【摘要】：HAP三組元推進(jìn)劑燃料艙是大功率魚雷燃?xì)鉁u輪機動力能源段的重要組成部分,燃料艙工作過程中,海水推動活塞完成HAP水溶液的擠代供應(yīng)。因HAP水溶液與海水密度存在明顯差異,燃料艙增壓擠代過程屬于典型的質(zhì)量時變系統(tǒng)。本文針對HAP燃料艙,開展質(zhì)量時變過程中的模態(tài)分析研究,可為燃料艙振動特性分析及全雷振動與噪聲分析奠定良好的基礎(chǔ),具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價值。本文基于Rayleigh-Ritz能量法建立HAP燃料艙未充液情況下的干模態(tài)結(jié)構(gòu)動力學(xué)方程,在此基礎(chǔ)上分別采用聲固耦合法、附加質(zhì)量法及虛擬質(zhì)量法建立充液情況下的濕模態(tài)結(jié)構(gòu)動力學(xué)方程。根據(jù)工作過程中HAP水溶液、擠代水質(zhì)量變化和活塞位置變化,最終采用虛擬質(zhì)量法建立HAP燃料艙基于質(zhì)量時變的濕模態(tài)結(jié)構(gòu)動力學(xué)方程。利用Patran-Nastran有限元分析軟件,建立HAP燃料艙干模態(tài)、濕模態(tài)的有限元分析模型。將某型魚雷燃料艙進(jìn)行適當(dāng)改造作為HAP燃料艙的試驗燃料艙,采用有限元仿真與模態(tài)試驗相結(jié)合的方法,獲得試驗燃料艙干模態(tài)參數(shù)、HAP水溶液和海水處于不同質(zhì)量狀態(tài)下的濕模態(tài)參數(shù),通過調(diào)整虛擬質(zhì)量系數(shù),基于試驗結(jié)果修正試驗燃料艙有限元模型的建模方法,最終修正完善了HAP燃料艙濕模態(tài)的有限元模型,計算并分析了自由-自由狀態(tài)下的前四階非剛體模態(tài)參數(shù)。依據(jù)濕模態(tài)結(jié)構(gòu)動力學(xué)方程,通過Matlab程序和Patran-Nastran軟件的PCL語言對有限元軟件進(jìn)行二次開發(fā),在HAP燃料艙濕模態(tài)有限元分析模型基礎(chǔ)上計算質(zhì)量時變過程中的模態(tài)參數(shù),分析了固有頻率和振型隨時間變化的情況。基于質(zhì)量時變的HAP燃料艙模態(tài)分析對HAP燃料艙的振動故障診斷、結(jié)構(gòu)設(shè)計及性能優(yōu)化具有重要指導(dǎo)意義。
【學(xué)位授予單位】：中國艦船研究院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V434.2
【圖文】：

為重要的水中兵器，不斷朝著高航速、遠(yuǎn)航程、大深度隱身攻擊力提出了更高的要求。目前魚雷上常用的活塞機、電動機已經(jīng)無功率的渦輪發(fā)動機成為重型魚雷推進(jìn)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。渦輪發(fā)動開高能量密度燃料的持續(xù)供應(yīng)。目前世界熱動力魚雷推進(jìn)劑的主元燃料，僅英、俄兩國掌握 HAP 三組元燃料艙分艙貯存、穩(wěn)定元燃料艙研究剛剛起步，目前已完成強度、穩(wěn)定性以及初步動態(tài)得更大的推進(jìn)劑裝載量，魚雷燃?xì)鉁u輪機 HAP 三組元燃料艙采貯存，將 HAP 和魚推-3 燃料分別貯存在內(nèi)環(huán)艙室和外環(huán)艙室內(nèi)原理圖如圖 1.1 所示，HAP 三組元燃料艙主要由雙層導(dǎo)管、活塞料艙殼體組成，分為HAP艙和魚推-3燃料艙兩個艙室。HAP艙室 擠代腔室構(gòu)成。魚雷工作過程中，海水分別進(jìn)入魚推-3 燃料艙推-3 燃料艙的海水直接擠代燃料完成供應(yīng)，進(jìn)入 HAP 擠代艙室動活塞擠壓 HAP 艙室中的 HAP 水溶液完成供應(yīng)。

料艙增壓擠代過程中，燃料艙屬于典型的質(zhì)量時變系統(tǒng)。為研AP 燃料艙振動特性的影響，本章在構(gòu)建 HAP 燃料艙干模態(tài)結(jié)別采用聲固耦合法、虛擬質(zhì)量法及附加質(zhì)量法建立 HAP 燃料塞位于某一固定位置）結(jié)構(gòu)動力學(xué)方程。綜合三種計算方法的考慮工作過程中的眾多時變因素，最終采用虛擬質(zhì)量法建立基構(gòu)動力學(xué)方程，著重分析 HAP 水溶液質(zhì)量、海水質(zhì)量以及活陣的影響。料艙結(jié)構(gòu)組成及簡化假設(shè)元推進(jìn)劑燃料艙是大功率燃?xì)鉁u輪機動力能源艙段的重要組代供應(yīng)過程中，活塞位置、HAP 質(zhì)量及海水質(zhì)量變化對燃料

擠代艙（即端蓋 1 與活塞之間）推動活塞運動，活塞從一端運動到另一端完成 HAP 的擠代供應(yīng)。為簡化 HAP 燃料艙數(shù)學(xué)模型，依據(jù)以往經(jīng)驗，結(jié)構(gòu)動力學(xué)方程建立中將 HAP 三組元燃料艙殼體和導(dǎo)管均簡化為圓柱殼，兩側(cè)端蓋和活塞簡化為環(huán)形平板。本文僅分析自由-自由狀態(tài)下的 HAP 燃料艙振動特性。3.3 基于 Rayleigh-Ritz 能量法的 HAP 燃料艙結(jié)構(gòu)動力學(xué)方程由于邊界條件的復(fù)雜性，本文采用 Rayleigh-Ritz 能量法，建立 HAP 燃料艙的結(jié)構(gòu)動力學(xué)方程，獲得結(jié)構(gòu)自由振動的結(jié)果。

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本文編號：2764317