大长径比水润滑橡胶轴承摩擦力诱导的推进轴系-壳体系统耦合振动规律研究

Vibration of the shaft and the shell is easy to be excited by the friction between the water lubricated bearings and the propulsion shaft of the underwater vehicle, which is a key factor influences the underwater vehicle acoustic stealth performances. But it is still not clear about the mechanism of the main factor to effect the friction characteristics and its distribution, and of the coupled effect between the water lubricated bearing and the propulsion shafts, which causes the lack of theoretical basis for the studying of vibration characteristics of propulsion shaft and shell. .Hence, this project established a distributed bearing-journal model, and a propulsion shaft-shell system model under distributed force excitaions. This project studies the main factors to effect the friction characteristics and its distribution, the principle of the vibration characterisc of shaft and shell vibration under friction force excitation, and the coupling of the friction force, the propulsion shaft vibration and the shell vibration, in order to reveal the friction excitation characteristics and its distribution, and the mechanism of coupled shafts-bearing system under friction excitation for the purpose of establishing the theoretical basis for the design of low noise propulsion shaft-shell system.

推进轴系噪声是制约水下航行器声隐身性能的重要因素，其中大长径比水润滑橡胶轴承与推进轴系界面的摩擦力是诱发轴系高频振动及声辐射的主要来源。现有研究对大长径比水润滑橡胶轴承摩擦分布及其特性、摩擦力对轴系振动的影响规律以及轴承摩擦力诱发的轴系-壳体系统耦合振动特征尚未全面掌握，因而对轴系-壳体高频振动特征溯源及控制缺乏充分的理论依据。.项目围绕大长径比轴承摩擦力诱导的推进轴系-壳体系统耦合振动问题，建立轴承分布摩擦力模型和摩擦力作用下的柔性轴系-壳体耦合动力学模型，从轴承摩擦力分布与特性、轴承-转子界面摩擦力对轴系振动的影响规律以及橡胶轴承摩擦诱发的轴系-壳体系统耦合振动规律三方面开展深入研究，揭示橡胶轴承摩擦力随主要参数的变化规律、摩擦力与推进轴系横向-扭转振动的内在关系以及橡胶轴承摩擦力诱导的推进轴系-壳体结构高频振动特征。研究成果对高频振动特征溯源及低噪声推进轴系设计具有重要指导意义。

本项目围绕大长径比轴承摩擦力诱导的推进轴系-壳体系统耦合振动问题，建立了轴承分布摩擦力模型和摩擦力作用下的柔性轴系-壳体耦合动力学模型，从轴承摩擦力分布与特性、轴承-转子界面摩擦力对轴系振动的影响规律以及橡胶轴承摩擦诱发的轴系-壳体系统耦合振动规律三方面开展了深入研究，揭示了橡胶轴承摩擦力随主要参数的变化规律、摩擦力与推进轴系横向-扭转振动的内在关系以及橡胶轴承摩擦力诱导的推进轴系-壳体结构高频振动特征。.项目承担单位严格执行项目计划，已按照任务书中的要求，通过理论分析和实验测试相结合的方法，完成了所有研究内容，并在以下方面取得了一定进展：① 利用测试手段研究了水润滑橡胶轴承摩擦系数与转子转速、轴承当量比压之间的确定性关系，并考虑了轴系不平衡载荷对摩擦系数的影响，建立了轴承摩擦力模型；② 基于建立的水润滑橡胶轴承摩擦力模型和轴系动力学模型，研究了水润滑橡胶轴承摩擦力与弹性支承振动耦合下的螺旋桨轴系摩擦自激振动特性，建立了水润滑橡胶轴承摩擦力、轴承不对中和螺旋桨质量不平衡载荷对螺旋桨轴系横向、扭转振动特性的影响规律；③ 采用有限元法与模态分析法综合建立了螺旋桨轴系-艇体组合结构的纵向、横向、垂向及扭转耦合振动模型，研究了摩擦力激励下，轴系-艇体系统耦合振动特性和自激振荡特性，并获得了系统参数对自激振荡的影响规律。.在该项目支持下，共发表论文10篇，其中SCI论文5篇，参加国际会议4次，联合执导研究生获得博士生国家奖学金1次，或上海交通大学优秀博士毕业生1项。