本技术涉及一种潜艇推进轴系的半主动准零刚度隔振装置及方法,该装置由负刚度机构、平衡位置自动调整机构、正刚度机构和振动半主动控制系统组成。负刚度机构包含移动钢架、径向阻尼器、径向弹簧以及推进轴上的推力盘、推力轴承和推力法兰。装置外部设有潜艇骨架,与潜艇壳体固定连接,并沿周向间隔设置多个平衡位置自动调整机构,以及连接潜艇骨架与负刚度机构两端的正刚度机构。正刚度机构由多个纵向弹簧和开关可控阻尼器构成,而平衡位置自动调整机构则包含摆动油缸、齿轮和齿条。该技术在降低系统固有频率的同时,实现了径向和轴向的隔振效果。
背景技术
潜艇在水下航行时,由动力机组或电机直接驱动推进轴系转动,传动轴末端联结的螺旋桨在水中转动,从而为潜艇提供前进或倒车所需的动力。潜艇在水中运动时,艉部会产生不均匀的伴流场。推进轴末端的螺旋桨在伴流场中运动会产生脉动推力,相关的研究表明,90%的脉动激振力会经推进轴系传递到达艇体,这是引起潜艇壳体振动从而产生声辐射的主要源头。降低激振力沿轴系的传递可以减小壳体振动,从而有效提高潜艇的航行时的隐身性能。
由经典隔振理论可知,隔振系统的固有频率必须比激励频率更低才能发挥作用。通过降低系统刚度可以降低系统的固有频率,但是,降低隔振系统刚度会导致系统承载能力降低,变形过大,容易失稳等问题,高承载能力和低固有频率之间的矛盾成为隔振技术发展的瓶颈。引入准零刚度隔振技术能较好的解决高承载能力和低固有频率之间的矛盾。
准零刚度系统具有较高的静承载能力,在平衡位置附近具有极低的动刚度,从而可以获得很低的固有频率。将准零刚度系统应用于潜艇推进轴系隔振,有望大幅度提高隔振效果。但又会面临两个新问题:(1)潜艇推进系统是一个变载荷系统,轴向力的大小和方向的变化,会使得准零刚度隔振系统偏离平衡位置,从而导致隔振系统的固有频率大幅度提高,不再具有准零刚度特性,隔振效果大幅度下降;(2)在轴系低速运转产生的低频激励下,当激励频率接近固有频率时,系统不可避免地会产生共振现象。
实现思路