轴系纵向振动主动控制作动器结构设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

船舶推进轴系是一个典型的多阶梯多支撑连续弹性体，由于船体的非圆周对称性，螺旋桨在船体尾部不均匀伴流场中产生的非定常激励力、主机装置产生的径向简谐分力和推进轴系扭转振动产生的纵向分力都会使得推进轴系产生周期性的纵向拉亚变形，这种现象便是大型船舶和潜艇常见的推进轴系纵向振动^[1]。有研究表明，船舶在行进过程中，流体直接传递至艇体上的激励力只占螺旋桨激励力的6%-8%，90%以上的螺旋桨激励力都通过推进轴系间接传递至艇体上，即引起潜艇推进轴系纵向振动的激励力主要来源于螺旋桨轴承力^[2]。推进轴系纵向振动不仅会导致主机、传动装置和轴系的故障，而且更为重要的是轴系纵向振动通过各支撑轴承及其基座传递至艇体，激励起艇体振动并向水下辐射噪声。故研究主推进轴系纵向振动控制，无论对提高民用船舶的舒适度，还是提高潜艇的声隐身性能，都具有很重要和迫切的现实意义。

目前，国内外已有相关方面的研究。各类控制方案按照是否外加控制器进行分类可分为直接控制和间接控制，而直接控制根据是否外加能量又可分为被动控制、半主动控制和主动控制。其中被动控制方式主要涉及：推进轴系改进设计、复合材料轴系、新型推力轴承、动力吸振器和声子晶体带隙减振等。

被动控制技术不需要外界提供能量，装置结构简单，易于实现，经济性和可靠性好，在较窄频带内对推进轴系的纵向振动具有较好的控制效果，但不能适应外扰变化，且低频控制效果不理想。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容

本课题针对船舶轴系纵向振动问题，提出基于压电材料的主动振动控制作动器设计。在设计出合理的推进轴系结构和压电作动器结构的基础上，将二者进行装配，从而搭建搭建起实验用的操作平台。由于该作动器存在滞后特性,其输出位移与施加电场之间是非线性关系,因而探讨关于其输入输出关系以及选择合理的控制方法十分重要。因此，在合理选取压电材料后，基于操作平台对所使用的压电激振器进行测试分析，建立压电作动器输入输出关系式。

在搭建好控制平台之后，通过pid控制算法对压电作动器进行实验，从而完善控制系统的参数优化，得到合理的控制系统参数。最后对压电作动器的控制效果进行测试并记录相关实验数据，通过对实验数据的分析调整装置结构和控制系统参数，直至达到预期目标。

3. 研究计划与安排

1～3周 通过调研、查阅资料等手段确定课题意义及其研究背景

4～7周 进行初步的方案设计，试验确定方案的合理设计

8～9周 通过试验确定合理的元器件并完成整体装置的虚拟装配

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 赵耀，张赣波，李良伟.船舶推进轴系纵向振动及其控制技术研究进展.中国造船，2011

[2] 罗银淼，方翔，邸德宁.一种基于压电叠堆-液压微位移放大的船艇推进轴系纵向振动控制装置. 浙江大学，2015

[3] chertock g.rorces on a submarine hull induced by thepropeller[j].journal of ship research,19655,9(2)：122-130.