障,以某江海直达货船推进轴系为研究对象,建立带齿轮副推进轴系的扭转振动模型,运用齿轮副时变啮合刚度理论计算方法,分析齿轮副在故障态下啮合刚度的变化,拓展传统推进轴系瞬态响应计算。基于有限元分析与信号处理软件得到考虑时变啮合刚度时正常态与故障态下带齿轮箱推进轴系瞬态响应频谱,并分析频谱中故障频率的成分与特点,为完整推进轴系齿轮副故障分析提供依据。     

船舶推进轴系的扭转-纵向冲击响应

以某柴油机推进轴系为例,建立了扭转-纵向冲击有限元模型,加入柴油机曲轴和螺旋桨附水引起的扭纵耦合效应,研究了扭纵耦合轴系的自由振动和扭转-纵向冲击响应,并与无耦合轴系结果进行对比,分析了扭纵耦合效应对推进轴系自由振动和冲击响应的影响。结果表明,扭纵耦合效应对推进轴系的固有频率影响不大,但它明显地影响了冲击响应,扭纵耦合下,单一类型(扭转或纵向)冲击会同时激发纵向和扭转振动,并且引起较大的位移和扭矩波动,威胁轴系运行安全。因此船舶推进轴系的扭转-纵向冲击在设计阶段应予以足够的重视。     

推力轴承油膜刚度对轴系－艇体结构 耦合振动的影响研究

在轴系－艇体结构耦合系统中,推力轴承是轴系与艇体结构振动耦合的关键部件之一,其阻抗特性直接决定了纵向脉动力到艇体结构的传递特性,对系统的耦合振动有着至关重要的影响。对推力轴承的动力学特性进行研究,得到在螺旋桨不同转速下的推力轴承油膜刚度,并将其应用于轴系－艇体结构耦合系统的动力学模型中,进而对不同转速下的轴系－艇体结构耦合振动进行分析。结果表明,推力轴承油膜刚度在中低转速条件下是纵向脉动力向艇体结构传递的重要影响因素,因而对螺旋桨纵向脉动力诱导的艇体结构振动与声辐射的预报和控制必须对其加以考虑。     

随机载荷下内燃机轴系动力的可靠性

考虑内燃机轴系激振力矩刚度非线性和随机性的影响,通过轴系扭纵耦合非线性动力学模型和虚拟激励法来计算轴系随机响应,依据首次超越破坏原则探讨随机载荷下内燃机轴系动力的可靠性。通过仿真计算得出平稳随机激励比非平稳的动力可靠性高,纵向振动和随机激励的传递路径对动力可靠性有一定的影响等结果。     

船舶推进轴系振动控制研究

推进轴系运行引起的振动是船舶艉部振动噪声的主要噪声源,轴系振动控制对船舶振动噪声控制有重要意义。从系统动力特性设计角度出发,对影响轴系振动的因素进行了理论分析,提出了控制轴系纵向一阶叶频临界转速、缩短推进器悬臂长度、开展轴系与结构动力学匹配设计等振动控制措施。通过台架试验对理论研究结果进行了验证,结果表明所提出的振动控制措施切实有效,对实船推进轴系振动控制具有实际指导意义。