[發明專利]船用推進器轉子真實預應力下的模態參數試驗測量方法

有效

• 申請號: 202110761457.4
• 申請日: 2021-07-06
• 公開（公告）號: CN113306675B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 劉正浩;丁舉;毛獻群;朱健申;趙建
• 申請（專利權）人: 中國船舶工業集團公司第七0八研究所
• 主分類號: B63B71/20
• 分類號: B63B71/20;B63B71/00
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩;柏子雵

本發明涉及一種船用推進器轉子真實預應力下的模態參數試驗測量方法，通過整個試驗流程的設計，包括試驗原理推導，試驗設施及儀器的選擇和布置，試驗流程的安排，試驗數據的處理等，最終實現測量船用推進器轉子真實預應力下的模態參數這一目的。本發明提供的方法借助船舶與海洋工程領域常用的循環水槽或者拖曳水池等試驗設施，通過設定推進器轉子的所處流場的進流速度和自身轉速，使轉子處于和真實工作狀態下相同的受力狀態，與此同時進行模態參數的測量，從而準確獲得轉子在真實應力狀態下的模態參數。相比于目前常用的船用推進器轉子模態參數試驗，本發明提供的測量方法更符合轉子實際工作情況，測量結果具有更高的精確性和實用性。

技術領域

本發明涉及一種船用推進器轉子真實預應力下的模態參數試驗測量方法，屬于船舶及海洋工程技術領域。

背景技術

船用推進器轉子是指用于船舶推進的螺旋槳或葉輪等旋轉做功部件。這類部件通過軸系帶動旋轉，向船舶航行方向后方排開水流，從而獲得使船舶向前的推力，推動船舶前進。一方面，出于船舶推進的低噪聲要求，另一方面，出于軸系設計的振動校核要求，在螺旋槳或者葉輪的設計過程中，需要對其固有頻率進行預報。

當前，對這類轉子固有頻率的預報多通過對其縮尺模型的模態試驗獲得，從當前公開的資料來看，都是把轉子的縮尺模型靜止平放或固定于某種臺架上，通過加速度傳感器或者其他模態測量儀器進行模態參數的測量。此類試驗測量方法可能帶來的弊端是忽略了轉子真實工作狀態內部應力對于模態參數的影響。船用推進器轉子在真實工作狀態下受到的作用力包括推動水流的反作用力，以及由于對抗旋轉離心效應產生的內部應力。這兩種作用力隨著船用推進器轉子推力以及轉速增加而增加。轉子的旋轉運動和彈性變形之間的相互耦合作用將導致轉子剛度增大，這一現象被稱為預應力效應，并影響轉子模態參數。這意味著隨著船用推進器轉子推力和轉速的增加，基于靜止狀態測量得到的轉子模態參數誤差也隨之增加。因此，對于船用推進器轉子的模態參數測量，有必要保證轉子真實的工作狀態，以達到減小測量誤差的目的。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：目前對于船用推進器轉子的模態參數測量忽略了轉子真實工作狀態內部應力對于模態參數的影響。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是提供了一種船用推進器轉子真實預應力下的模態參數試驗測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、將試驗設備置于循環水槽中，或將試驗設備與拖車固定后置于拖曳水池中；試驗設備包括彈簧錘、水聽器、轉子模型以及敞水動力儀，其中：

轉子模型與敞水動力儀相聯結，轉子模型和轉子實物之間滿足幾何相似和進速系數相等，并且轉速滿足：n_m為模型的轉速，n_s為實物的轉速，λ為轉子模型的縮尺比；

在轉子模型旋轉時，彈簧錘實現激勵轉子模型振動的目的；

水聽器用于捕捉聲壓信號，水聽器水平布置于轉子模型軸線下游延伸段，并把水聽器的信號接收端對準轉子模型；

步驟2、將水聽器與位于循環水槽或拖曳水池外的數據采集系統相連；

步驟3、啟動并調節敞水動力儀和循環水槽的水泵或者啟動并調節敞水動力儀和拖車，使進流速度和轉子模型的轉速達到目標值，即滿足下式：

式中，J為進速系數、v為轉子相對于來流的速度、n為轉子轉速、D為轉子直徑；

步驟4、待流速和轉速平穩之后，水聽器記錄一段時間的聲壓信號，聲壓信號中每個脈動代表彈簧錘和轉子模型葉片的一次碰撞，脈沖出現的頻率等于試驗過程中轉子模型的葉頻；

步驟5、數據采集系統采集水聽器記錄的聲壓信號，對該聲壓信號進行處理后得到轉子實物的各階模態參數。