基于气磁主被动混合隔振的浮筏若干问题研究

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潜艇在国防建设中具有非常重要的战略地位,其静音隐身能力对作战性能的提高至关重要。机械噪声,尤其是动力设备运转所产生的低频振动,在一定情况下对潜艇水下声隐身性能的影响很大。隔振技术能够有效降低振动能量的传递,是舰船动力机械减振降噪的关键。浮筏隔振系统由于其更优良的抗冲击能力和系统稳定性、更好的隔振效果,目前广泛地应用于潜艇的主辅机隔振。然而常规浮筏的隔振性能提升也存在一些制约因素,一是筏架的结构大多采用由板梁组成的框架结构,形式比较单一,缺少振动能量吸收与耗散的新结构形式;二是筏架大多采用高刚高强的金属材料制造,导致隔振结构附加质量很大,并且对于动力设备产生的中低频振动及噪声传递的抑制效果不理想;三是常规浮筏作为一个特殊的双层被动隔振系统,其隔振频率受自身固有频率的限制,不能实现更宽频域的隔振,而且会在固有频率处产生共振。针对常规浮筏隔振性能的上述制约因素,有必要探索新型的吸振筏架结构形式,有必要寻求吸振性能更好的材料来替代金属筏架材质,更有必要引入主动隔振来实现全频域的振动抑制,使浮筏隔振性能得到质的提升。为此,本文开展了相关研究,一是将动态性能好的主动单元电磁作动器与承载力能力强的被动单元空气弹簧结合构成气磁主被动混合隔振系统,并实现了对振动的主动隔振控制;二是对浮筏筏架从桁架式结构形式以及应用碳纤维复合材料替代金属材料两方面进行了研究探索。取得的主要研究成果有:(1)构建了气磁主被动混合隔振实验平台,建立了气磁主被动混合隔振的力学模型,提出了基于气磁主被动混合隔振的主、被动隔振单元匹配选型的结构设计方法。(2)基于系统辨识,建立了气磁主被动混合隔振数学模型,开发了实现主被动混合隔振的H∞鲁棒控制算法,并且在气磁主被动混合隔振实验平台上,分别验证了该方法在单频干扰、双频干扰以及窄带干扰条件下进行主动隔振的有效性。(3)提出了基于桁架形式的筏架设计方法,构建了桁架式筏架浮筏系统,通过不同工况下筏架的振动传递特性,揭示了桁架式结构的隔振机理。(4)构建了碳纤维复合材料筏架实验台,与同结构等尺寸的钢质筏架的隔振性能进行了对比实验,表明碳纤维复合材料是一种适用于浮筏筏架的材料,特别是需要减少浮筏隔振系统附加质量的应用场合,为以后多材料浮筏筏架的设计提供了参考。本文期望通过上述相关研究以全面改善浮筏隔振系统的隔振降噪性能,提高舰船的静音能力。
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