[发明专利]变转速螺旋桨轴系纵向和横向多模态振动控制装置及方法

说明书

本发明提供了一种变转速螺旋桨轴系纵向和横向多模态振动控制装置及方法，包括：供电装置静止端(1)、供电装置旋转端(2)、压电分流电路(3)和切换/扫频电路(4)；供电装置旋转端与压电分流电路连接在变转速螺旋桨轴系的转轴上，随所述转轴同步旋转，供电装置静止端设置在供电装置旋转端的外侧，切换/扫频电路与压电分流电路电连接，压电分流电路与供电装置旋转端电连接；其中，切换/扫频电路控制压电分流电路中的电感和电阻的值按照预设的规律周期性变化。本发明采用切换/扫频电路，可以不做系统辨识即可进行多模态控制、并且可以在变工况系统中任用。

技术领域

本发明涉及船舶振动控制领域，具体地，涉及一种变转速螺旋桨轴系纵向和横向多模态振动控制装置及方法。

背景技术

螺旋桨在不均匀、非定常流场中旋转，在产生静推力的同时，将产生与转速和叶片数相关的基频和倍频激振力线谱分量、随频率基本上呈逐渐衰减的随机宽带分量，前者通过轴系传递使船体结构发生强迫振动产生水下声辐射；后者将激励螺旋桨－轴系－船体耦合系统的特征模态，两者均会形成突出的特征频谱，这些突出的特征频谱集中于10Hz～200Hz之间。

采用动力吸振器对推进轴系的固有频率影响小，不需要串入到轴系中承受大的静推力，但若采用被动式的吸振措施，由于推进轴系的被控制频率低，所需质量代价较大；单个传统吸振器仅能够针对某阶模态起到抑制效果；并且不同转速下桨－轴系－船体耦合系统大的固有频率发生变化，上述这些因素对动力吸振器的实际应用提出了巨大的挑战。本发明基于负刚度动力吸振的原理，提出一种基于时变压电分流电路的变转速轴系多模态半被动控制振动传递控制方法。当推力轴在水下旋转时，在螺旋桨宽带力的作用下，轴系的纵振模态、横振模态或螺旋桨的振动模态处会产生力的放大，使传递到推力轴承处的纵向和横向传递力出现多个峰值，并且不同转速下桨－轴系－船体耦合系统的固有模态发生变化。

本发明重点解决以下技术问题：解决水下轴系时变特性、多模态控制的要求。

公开号为CN104590528A的专利公开了一种基于压电叠堆-液压微位移放大的船艇推进轴系纵向振动控制装置，该装置包括依次信号连接的轴向振动测量系统、推力脉动控制器、功率放大器和位移控制执行机构，位移控制执行机构包括：压电叠堆，用于接收功率放大器发出的电信号并产生相应的输出位移；液压微位移放大器，包括两端开口的液压放大腔，液压放大腔的两端分别密封配合有大小两个活塞，大活塞与压电叠堆的位移输出端相作用，小活塞通过滑阀阀芯与船艇推进轴系的止推轴承相作用。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种变转速螺旋桨轴系纵向和横向多模态振动控制装置及方法。

根据本发明提供的一种变转速螺旋桨轴系纵向和横向多模态振动控制装置，包括：供电装置静止端1、供电装置旋转端2、压电分流电路3和切换/扫频电路4；

供电装置旋转端2与压电分流电路3连接在变转速螺旋桨轴系的转轴上，随所述转轴同步旋转，供电装置静止端1设置在供电装置旋转端2的外侧，切换/扫频电路4与压电分流电路3电连接，压电分流电路3与供电装置旋转端2电连接；

其中，切换/扫频电路4控制压电分流电路3中的电感和电阻的值按照预设的规律周期性变化。

优选地，分流电路3包括：压电片、第一负电容、第二负电容、电感和电阻；

所述压电片连接在所述转轴上，所述电阻、所述电感和所述第二负电容依次串联，并与所述压电片的固有电容串联，增强机电耦合系数，所述第一负电容与所述压电片的固有电容并联，抵消所述压电片的固有电容。

优选地，切换/扫频电路4包括：切换电路或扫频电路；

切换电路：控制压电分流电路3中的电感和电阻的值按照预设的规律呈阶梯状周期性变化；

扫频电路：控制压电分流电路3中的电感和电阻的值按照预设的规律平滑的周期性变化。