仔細分析槳-軸-軸承-殼體的縱向振動動力學模型的建立與求解過程,容易知道,整個縱向振動系統與艉前、艉中、艉後三個徑向軸承關聯較少,而與可傾瓦推力軸承的液膜剛度關聯度較大。本小節運用MATLAB編寫程序,對槳-軸-軸承-殼體的縱向振動能量功率流分析的數學模型進行數值計算,得到整個複雜系統中能量傳遞過程中的能量耗散與分佈規律。對得到的各個圖形做出分析,得出不同轉速之下推力軸承剛度變化。
參考實船,並保證計算的合理性,對仿真用的各個參數進行了設置。把螺旋槳看作3.5t質量,1.55m半徑的均勻化的圓盤;各個軸段的材料和截面都是均勻的;推進電機的隔振器相對於軸係是對稱的,間距與電機直徑相對等。
根據之前建立的槳-軸承-軸-艇體的數學模型,編制整個系統縱向振動能量傳遞的MATLAB程序。結合不同轉速所對應的推力軸承油膜剛度值,運行程序得到了一系列的圖表。對比得到的油膜剛度數據,發現轉速為5和10rad/s的相應油膜剛度值變化較小,運算後的對比不明顯。所以在這裡只貼出螺旋槳軸轉速為5、15、20、25rad/s所對應剛度值的運算結果。
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上圖是槳-軸-艇體整個系統功率流輸入情況。圖上表示的是,不同轉速時,整個縱向振動系統的功率流情況;
上圖是通過推力軸承傳導到艇體的功率流。這個圖表示不同轉速時,縱向振動能量經由軸承傳遞到艇體的功率流情況。
在兩幅圖中,當螺旋槳軸轉速由5rad/s提高到25rad/s時,對應推力軸承的油膜剛度值由3.5×107N/m升高到1.74×108N/m。在低頻區域,縱向振動能量經過軸承傳遞到軸系和艇體上的能量峰值都在10Hz附近,剛度升高後,能量峰值向右移動,共振幅值略有降低;在高頻區域,隨著推力軸承油膜剛度的升高,縱向振動能量峰值的頻率位置變化很小,各個共振幅值有所降低,並且在103Hz附近降低的幅度很大。
總結來說,當轉速提高後,推力軸承的油膜剛度增加,低頻區域共振幅值右移,但傳遞到艇體的振動能量卻沒有大的變化,低頻的振動噪聲輻射基本上沒有任何改善;而隨著轉速的提高、推力軸承油膜剛度變大,高頻區域從軸承傳遞到軸系-艇體的振動能量大幅度衰減,高頻噪聲有了極大的減少。
這張圖表示推進軸系耦合系統縱向振動的總能量,轉速由低到高變化帶來推力軸承液膜剛度由低到高改變。反映在總的振動能量上則是:低頻區域共振峰值減少、共振頻率值增大;高頻區域共振頻率變化較少,同時共振能量大幅度減少,總的噪聲輻射在高頻區域得到極大的改善。
這張圖表示的是螺旋槳平均振動能量,螺旋槳的平均振動能量代表著槳葉向周圍環境輻射噪聲的大小。當螺旋槳軸轉速依次增大,帶來了推力軸承液膜剛度的變大,在低頻區域螺旋槳的振動能量略有減少,共振頻率右移;在高頻區域螺旋槳的噪聲輻射大幅度減少,共振頻率幾乎沒有變化。