螺旋桨低频振动声辐射特性研究——水母模态

发布时间：2021-02-13 08:11

　　[目的]发现了一种螺旋桨噪声新成分——螺旋桨低频弹性被激发而形成的声辐射,特别是桨叶同相模态被激发引起的强烈声辐射,我们称之为"水母模态",由其激发诱导的推进器轴系艇体系统低频窄带声辐射,并称为"水母效应"。为揭示其形成机理,开展螺旋桨低频固有振动特性研究。[方法]基于精细网格有限元方法分析螺旋桨的模态特征,得到空气和水介质中螺旋桨模态特性以及桨叶失谐对模态特性的影响规律;引用循环对称结构振动理论,对数值计算结果予以进一步验证。[结果]结果表明,在空气和水介质中,螺旋桨振动模态具有分组特征以及组内呈现出单频、重频模态的特征;桨叶失谐对重频模态影响较大而对单频模态/振型影响较小;精细化有限元计算结果与循环对称结构理论分析一致。[结论]本研究揭示了螺旋桨的低频模态特性,为螺旋桨低频噪声机理分析和控制提供了理论支撑,具有理论和工程应用价值。 

【文章来源】：中国舰船研究. 2020,15(03)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

7叶螺旋桨精细化有限元计算模型

为进一步说明单频和重频模态的振型特征，给出了其振型图，如图2所示。用N和P分别表征同一瞬间桨叶振动沿轴线向前与向后的振动形态。由图可以看出，7叶螺旋桨的模态振型按照模态频率分为了4组，其中单频模态振型记为NNNNNNN，即7个桨叶同相位振动，振型形似水母运动，故命名为“水母模态”。其他3组为重频模态，其振型分别为NPNPNPN(PNPNPNP),NNPPNNP(PPNNPPN）和NNNPPPN(PPPNNNP），两两正交。另外还可以看出，3组重频模态的振型全部为（3,4）组合，即3个桨叶振动与另外4个桨叶振动反相，不存在（1,6）组合（即振型为PPPNPPP）和（2,5）组合（即振型为PPNPPNP）等模态特征。1.2.2 5叶螺旋桨模态特性

为了揭示螺旋桨模态特征的普遍性，进一步分析了5叶螺旋桨的模态特性，如图3所示。桨叶计算模型同图1，由在周向进行72°阵列得到。表2给出了5叶螺旋桨的低频模态计算结果。其低频模态同样呈现明显的分组特征，每组5个模态。在第1组模态中，每个桨叶的振型为其第1阶弯曲模态振型，组内不同模态桨叶间相位关系不同；在第2组模态中，每个桨叶振型为其第2阶模态振型，组内不同模态桨叶间相位关系不同。同组内5个模态的频率相近，不同组间的模态频率差别较大。

【参考文献】：
期刊论文
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[4]模型螺旋桨唱音消除方法的试验研究[J]. 孙红星,陈奕宏,李亚,高丽瑾.  船舶力学. 2008(05)
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本文编号：3032226