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舵系统流激振动影响因素及规律的理论与试验研究

肖清 胡刚义 谢俊超

肖清, 胡刚义, 谢俊超. 舵系统流激振动影响因素及规律的理论与试验研究[J]. 中国舰船研究, 2017, 12(1): 84-92, 100. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.01.013
引用本文: 肖清, 胡刚义, 谢俊超. 舵系统流激振动影响因素及规律的理论与试验研究[J]. 中国舰船研究, 2017, 12(1): 84-92, 100. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.01.013
Qing XIAO, Gangyi HU, Junchao XIE. Theoretical and experimental research on influencing factors and rules of flow-induced rudder system vibration[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2017, 12(1): 84-92, 100. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.01.013
Citation: Qing XIAO, Gangyi HU, Junchao XIE. Theoretical and experimental research on influencing factors and rules of flow-induced rudder system vibration[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2017, 12(1): 84-92, 100. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.01.013

舵系统流激振动影响因素及规律的理论与试验研究

doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.01.013
基金项目: 国家部委基金资助项目
详细信息
    作者简介:

    胡刚义, 男, 1966年生, 博士, 研究员, 博士生导师

    通信作者:

    肖清(通信作者), 男, 1979年生, 博士, 高级工程师

  • 中图分类号: U664.36

Theoretical and experimental research on influencing factors and rules of flow-induced rudder system vibration

知识共享许可协议
舵系统流激振动影响因素及规律的理论与试验研究肖清,等创作,采用知识共享署名4.0国际许可协议进行许可。
  • 摘要: 流激舵系统引起的振动对水下航行体隐蔽性产生较大影响。为深入研究其振动特性,根据舵系统的结构组成进行简化,建立系统二元线性颤振数学模型,确定低速颤振的产生条件,并获得低速颤振的主要影响因素和作用规律。此外,在重力式水洞中开展舵模型流激振动试验,重点研究了支撑刚度、扭转刚度、质心和刚心位置等参数变化对舵模型流激振动的影响。结果表明:在流体载荷激励下,舵系统结构设计对流激振动特性有较大影响,通过对升沉运动与扭转运动频率之比、结构质量与附加质量之比、刚心、质心与弦中心的相对位置等参数进行匹配设计,能够有效抑制舵系统流激振动。
  • 图  1  舵系统示意图

    Figure  1.  Schematic of the rudder system

    图  2  舵振动力学模型

    Figure  2.  Vibration dynamic model of the rudder system

    图  3  有限展长舵叶水动计算模型

    Figure  3.  Hydrodynamic calculation model of the limited span rudder

    图  4  展弦比AR与形状参数τ的相关关系

    Figure  4.  Relationship between AR and τ

    图  5  速度-人工阻尼图(xa=0)

    Figure  5.  Relationship between velocity and artificial damping (xa=0)

    图  6  速度-人工阻尼图(xa=-0.2)

    Figure  6.  Relationship between velocity and artificial damping (xa=-0.2)

    图  7  质量比μ对颤振速度的影响规律图

    Figure  7.  Influencing rules of mass ratio to flutter velocity

    图  8  频率比Rωxa对颤振速度的影响规律图(rα=1.06, μ=20)

    Figure  8.  Influencing rules of frequency ratio to flutter velocity (rα=1.06, μ=20)

    图  9  等截面舵叶型线

    Figure  9.  Molded lines of the constant cross-section rudder

    图  10  非等截面舵叶型线

    Figure  10.  Molded lines of the variable cross-section rudder

    图  11  试验模型

    Figure  11.  Experimental model

    图  12  重力式水洞

    Figure  12.  Gravitation water tunnel

    图  13  不同支撑刚度下舵系统运动频率值随流速变化特性

    Figure  13.  The varying characteristics of rudder system motion frequency under different support stiffness

    图  14  不同支撑刚度下升沉运动加速度变化(v=2.03 m/s)

    Figure  14.  The varying characteristics of heave motion acceleration under different support stiffness (v=2.03 m/s)

    图  15  不同支撑刚度下扭转运动加速度变化(v=2.03 m/s)

    Figure  15.  The varying characteristics of torsion motion acceleration under different support stiffness (v=2.03 m/s)

    图  16  不同扭转刚度下舵系统运动频率值随流速变化特性

    Figure  16.  The varying characteristics of rudder system motion frequency under different torsional stiffness

    图  17  不同扭转刚度下升沉运动加速度变化(v=2.03 m/s)

    Figure  17.  The varying characteristics of heave motion acceleration under different torsional stiffness (v=2.03 m/s)

    图  18  不同扭转刚度下扭转运动加速度变化(v=2.03 m/s)

    Figure  18.  The varying characteristics of torsion motion acceleration under different torsional stiffness (v=2.03 m/s)

    图  19  不同刚心位置下舵系统运动频率值随流速变化特性

    Figure  19.  The varying characteristics of rudder system motion frequency under different stiffness center positions

    图  20  不同刚心位置下升沉运动加速度变化(v=2.03 m/s)

    Figure  20.  The varying characteristics of heave motion acceleration under different stiffness center positions (v=2.03 m/s)

    图  21  不同刚心位置下扭转运动加速度变化(v=2.03 m/s)

    Figure  21.  The torsion characteristics of heave motion acceleration under different stiffness center positions (v=2.03 m/s)

    图  22  不同质心位置下舵系统运动频率值随流速变化特性

    Figure  22.  The varying characteristics of rudder system motion frequency under different mass center positions

    图  23  不同质心位置下升沉运动加速度变化(v=2.03 m/s)

    Figure  23.  The varying characteristics of heave motion acceleration under different mass center positions (v=2.03 m/s)

    图  24  不同质心位置下扭转运动加速度变化(v=2.03 m/s)

    Figure  24.  The torsion characteristics of heave motion acceleration under different mass center positions (v=2.03 m/s)

    表  1  等截面舵叶参数

    Table  1.   Parameters of the constant cross-section rudder

    参数 数值
    质量m/kg 2.9
    展长l/m 0.39
    半弦长b/m 0.126
    弦中点到刚心的距离占半弦长的比a -0.48
    质心到刚心的距离xa/m 0.042
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    表  2  非等截面舵叶参数

    Table  2.   Parameters of the variable cross-section rudder

    m/kg 2.84
    l/m 0.39
    b/m 0.129
    a -0.48
    xa/m 0.035~0.05
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-04-27
  • 网络出版日期:  2016-12-28
  • 刊出日期:  2017-01-07

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