螺旋槳船舶振動輻射噪聲分析.

1、 謝基榕 徐利剛 沈順根 吳有生摘要；文章在鐵木辛柯梁的基礎(chǔ)上，建立螺旋槳、軸系及船體耦合振動的數(shù)學(xué)物理模型，采用聲極子模型計(jì)算各船體截面振動引起的輻射聲壓。計(jì)算分析了激勵(lì)力直接作用到船體和經(jīng)螺旋槳、軸系激勵(lì)船體振動產(chǎn)生輻射的差別，指出軸系振動對螺旋槳激勵(lì)力激起船體振動并產(chǎn)生聲輻射有著關(guān)鍵的影響作用。（中國船舶科學(xué)研究中心，江蘇 無錫 21408） 對于潛艇螺旋槳、軸系及艇體耦合振動系統(tǒng)建立上圖所示的數(shù)學(xué)物理模型，該模型包括兩大部分；船體梁模型和軸系子系統(tǒng)，支撐軸承和推力軸承作為軸系結(jié)構(gòu)的約束條件劃歸為軸系子系統(tǒng)。由于艉流作用在螺旋槳上的合力具有低頻特性，而在低頻0f(f為艙段周向的首階共振頻

2、率)范圍內(nèi)，采用艇體梁模型描述艇體振動便可得滿足工程要求的解。 在艇體梁模型中，船體結(jié)構(gòu)被當(dāng)做截面不發(fā)生變形的變截面梁結(jié)構(gòu)。由于實(shí)際船體在各截面處的彎曲剛度中心與質(zhì)心不重合，因此，垂直面內(nèi)的彎曲振動與縱向振動耦合，而水平面內(nèi)的彎曲振動與扭轉(zhuǎn)振動耦合，而從，需對這兩組無法解耦的振動進(jìn)行同時(shí)解耦。( )( )( )cuxu xex梁單位的實(shí)際橫向位移可以表示為( )( )( )cxxex111222111222 , ,eeuuuu 22201( )1()( )22TLeesu xxUEJGFxEAdxuKuxx 以垂向彎曲與縱向振動耦合為例，梁的單元應(yīng)變勢能與動能可分別表示為； 22011)( )

3、( )22TLeevrlcTmxJxm uxuMu由上兩式并根據(jù)矩陣知識轉(zhuǎn)變可得梁單位元作用于垂向彎曲與縱向耦合振動時(shí)的剛度矩陣和質(zhì)量矩陣。 2GKKMGKuF針對推進(jìn)器、軸系及艇體耦合振動具有低頻特性，此頻率段內(nèi)的聲波波長遠(yuǎn)大于船體截面的尺度，因此，無論是彎曲振動還是縱向振動，艇體梁單元的聲輻射都滿足致密條件，因而可以使用聲極子模型計(jì)算各艇體截面振動引起的輻射聲壓。船體水下振動聲輻射在輻射機(jī)理上可以分解為兩部分，并分別使用不同聲輻射模型計(jì)算。船體彎曲振動引起船體段元在水介質(zhì)中橫向平動且不產(chǎn)生船體截面變化，因此可用偶極模型計(jì)算各梁單元的引起輻射聲壓。聲壓公式為；()0( ) ( )( , ,

4、)sincos2jt krbjS xxdp redxr 02cos()cos0000( )( ) 2( )( )(0) (0)( ) ( )4eLjkLj t krjkxlrduxdS xpevS xuxedx S uSL uL erdxdx 式中，S,u分別為梁單元的橫截面積和縱向彎曲橫向位移，0為聲場點(diǎn)與艇軸線的夾角，縱向振動產(chǎn)生聲壓與聲場點(diǎn)在艇體橫截面上的方位角無關(guān)。當(dāng)不同激勵(lì)力間不存在固定相位差時(shí)，其振動響應(yīng)及后續(xù)的聲壓也不具有固定的相位差，因此，多激勵(lì)引起的輻射聲場也不存在穩(wěn)定的干涉作用，從而適合使用能量疊加方法計(jì)算由兩方向振動引起的總輻射聲壓級。在本文中，由于考慮了因質(zhì)量中心偏離剛度中心引起的縱向與垂向彎曲振動的耦合作用，所以單獨(dú)縱向激勵(lì)將引起垂向彎曲振動，反之亦然。由同一激勵(lì)力引起的縱向振動和垂向彎曲振動存在確定相位差關(guān)系，因此，由此兩振動分量引起的輻射聲場也將存在穩(wěn)定的相位差關(guān)系，從