螺旋桨激励力下的舰船振动特性分析
船体振动试验规范
船体振动试验规范1 范围本规范规定了船体振动测量的方法。
本规范适用于海上和内河商船由推进装置和机械设备的激励所引起的船体与上层建筑中正常工作和居住场所的的稳态振动测量。
舰艇可参照执行。
2 试验目的测定船体振动特性，用于评价商船工作和居住场所的振动。
3 试验仪器、设备3.1 一般应选用多通道并能长期保存记录的电子测量系统，通常由传感器、放大器、滤波器和记录器组成。
3.2 应具有较宽的频率范围和幅值线性，要满足被测部位的频率和幅值要求，并能适应船上温度、湿度和噪声等环境条件。
3.3 传感器安装要牢固，方向正确，导线走向和布置合理。
3.4 仪器的灵敏度、幅频特性、幅值线性必须定期进行计量检定或校准；取得合格证证书方可使用。
3.5 在能满足测量要求前提下，可以使用单点测量的电子仪器或手持机械式测振仪。
4 试验条件4.1 水面保持平静，气象条件不应对测量值有较大的影响，一般应在3级海况以下。
4.2 水深不小于船舶吃水的5倍，离岸距离应不小于船宽的2.5倍，为测定营运船舶的振动级，测量也可在营运水域进行。
4.3 船舶应处于满载或压载状态，压载时尾吃水应确保螺旋桨全部浸没在水中。
测量时船舶应保持自由航行状态。
4.4 拖(推)船应在单船航行状态或带驳船航行状态下测量，内河船应在逆水或静水中测量。
4.5 船舶应保持稳定航向，操舵角应保持在±２o之内。
4.6 主机和其他机械装置应处于稳定工作状态，多桨船应使各桨轴转速保持一致或基本一致。
4.7 主机运行工况一般为额定转速和营运转速。
4.8 如有需要，个别机械装置可单独运行。
5 试验项目按如下的测量位置和方向进行振动测量。
5.1 船体尾部上(主)甲板纵中剖面尾端，方向：垂向、横向和纵向。
5.2 上层建筑5.2.1 驾驶甲板上，纵中剖面与前缘围壁的交点，方向：垂向、横向和纵向。
5.2.2 上(主)甲板上，纵中剖面与前缘围壁的交点，方向：垂向、横向和纵向。
5.3 生活舱室5.3.1 起居室中央部位，方向：垂向、横向和纵向。
708所--6800吨多用途集装箱船振动响应分析
•
不计空泡影响的螺旋桨脉动压力峰值由下式得出：
∆Po =
( N p * D) 2 90
1 1 ∗ 1.5 * Z d /R
Ko
[ N/m2 ]
(2)
式中： Z：螺旋桨叶片数目，为 4； 其它符号同前。 Ko = 1.8+0.4(d / R), 当 d / R >2, Ko = 2.8; 基于式（2）算得不考虑空泡影响的脉动压力如下： ∆Po = 1.834 kN/ m2。 • 总脉动压力峰值 ∆P =
水动力质量即附连水质量，通过定义有限元模型湿表面单元和吃水高度，在 MSC.Nastran 内自动实现。其理论是用 Helmholtz 方法即源汇法解流体运动拉普拉斯方程。 流体的作用和结构物的运动（或振动）可视为在流固交界面上具有分布的脉动源，通过建立 流场点的速度矢量方程和压力方程， 并求解得到节点力， 从而反求质量阵， 得出附连水质量。
1. 引言
中小型集装箱船为了达到快速性， 设计多采用大功率高速主机， 且船体结构一般为细长 型， 上层建筑高薄， 主机工作状态和螺旋桨在不均匀伴流运动时产生的激振力会造成尾部和 上层建筑的振动，若振动剧烈，不但影响人员和设备正常工作，甚至会对船体结构和机械部 件产生疲劳损坏。 因此在设计阶段对集装箱船进行振动及响应预报， 并根据结果采取适当的 措施，对避免有害振动具有重要意义。 本文以 6800 吨多用途集装箱船为目标船，建立全船结构三维有限元模型，将考虑空泡 影响螺旋桨激励作为动载荷， 用频率响应方法进行精确的船体结构振动及响应特性预报， 得 到结构速度和加速度响应峰值，为设计提供依据。
从振型图可以看出，上层建筑振动主要为纵向振动，尾部为垂向振动，反映到振动响应 时，上层建筑主要表现为纵向速度和加速度，尾部结构则为垂向速度和加速度。对照图 8.1 和图 8.3 得出，压载和满载速度响应峰值均出现在上层建筑和尾部局部振动频率附近，主要 原因是螺旋桨激励频率与上层建筑振动频率比较接近，均在 20Hz 左右，接近共振；对于尾
船舶实验
船舶与海洋工程实验技术实验报告班级：姓名：学号：指导老师：华中科技大学船舶与海洋工程学院船模拖曳水池实验室2016年6月1日螺旋桨敞水试验一、实验目的(1)对于某一具体的螺旋桨，通过模型试验可以确定实际螺旋桨的水动力性能。
(2)通过多方案的试验研究，可以分析螺旋桨的各种几何要素对水动力性能的影响。
(3)检验理论设计的正确性，不断完善理论设计的方法。
(4)通过对螺旋桨模型的系列试验，可以绘制成专用图谱，供设计螺旋桨使用。
现时广泛使用的楚思德B 系列图谱和MAU 系列图谱等都是螺旋桨模型系列敞水试验的结果。
二、实验原理满足以下条件：几何相似； 螺旋桨模型有足够的深度； 试验时雷诺数应大于临界雷诺数。
进度系数相等。
22412252(,)(,)A A V nD T n D f nD V nD Q n D f nD ρνρν==螺旋桨雷诺数采用ITTC 推荐表达式：νπ2275.0)75.0(Re nD v c a +=临界雷诺数一般大于3×105为消除自由液面影响，桨模的沉深深度：m s D h )0.1-625.0(≥三、实验设备主要设备是螺旋桨动力仪 。
四、实验内容敞水试验通常是保持螺旋桨转速不变，改变拖车前进速度。
速度范围应从Va ＝0至推力小于零的进速之间，在该范围内测点取15个左右。
1、敞水箱安装敞水箱为流线型，螺旋桨的轴从敞水箱的前端伸出箱外，外伸长度必须使桨模位于箱前的距离大于螺旋桨直径的3倍，以避免箱体的影响。
敞水箱样式如下图所示。
动力仪和电机安装在敞水箱内。
2、仪器安装及操作进入数据采集界面，如图所示。
在拖车开动之前，要对采集系统进行调零。
即在水池水面平稳状态下，点击系统设定里面的“调零保存”，使该通道的工程值基本在0附近飘动。
在拖车开动之前，我们要给螺旋桨一定的转速。
具体转速的确定，要根据具体情况确定。
由进速系数公式 可知，螺旋桨直径D已定，如果螺旋桨转速n太低，我们需要提高进速V，才能是J达到足够到。
船舶轴系共振转换器的非线性振动特性研究
上述 研 究 中，共振 转 换器 的安装 方式 是基 于文 献 ［］ ７的结构形 式 串联至 推力 轴承 内，并且 没有考 虑 内部 工作 流 体特 性变 化 的对 减振 效 果 的影 响 。然而 在 船舶 航行 中，共振 转 换器 承受 了纵 向推 力 ，轴 系 纵 向载荷 的变 化 将 改变 该装 置 内流 体 的工作 压 强 ， 由流体 工作 压 强与流 体 的体积 模 量 、密度 以及 动力 粘 性 系数 之 间 的关系 可 知 ，共振 转 换器 的等 效 减振 参 数将 随之 改变 。为更好 地利 用 共振 转换 器控制 轴 系纵 向振 动 并开 展装 置 的研 制 工作 ，有 必要 分析 工 作流 体特 性随轴 系 纵 向载 荷变 化 时的减振 效果 。
５卷 ２
第 ４期（ 总第 １８ ） ９期
中
国
造
船
、ｏ ２ Ｎｏ ４ （ ｅ ｉ ｌ １ ８ ，１ ５ ． Ｓ ｒａ Ｎｏ ９ ）
Ｄ ｅ ． ０１ ｃ２ １
２１ 年 １ 月 ０１ ２
Ｓ Ｐ ＵＩ Ｄ ＮＧ ＯＦＣ Ｉ ＨＩＢ Ｌ Ｉ Ｈ ＮＡ
文 章 编 号 ： １０ —８２ （０ １ ４０ ７ ．９ ０ ０４ ８ ２ １ ）０ ．０４０
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学术 论文
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一
式 中， ０ 表示 推力 轴承 内流体 的受压面 积 ， 和 １ 示外接 管系 的截 面积和 长度 ， 表 示外接 腔体 的 Ａ１ 表 体 积 。Ｐ 、Ｂ 和 分别 表示 减振装 置 内工作 流体 的密度 、体积 模量 和运 动粘 性系 数 。根 据推 力轴承 基 ｌ ｔ
螺旋桨的进动效应
螺旋桨的进动效应
螺旋桨的进动效应是涡流引起的一种力的效应，这个现象是由于飞机或船只的螺旋桨产生的升力和推力不在同一直线上而引起的。
当飞机或船只的螺旋桨旋转时，螺旋桨产生的升力和推力不仅沿着前进方向，还有一个垂直于前进方向的分量。
这个垂直分量被称为进动力（P-factor），也被称为进动效应。
这个力会导致飞机或船只向左或向右旋转，具体的方向取决于螺旋桨的旋转方向。
进动效应的主要原因有两个：
1.螺旋桨的扭曲：螺旋桨的设计使得在一个转向下产生的升力大于在另一个转向下产生的升力，这是由于螺旋桨的叶片在进气流的过程中受到的扭曲。
2.垂直尾翼的阻力：进动效应还与垂直尾翼的存在有关。
垂直尾翼产生的阻力会使得飞机或船只产生一个向相反方向的扭矩，引起旋转。
为了抵消进动效应，飞机或船只通常采取一些设计和控制手段，包括：
3.方向舵：飞机通常配备方向舵，可以通过控制方向舵来抵消进动效应引起的旋转。
4.差动油门：对于多引擎飞机，可以通过差动油门来调整每个引擎的推力，以抵消进动效应。
5.逆推装置：在一些飞机上，逆推装置（如可逆推螺旋桨）可以通过改变螺旋桨的推力方向来抵消进动效应。
总体而言，对进动效应的理解和有效的飞行或航行控制是飞机和船只设计与操作中的重要考虑因素。
半潜船振动特性
半潜船振动特性陈志强;周力【摘要】利用Patran软件建立某半潜船有限元模型,应用Nastran软件的Lanczos方法计算此半潜船在不同载况下船舶总体垂向振动各阶模态.将计算得到的各载况下固有频率与该船主机和螺旋桨激励频率进行比较得出此半潜船振动性能良好.附连水质量对于半潜船各载况下的固有频率有十分重要的影响,因此将以源汇分布法为代表的数值计算方法与刘易斯法为代表的经验公式方法进行验证和对比,得出半潜船下潜状态的附连水质量计算应该应用数值计算方法的结论.本文对于半潜船振动设计预报及附连水质量计算具有一定的参考意义.【期刊名称】《舰船科学技术》【年(卷),期】2014(036)006【总页数】7页(P31-37)【关键词】半潜船;振动;模态;固有频率【作者】陈志强;周力【作者单位】大连测控技术研究所,辽宁大连116013;大连理工大学运载学部,辽宁大连116024【正文语种】中文【中图分类】U674.941半潜船是一种能够通过改变自身下潜上浮状态来运输超长超重又无法分割吊运的超大型货物 (如海上石油钻井平台、大型舰船、潜艇、龙门吊、预制桥梁构件等)的新型特种海运船舶。
由于海洋石油开发和海底通信光缆的铺设等需求日益增多导致半潜船的需求十分巨大，具有极高的经济价值。
目前，世界上只有少数几个国家具备半潜船的设计制造能力。
国内对于半潜船的研究主要有冯志根［1］关于半潜船船型特点及其发展前景的研究，作者在文中阐述了半潜船特殊的船体结构。
陈伟等［2］研究半潜船完整稳性，对“发展之路”号半潜船在几个典型工况下的大倾角稳性进行分析。
郝威巍等［3］应用概率法对“发展之路”号半潜船破舱稳性进行了研究。
陈华伊［4］对“泰安口”和“康盛口”号半潜船技术设计和生产设计出现的问题进行研究。
焦宇清［5］介绍了50 000 DWT，半潜船的一些常识性概念和理论以及半潜船运输市场的现实状况和发展前景。
桂满海［6］对20 000吨级自航半潜船Wish Way(“希望之路”)的基本设计和详细设计情况进行论述，指出半潜船下潜和上浮过程是半潜船强度和稳性计算的重点和关键技术之一。
船舶驱动系统螺旋桨水动力学和推进效率
船舶驱动系统螺旋桨水动力学和推进效率船舶驱动系统中的螺旋桨是推动船舶前进的关键部件，其水动力学和推进效率直接影响到船舶的性能和能源消耗。
本文将从螺旋桨的水动力学原理、螺旋桨的设计与优化以及推进效率的提高等方面进行论述。
一、螺旋桨的水动力学原理螺旋桨是通过利用船舶上的动力来产生推力，进而推动船舶前进。
其工作原理是基于流体力学的一系列原理与方程。
螺旋桨在水中旋转时，会对周围的水流产生扰动，扰动会引起水流的变化，从而产生推力。
螺旋桨的推力主要通过两部分来实现：一是反作用力，即推进物体（船舶）时的力的反作用；二是动压力，即螺旋桨叶片的旋转将周围的水流加速带动起来，形成一个水流的后向压强。
螺旋桨的推力大小与旋转速度、叶片数目、叶片形状、叶片的攻角、桨距等因素有关。
合理地设计这些参数可以提高螺旋桨的推进效率。
二、螺旋桨的设计与优化螺旋桨的设计与优化是提高推进效率的关键。
通过科学合理地设计螺旋桨的叶片形状、旋转速度、攻角等参数，可以使螺旋桨尽可能地利用动力将水流转化为推力，并降低能量损失。
在螺旋桨的设计过程中，需要考虑以下几个因素：1. 叶片形状：螺旋桨的叶片形状对推力的产生和水动力性能有着重要影响。
通常采用的叶片形状有固定式、可调式和可变式等，根据船舶的使用需求选择合适的叶片形状。
2. 叶片角度：叶片角度也称攻角，是指叶片相对于进流方向的偏角。
不同的叶片角度对螺旋桨的推力和效率有不同的影响。
合理选择叶片角度可以提高螺旋桨的推进效率。
3. 桨距：桨距是指螺旋桨上相邻两个叶片之间的距离。
合理选择桨距可以使螺旋桨在转动时形成合适的水流，提高推进效率。
4. 螺旋桨的旋转速度：螺旋桨的旋转速度对船舶的速度和推进效率有直接影响。
适当调整螺旋桨的旋转速度可以使船舶在不同工况下获得最佳的性能和经济效益。
三、推进效率的提高推进效率是指船舶单位动力产生的推进力与单位能源消耗之间的比值。
提高推进效率可以降低船舶的能源消耗，减少对环境的污染。
船体振动分析的实船验证及改进方案
船体振动分析的实船验证及改进方案船体振动分析在船舶设计和运行中具有非常重要的作用。
通过分析船体的振动情况，可以减少船体的疲劳裂纹和振动噪声，保证船体的结构安全和生产效率。
但是，船体振动分析理论和实际情况存在差异，因此必须进行实船验证和改进方案。
实船验证主要是通过实际的船舶使用情况，对分析结果进行验证和校对，以改善振动计算模型的准确性。
根据验证结果，可以进一步优化船体结构和减少振动噪声。
具体来说，实船验证的基本步骤如下：首先，通过振动计算模型获得船体振动的振幅和频率，然后在船舶运行时进行振动测量。
在测量过程中，需要选择合适的测量仪器和测量位置，以保证测量结果的准确性。
此外，还需要考虑环境因素对振动测量的影响，例如海洋波浪和风力等。
通过对测量数据的分析和比较，可以确定振动计算模型的误差和缺陷，并针对性的对模型进行改进。
改进方案包括以下方面：1、结构优化船舶的结构设计是减少振动的重要因素之一。
通过对船体结构的优化设计，可以减少结构的自然频率，提高结构的刚度和强度，从而降低振动幅度。
在具体实践中，可以通过改变船体板材的厚度、强化船体结构的支撑和加强船体的刚度等方式进行优化。
2、船舶维护和保养船体振动的另一个重要原因是船舶的磨损和老化。
为了减少船体振动，需要对船舶进行定期维护和保养，确保船舶的各部件处于良好的状态。
例如，定期检查和更换船舶橡胶支座、平衡船体载荷和注意船舶的航速等都可以有效减少船体振动。
3、船舶运营管理船舶的运营管理对减少船体振动也非常重要。
通过合理的运营管理以及规范的操作规程，可以有效减少船体振动。
例如，合理控制船舶的载重量、稳定性和分布等，采取减速慢行的方式减少船体振动等。
综上，船体振动分析在船舶设计和运行中具有非常重要的作用。
通过实船验证和改进方案，可以提高振动计算模型的准确性，减少船体振动幅度和噪声，确保船舶结构的安全和效率。
相关数据分析是通过对各种数据的收集、整理、处理和分析，从中获取有用的信息和结论的过程。
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第 ２期（ 第 １５期 ） 总 ９
中
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Ｖｏ ．２ Ｎｏ ２ （ ｅ ｉｌ １ ５ ． Ｓ ｒａ Ｎｏ １ ５ ．９ ）
Ｊ ｎ ． ０１ ｕｅ２ １
２１年 ６月 ０１
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文 章 编 号 ： １０ ．８２ （０ １ ２０ ０ ．８ ００４ ８ ２ １ ）０ ．０ ８０
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人 员和 使用 人 员关注 的焦 点 ；因此 ，开 展螺 旋桨 对舰 船振 动 的影 响分 析 ，为舰 船 设计提 供参 考 依据 ，
对于 舰船 的设 计 具有十 分 重要 的意义 。 由于船 体结 构 是 由纵 骨 、横梁 、实肋 板 、肋 骨 、舱壁 和 甲板 等结 构体 组成 的复 杂 结构 ，加之 船 舶 种类 繁 多 、尺度 差 异甚 大 ，使得 螺 旋桨激 励 力 引起 的舰船 振动 的理论 分析 变得 十分 困难 ；而 实 船试验 费用 高 昂，且测 量精 度 易受 试验 设 备及试 验 环境 的 限制 。随着 计 算机 技术 和有 限元 技 术 的长 足 发展 ， 船体 的总振 动和 局 部动 响应 的数 值预 报方 法 已 日趋成 熟 ， 因此 ，螺旋 桨激 励 力引起 的舰 船振 动 响应 可 借助 数值 手段 完 成 ，本 文 即采用 数值 分析 手段 对某 舰船 在螺 旋桨 激励 力载荷 下 的响应 进行 了分 析 。
＝ ・
Ｓ ＨＰ／ ＯＤ） （ｎ Ｉ
（ ２）
式 中：
为 与桨 叶有 关 的系 数 。
１ 船 舶结 构 的振 动 响应 ． ２ 将 船 体结 构 离散 为有 限个 自由度 后 ， 可用 多 自由度 系 统振 动微 分方 程 的一般 形式 来描 述其 振动 。 便 对 于 多 自由度 系 统 的振动 ］ 振动 微分 方程 可描 述 为 ，其
螺旋 桨激励 力下 的舰船振 动特性分析
朱 理 ，庞福振 ，康逢辉
（． １ 海军驻无锡地 区军事代表局 ，无锡 ２４６ ； １０１
２ 哈 尔滨工程 大学 水下机 器人 国防重点实验 室，哈 尔滨 １ ０ ０ ） ． ５ ０ １
摘
要
考虑 螺旋桨脉 动压 力与轴承力 的影响 ，开展 了螺旋桨激励 力对舰船振 动的影响研 究；分析 了 某舰船 在 最大航速 、巡航 速度 下等不 同航行 状态下 的舰船 振动 ，得 到 了不 同航行状 态下舰船 的振动响应 ；计 算结果 表 明： 高航 速下螺旋桨 激励力对舰船 的振 动有 一定影响 ，低 速时螺旋桨 激励力对舰船 的振动影响不 大；对 于 同一航速 而言 ，双桨 同 时工作 较四桨 同时工 作时 的振 动偏 大，从减小 振动角度 出发 ，宜采用 四桨 同时推
尸 ＝ ． ３ ｐ ・ Ｐ／ Ｄ ） ｍ ５ ７Ｋ ｏＳ （ ７ Ｈ ｎ
ｏ
（ ） １
式 中：Ｓ ＨＰ为螺 旋 桨轴 功率 （ ） 为轴 转速 ，ｒ ｎ １ ； ／ ；Ｄ 为 螺旋桨 直 径 ，ｍ ； ｇ ｐ 为无 因次 系数 。 ｍｉ 而 设 计阶 段垂 向轴 承 力幅 值可 由式 （ ）给 出： ２
进 的方 式航 行。
关 键 词 ：船舶、舰船工程；螺旋桨；脉动压力；螺旋桨激励力；振动
中 图分 类 号 ：Ｕ ６． ６１４ ６
文献 标识 码 ：Ａ
０ 引 言
近年 来 ，随 着船 舶 的大 型化 、快 速化 及 高强度 钢 在船 舶建 造 中 的大 量 使用 ，船 舶 的振动 问题 受 到 越来 越 广泛 的关 注 ＿ ，特别 是 作为船 体 主要 振动源 和 噪声源 之 一 的螺旋 桨 引起 的船体 振动 ［更 是设计 ｌ Ｊ ３ ］
［ 】 ｝ ［ ］ ｝ ［ ｛｝ ｛ ｝ Ｍ ｛ ＋ Ｃ ｛ ＋ Ｋ］ ＝ 厂
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（） ３
般 情况 下 系统 的 阻尼 阵［ ｑ不 能对 角化 ，如 假 设 阻尼 为 Ｒ ｙｅｇ ａｌｉｈ阻尼 ，即 ：
［ ＝ａＭ 】 Ｎ Ｉ］ Ｃ］ ［ ＋ ￣
则 ，方程 （ ）可 变 为 ３
（） ５
（） ６
这样就可实现系统的解耦 。在求得系统主坐标下的响应 ｛） ， ｚ 后 采用变换 ｛ ｝ ｛） ＝ｅ ｚ 即可求得舰船的振
动 响应 。
２ 螺旋桨激励 下舰 船振动 的计算模型
２ 计Байду номын сангаас模型简介 ． １
本 文 的研 究对 象为 一大 型船 舶 （ 图 １ 示 ） 如 所 ，该 舰主 船体 及上 层建 筑 均具有 多层 甲板 ；由于 排水
１ 理 论 基 础
１１ 螺旋 桨激 励 力 ． 螺 旋桨激 扰 力十分 复杂 ［６ ４］ 常 ，螺 旋桨 激励 力按 激励 频率 可分 为两类 ８ －，通 ＿：一 类是 轴频 激励 力 ， ］ 即螺旋 桨 的激 扰 频率 等于 桨轴转 速 的一 阶激励 力 ；另 一类则 是激 扰频 率等 于桨 轴转速 ｎ乘 以桨 叶数 ｚ 或 桨 叶数倍 数 的高阶激 励 力 ，称 为 叶频激 励 力或倍 叶频 激励 力 。 影 响 叶频激 励力 和轴 承力 的 因素很 多 ，一般情 况 下可采 用近 似方 法估 算 。高桥 肇建 议船 舶设 计阶
收 稿 日期 ：２ １．８０ ；修 改稿 收稿 日期 ：２ １—１ ７ ０００ —９ ００１— ０
５ ２卷
第 ２期
（ 第 １５期 ） 总 ９
朱
理 ，等 ：螺旋 桨激 励力 下 的舰 船振动 特 性分析
９
段 ，无 空泡 时螺旋 浆最 大 脉动 压力 Ｐ ，Ｋ ，可 由公式 （ ）给 出 ： ｍ ｎ １