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螺旋槳低頻振動(dòng)聲輻射特性研究——水母模態(tài)

發(fā)布時(shí)間:2021-02-13 08:11
  [目的]發(fā)現(xiàn)了一種螺旋槳噪聲新成分——螺旋槳低頻彈性被激發(fā)而形成的聲輻射,特別是槳葉同相模態(tài)被激發(fā)引起的強(qiáng)烈聲輻射,我們稱之為"水母模態(tài)",由其激發(fā)誘導(dǎo)的推進(jìn)器軸系艇體系統(tǒng)低頻窄帶聲輻射,并稱為"水母效應(yīng)"。為揭示其形成機(jī)理,開展螺旋槳低頻固有振動(dòng)特性研究。[方法]基于精細(xì)網(wǎng)格有限元方法分析螺旋槳的模態(tài)特征,得到空氣和水介質(zhì)中螺旋槳模態(tài)特性以及槳葉失諧對(duì)模態(tài)特性的影響規(guī)律;引用循環(huán)對(duì)稱結(jié)構(gòu)振動(dòng)理論,對(duì)數(shù)值計(jì)算結(jié)果予以進(jìn)一步驗(yàn)證。[結(jié)果]結(jié)果表明,在空氣和水介質(zhì)中,螺旋槳振動(dòng)模態(tài)具有分組特征以及組內(nèi)呈現(xiàn)出單頻、重頻模態(tài)的特征;槳葉失諧對(duì)重頻模態(tài)影響較大而對(duì)單頻模態(tài)/振型影響較小;精細(xì)化有限元計(jì)算結(jié)果與循環(huán)對(duì)稱結(jié)構(gòu)理論分析一致。[結(jié)論]本研究揭示了螺旋槳的低頻模態(tài)特性,為螺旋槳低頻噪聲機(jī)理分析和控制提供了理論支撐,具有理論和工程應(yīng)用價(jià)值。 

【文章來源】:中國艦船研究. 2020,15(03)北大核心

【文章頁數(shù)】:6 頁

【部分圖文】:

螺旋槳低頻振動(dòng)聲輻射特性研究——水母模態(tài)


7葉螺旋槳精細(xì)化有限元計(jì)算模型

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為進(jìn)一步說明單頻和重頻模態(tài)的振型特征,給出了其振型圖,如圖2所示。用N和P分別表征同一瞬間槳葉振動(dòng)沿軸線向前與向后的振動(dòng)形態(tài)。由圖可以看出,7葉螺旋槳的模態(tài)振型按照模態(tài)頻率分為了4組,其中單頻模態(tài)振型記為NNNNNNN,即7個(gè)槳葉同相位振動(dòng),振型形似水母運(yùn)動(dòng),故命名為“水母模態(tài)”。其他3組為重頻模態(tài),其振型分別為NPNPNPN(PNPNPNP),NNPPNNP(PPNNPPN)和NNNPPPN(PPPNNNP),兩兩正交。另外還可以看出,3組重頻模態(tài)的振型全部為(3,4)組合,即3個(gè)槳葉振動(dòng)與另外4個(gè)槳葉振動(dòng)反相,不存在(1,6)組合(即振型為PPPNPPP)和(2,5)組合(即振型為PPNPPNP)等模態(tài)特征。1.2.2 5葉螺旋槳模態(tài)特性

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為了揭示螺旋槳模態(tài)特征的普遍性,進(jìn)一步分析了5葉螺旋槳的模態(tài)特性,如圖3所示。槳葉計(jì)算模型同圖1,由在周向進(jìn)行72°陣列得到。表2給出了5葉螺旋槳的低頻模態(tài)計(jì)算結(jié)果。其低頻模態(tài)同樣呈現(xiàn)明顯的分組特征,每組5個(gè)模態(tài)。在第1組模態(tài)中,每個(gè)槳葉的振型為其第1階彎曲模態(tài)振型,組內(nèi)不同模態(tài)槳葉間相位關(guān)系不同;在第2組模態(tài)中,每個(gè)槳葉振型為其第2階模態(tài)振型,組內(nèi)不同模態(tài)槳葉間相位關(guān)系不同。同組內(nèi)5個(gè)模態(tài)的頻率相近,不同組間的模態(tài)頻率差別較大。

【參考文獻(xiàn)】:
期刊論文
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本文編號(hào):3032226

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