螺旋桨脉动压力及其诱导的船舶声振特性研究

摘要

船舶的大型化和高速化发展，使主机和螺旋桨功率不断增大，引起了越来越多的船舶出现振动、噪声超标的案例。螺旋桨是船舶主要振源之一，船艉的剧烈振动约70％是由螺旋桨引起的，为了避免船舶发生有害振动和舱室噪声超标问题，有必要在设计阶段对螺旋桨脉动压力及其诱导的船舶振动和舱室噪声展开研究。
　　本文主要对某江海直达船螺旋桨脉动压力及其诱导的船舶振动和舱室噪声展开研究，论文主要完成了以下几个部分：
　　（1）介绍了螺旋桨激振力诱导船体尾部发生剧烈振动的原因，对国内外螺旋桨脉动压力和舱室噪声预报的理论研究、数值仿真、模型试验及实船测试等研究现状进行了分析及总结。系统介绍了螺旋桨激振力的预报方法，计算螺旋桨激振力的理论方法及最常用的几种经验公式。
　　（2）应用CFD对某江海直达船脉动压力特性展开研究。介绍了CFD的理论基础和数值方法，通过“船+桨”数值自航试验对螺旋桨诱导的脉动压力进行了预报，通过布置监测点得到了螺旋桨诱导船体表面的脉动压力的数值大小及分布规律。研究了船速和螺旋桨转速对脉动压力的影响。
　　（3）在考虑了附连水质量及重量配载的情况下，计算了本船满载出港和压载出港两种工况的总振动前三阶固有频率；提取第三章所有监测点的脉动压力作为输入激励，对本船进行了频率响应分析，总结归纳了在螺旋桨激励作用下船体振动响应的特性。
　　（4）基于有限元能量流模型的声振动加速度级数值计算的基本思路，提取第四章计算区域各节点的位移响应和速度响应，得到计算区域板的整体加速度级。以计算得到的加速度级作为螺旋桨激励对本船舱室噪声进行了预报，并与经验公式进行了对比。
　　本文通过CFD、FE、SEA对螺旋桨激励及其诱导的船舶声振特性展开研究，为计算船舶振动及舱室噪声提供了一种新思路。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 螺旋桨脉动压力国内外研究现状

1.3 船舶舱室噪声预报国内外研究现状

1.4 本文的研究内容

第2章 螺旋桨激振力的预报方法

2.1无限流场中无空泡螺旋桨诱导的脉动压力

2.2螺旋桨脉动压力的近似计算

2.3本章小结

第3章 螺旋桨诱导的船体表面脉动压力预报

3.1 CFD理论基础与数值方法介绍

3.2 脉动压力CFD数值计算

3.3 转速及航速对脉动压力的影响分析

3.4 本章小结

第4章 螺旋桨激励引起的船体振动响应计算

4.1 结构动力学有限元分析

4.2 总振动计算

4.3 脉动压力诱导船体振动计算

4.4 本章小结

第5章 船舶舱室声压级计算

5.1 引言

5.2 统计能量分析

5.3 舱室噪声预报结果及分析

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 全文总结

6.2 本文的创新点

6.3 工作展望

致谢

参考文献