許慧春，郭云松，諶 勇，2，陳 鋒，2，華宏星，2

（1.上海交通大學(xué) 機(jī)械系統(tǒng)與振動(dòng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200240；2.高新船舶與深海開發(fā)裝備協(xié)同創(chuàng)新中心，上海 200240；3.中國船舶重工集團(tuán)公司第七O四研究所，上海 200031）

一種高阻尼螺旋槳在寬帶激勵(lì)力下的振動(dòng)特性研究

許慧春1，郭云松3，諶 勇1，2，陳 鋒1，2，華宏星1，2

（1.上海交通大學(xué) 機(jī)械系統(tǒng)與振動(dòng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200240；2.高新船舶與深海開發(fā)裝備協(xié)同創(chuàng)新中心，上海 200240；3.中國船舶重工集團(tuán)公司第七O四研究所，上海 200031）

提出一種新型高阻尼螺旋槳結(jié)構(gòu)形式，通過將螺旋槳槳葉簡化為彎曲梁，對(duì)常規(guī)槳葉和新型槳葉的隨機(jī)振動(dòng)特性進(jìn)行對(duì)比分析。首先利用基于均勻湍流統(tǒng)計(jì)模型的相關(guān)分析方法，求取了作用在槳葉表面上的壓力譜空間分布；然后運(yùn)用基于模態(tài)疊加法的隨機(jī)振動(dòng)理論，討論了系統(tǒng)參數(shù)對(duì)槳葉葉尖速度響應(yīng)功率譜和脈動(dòng)推力功率譜的影響規(guī)律。研究表明新型螺旋槳結(jié)構(gòu)形式具有降低葉片固有頻率處峰值響應(yīng)的效果。

振動(dòng)與波；螺旋槳；彎曲梁；湍流；模態(tài)疊加法；隨機(jī)振動(dòng)

螺旋槳誘導(dǎo)的脈動(dòng)推力是潛艇低頻振動(dòng)噪聲的重要來源之一[1]。由于軸系縱向剛度大，螺旋槳在非定常艉流中運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其產(chǎn)生的脈動(dòng)推力會(huì)通過軸系傳遞到艇體并引起艇體的振動(dòng)和聲輻射[2]。一般而言，螺旋槳脈動(dòng)推力包含周期分量和寬頻分量[3–4]。窄帶周期分量主要來源于由鰭、舵等附體引起的空間非均勻流速艉流激勵(lì)，通常出現(xiàn)在葉頻及其倍頻上[5–6]。寬頻激勵(lì)則分布在幾赫茲到數(shù)百赫茲的范圍內(nèi)，且通常會(huì)在1階葉頻附近出現(xiàn)峰值[7–9]。其中，低頻寬帶力產(chǎn)生的原因主要是槳葉與進(jìn)流中的湍流相互作用。螺旋槳進(jìn)流中的湍流主要由船體及附體的邊界層產(chǎn)生，并疊加了來流中的環(huán)境自由湍流，所以具有不同的特征積分尺度。為減小由螺旋槳激勵(lì)力引起的艇體振動(dòng)及輻射噪聲，可采用不同的主動(dòng)或被動(dòng)控制措施，譬如早期采用的液壓形式Michell軸承，以及國內(nèi)近年來研制的縱振減振器等，對(duì)于被動(dòng)措施的理論分析及優(yōu)化討論可參見文獻(xiàn)[10–11]。另外還有在Leiws的基礎(chǔ)上開展的主動(dòng)及半主動(dòng)措施研究等[12]。這些研究均以常規(guī)螺旋槳為研究對(duì)象，如圖1(a)所示，且均假設(shè)螺旋槳是剛性槳，主要通過在軸系、軸承或基座上布置不同形式的隔振或吸振裝置以控制縱向激勵(lì)力。近幾年的實(shí)船測(cè)試及諸多理論分析表明，實(shí)尺度的螺旋槳葉片固有頻率可低至數(shù)十赫茲，會(huì)落在寬頻激勵(lì)能量比較集中的區(qū)域，由此引起的脈動(dòng)推力放大作用不可忽視，同時(shí)研究表明提高螺旋槳阻尼能夠有效降低螺旋槳的振動(dòng)噪聲。

因此，文中提出一種區(qū)別于常規(guī)螺旋槳的新型高阻尼螺旋槳的結(jié)構(gòu)形式，如圖1(b)所示，并在此基礎(chǔ)上對(duì)影響槳葉振動(dòng)噪聲及脈動(dòng)推力傳遞的主要系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行參數(shù)化分析，為進(jìn)一步的控制研究提供理論支撐。

1 理論方法

螺旋槳槳葉具有不規(guī)則的幾何形狀，為建立其微分方程，將其簡化為Euler彎曲梁，忽略其扭轉(zhuǎn)模態(tài)。常規(guī)螺旋槳和新型螺旋槳的結(jié)構(gòu)形式示意圖如圖1所示。對(duì)于圖1(a)所示的常規(guī)螺旋槳，將其單根槳葉簡化為如圖1(c)所示的懸臂梁，對(duì)于圖1(b)所示的新型螺旋槳，將其單根槳葉簡化為如圖1(d)所示的槳葉中間靠根部處簡支、根部連接阻尼器的梁。其中，L1為新型槳葉在槳轂內(nèi)段的長度，L2為新型槳葉在槳轂外段的長度，L2與常規(guī)槳葉長度L相等。

圖1 常規(guī)螺旋槳和新型螺旋槳的結(jié)構(gòu)形式示意圖

采用兩步法計(jì)算湍流進(jìn)流誘發(fā)的槳葉彈性響應(yīng)問題。第一步，利用均勻湍流統(tǒng)計(jì)模型，采用基于條帶的相關(guān)分析方法，求取螺旋槳葉片上每一條帶自身的功率譜及其與其他條帶間的互功率譜矩陣，作為常規(guī)螺旋槳和新型螺旋槳兩種方案共同的基本輸入條件；第二步，利用基于模態(tài)疊加法的隨機(jī)振動(dòng)理論，通過參數(shù)化方法研究系統(tǒng)參數(shù)對(duì)槳葉速度響應(yīng)功率譜和脈動(dòng)推力功率譜的影響規(guī)律，并對(duì)兩種方案的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證在振動(dòng)噪聲抑制方面新型螺旋槳結(jié)構(gòu)形式相比常規(guī)螺旋槳結(jié)構(gòu)形式所具有的獨(dú)特性能，從而為這種新型螺旋槳的進(jìn)一步研制提供基本的理論基礎(chǔ)。

由聲學(xué)原理可知，平均輻射聲功率和振動(dòng)速度幅值的平方成正比，聲輻射越大，潛艇隱身性能越差，顯然，槳葉在葉尖處振動(dòng)速度幅值最大。另外，由槳葉誘導(dǎo)產(chǎn)生的脈動(dòng)推力會(huì)通過軸系傳遞到艇體上，引起艇體振動(dòng)和產(chǎn)生噪聲。故著重研究這兩種方案中槳葉葉尖的振動(dòng)速度譜以及由槳葉誘導(dǎo)產(chǎn)生的脈動(dòng)推力譜。

1.1 各向同性湍流條件下的非定常升力譜計(jì)算

運(yùn)用基于條帶理論的湍流相關(guān)分析方法[8]，以常規(guī)螺旋槳為研究對(duì)象，將每片螺旋槳葉劃分為圖2所示的40個(gè)條帶，利用來流中湍流的時(shí)空相關(guān)特性及不同條帶之間的幾何關(guān)系，求取各條帶自身及不同條帶之間的力譜，將所求力譜作為常規(guī)槳葉和新型槳葉在1.3節(jié)中的輸入。

圖2 湍流進(jìn)流誘導(dǎo)的螺旋槳槳葉的升力脈動(dòng)

以張量的形式描述時(shí)，上標(biāo)代表不同的條帶編號(hào)，x1、x2、x3、x4分別對(duì)應(yīng)第α、β、γ、δ個(gè)條帶中心到葉根的距離，下標(biāo)代表不同的方向。譬如表示由第β個(gè)條帶在j方向上在τ時(shí)刻作用在第α片條帶上i方向t時(shí)刻的水動(dòng)力。表示所有β單元上所有j方向以及所有τ時(shí)間流速脈動(dòng)導(dǎo)致的α片條帶上i方向t時(shí)刻的水動(dòng)力

其中i,j=1,2,3,α,β=1,2,3,···,n

對(duì)式(2)進(jìn)行傅里葉變換，則可得到不同條帶之間的互譜函數(shù)

采用空間各向同性的湍流模型，該模型中兩點(diǎn)的速度相關(guān)函數(shù)不隨位置的遷移發(fā)生變化。通過該假設(shè)，任意兩點(diǎn)的速度相關(guān)函數(shù)可以寫成正則化的縱向和橫向相關(guān)函數(shù)。另外，假設(shè)流場(chǎng)無散以及沿著流線指數(shù)衰減。為任意兩點(diǎn)速度之間的相關(guān)函數(shù)，進(jìn)而求得在不同頻率處垂直于葉片表面的力譜矩陣表示垂直于槳葉表面的隨機(jī)力，由于α、β與x1、x2一一對(duì)應(yīng)，故在下文中將簡記為

1.2 系統(tǒng)阻尼分析

系統(tǒng)各階阻尼比ζi和系統(tǒng)各階總損耗因子ηTi的線性關(guān)系如式(7)所示。各階總損耗因子ηTi由機(jī)械損耗因子ηm、聲輻射損耗因子γi、水動(dòng)力損耗因子ηHi三部分構(gòu)成，對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能具有非常重要的影響。其中，聲輻射損耗因子的影響相對(duì)其他兩項(xiàng)較小[3]，故忽略聲輻射損耗因子的影響。

其中mi=ρ0(π/2)w(1+ωiw/c)-1，ωi為槳葉的各階固有頻率，w為槳葉寬度，c為海水中的聲速，ρp為槳葉材料密度，ρ0為海水密度，h為槳葉等效厚度，i=1,2,3···。

常規(guī)槳葉機(jī)械損耗因子ηm取1%，表示槳葉自身機(jī)械結(jié)構(gòu)阻尼；新型螺旋槳中阻尼器阻尼同樣以機(jī)械損耗因子體現(xiàn)，ηm取1%表示忽略阻尼器阻尼，僅考慮槳葉自身機(jī)械結(jié)構(gòu)阻尼,當(dāng)ηm取3%、5%時(shí)，則表示考慮阻尼器阻尼的影響并令其逐漸增大。設(shè)潛艇前進(jìn)速度U∞=4.62 m/s，螺旋槳轉(zhuǎn)速Ω0=1.9 r/s，槳葉上任意一點(diǎn)的合成速度為U0(r)，根據(jù)式(8)求得等效合成速度

將式(8)、式(9)代入式(7)，即可求得系統(tǒng)各階總損耗因子ηTi和系統(tǒng)各階阻尼比ζi。

1.3 槳葉的隨機(jī)響應(yīng)分析

將兩種方案中的槳葉均簡化為Euler彎曲梁，假設(shè)槳葉表面的隨機(jī)力p(x,t)是平穩(wěn)過程，且在空間和時(shí)間上都具有零均值。前面已求出槳葉上均布的40個(gè)條帶之間的隨機(jī)力自譜和互譜矩陣Sp(x1,x2,ω)，作為常規(guī)螺旋槳和新型螺旋槳兩種方案共同的基本輸入條件。該分析方法對(duì)傳統(tǒng)螺旋槳和新型螺旋槳均適用，區(qū)別僅僅在于振型函數(shù)和固有頻率不同。

當(dāng)考慮槳葉的內(nèi)黏性阻尼c1時(shí)，Euler彎曲梁的振動(dòng)微分方程表示為

根據(jù)模態(tài)疊加法，式(10)的樣本解可以表示為

根據(jù)Euler梁的彎曲振動(dòng)方程及其邊界條件，通過Matlab編程分別求得兩種方案中槳葉的固有頻率ωi、對(duì)應(yīng)的振型函數(shù)φi(x)和模態(tài)響應(yīng)Yi(t)，從而可求得槳葉截面位移

繼而求得槳葉截面位移的協(xié)方差函數(shù)

進(jìn)而求得槳葉截面位移的功率譜為

根據(jù)零均值平穩(wěn)隨機(jī)過程的性質(zhì)，可得槳葉截面速度y?(x,t)的功率譜為

根據(jù)剪力公式可得槳葉截面剪力V(x,t)的功率譜為

根據(jù)式(15)求得常規(guī)槳葉和新型槳葉的葉尖振動(dòng)速度功率譜分別為Sv1(ω)和Sv2(ω)

根據(jù)式(16)求得常規(guī)十葉螺旋槳和新型十葉螺旋槳傳遞到槳轂基礎(chǔ)上的脈動(dòng)推力功率譜分別為St1(ω)和St2(ω)，其中新型槳葉脈動(dòng)推力由三部分組成，包括槳葉根部剪力SV2left(0,ω)、鉸鏈左端剪力SV2left(L1,ω)和鉸鏈右端剪力SV2right(L1,ω)。

2 參數(shù)化研究及其對(duì)比分析

2.1 研究對(duì)象

以均勻布置的十葉槳為研究對(duì)象。該槳的尺寸基于70年代Sevik測(cè)試過的一個(gè)槳模[7]，固定弦長25.4 mm，無側(cè)斜，方形葉梢，設(shè)計(jì)進(jìn)速比為1.19。為降低其固有頻率，對(duì)其進(jìn)行縮尺比為5的幾何放大。圖3給出常規(guī)螺旋槳的幾何外形和放大后的基本尺寸，兩種槳葉的彈性模量E、槳葉等效密度ρ、槳葉截面面積A以及對(duì)Y軸的慣性矩I均相同，彈性模量E=4×104MPa；由于槳葉振動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生流體附連水質(zhì)量，故槳葉等效密度大于其實(shí)際的材料密度，運(yùn)用有限元軟件Abaqus計(jì)算得到槳葉等效密度ρ=9.75×10-6kg/mm3；槳葉寬度w=286 mm；槳葉截面面積A=8 000 mm2；梁橫截面對(duì)Y軸的慣性矩I=8.003×105mm4；常規(guī)槳葉長L=825.5 mm；新型槳葉槳轂外段葉長L2=L=825.5 mm，新型槳葉槳轂內(nèi)段葉長L1通過L1/L2的比值e來調(diào)節(jié)。

圖3 十葉螺旋槳幾何形狀及尺寸

2.2 主要影響參數(shù)及評(píng)價(jià)指標(biāo)

通過參數(shù)化方法討論新型槳葉中阻尼器的剛度k、機(jī)械損耗因子ηm及槳轂內(nèi)段葉長L1三項(xiàng)系統(tǒng)參數(shù)分別對(duì)兩種方案中葉尖速度響應(yīng)功率譜Sv1,2(ω)及由槳葉誘導(dǎo)產(chǎn)生的脈動(dòng)推力功率譜St1,2(ω)兩項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響。其中，葉尖振動(dòng)速度功率譜參考值取1(m?s-1)2/(rad?s-1)，脈動(dòng)推力功率譜參考值取1 N2/(rad?s-1)，求得兩項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的分貝值。

2.3 阻尼器剛度k對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響

圖4 螺旋槳阻尼器剛度k對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響

兩種方案均只考慮槳葉自身機(jī)械結(jié)構(gòu)阻尼，忽略新方案中阻尼器阻尼，令兩種方案中的機(jī)械損耗因子ηm均取1%，并保持比值e=1/4，改變新方案阻尼器剛度k，得出兩種方案的隨機(jī)響應(yīng)特性見圖4。新型槳葉中，各階固有頻率在剛度k的各個(gè)取值下均小于常規(guī)槳葉，剛度k主要影響系統(tǒng)固有頻率，剛度越小各階固有頻率越低，曲線在低頻處重合度較高，表明剛度對(duì)低頻影響甚微，對(duì)高頻影響顯著；剛度對(duì)兩項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的各階峰值均影響很小，當(dāng)k=4×107N/m時(shí)，兩項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的第4階峰值均明顯小于k其他取值的情況及傳統(tǒng)槳葉，但在0～600 Hz的頻域范圍內(nèi)出現(xiàn)第5階峰值，從而產(chǎn)生更多的共振點(diǎn)。故在實(shí)際應(yīng)用中可通過選擇適當(dāng)?shù)淖枘崞鲃偠?，使得系統(tǒng)各階固有頻率盡量錯(cuò)開激勵(lì)的頻率范圍，從而避免因共振導(dǎo)致過大的聲輻射和脈動(dòng)推力。

2.4 機(jī)械損耗因子ηm對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響

保持新型槳葉中阻尼器剛度k為2×108N/m，比值為e=1/4，通過其機(jī)械損耗因子來調(diào)整阻尼器阻尼，得出兩種方案的隨機(jī)響應(yīng)特性見圖5。常規(guī)槳葉和新型槳葉前4階固有頻率分別為16.6 Hz、104.3 Hz、291.9 Hz、572.0 Hz和 14.3 Hz、92.5 Hz、262.9 Hz、512.8 Hz，可見新型槳葉各階固有頻率比傳統(tǒng)槳葉低。當(dāng)兩種方案的機(jī)械損耗因子ηm均取1%時(shí)，兩項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的各階峰值均相差不大，甚至在第2、3階固有頻率處新方案略大于傳統(tǒng)方案，這是由于新方案中忽略阻尼器阻尼后，阻尼器等效為無阻尼的彈簧，故新型槳葉較常規(guī)槳葉稍軟，從而使得新型槳葉具有較低的固有頻率和相對(duì)稍大的速度響應(yīng)。隨著新型槳葉機(jī)械損耗因子提高，兩項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)各階峰值均不同程度地減小，機(jī)械損耗因子越大，各階峰值減小越多，說明阻尼越大，消耗越多的能量，而遠(yuǎn)離共振區(qū)時(shí)阻尼對(duì)兩項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的峰值影響不大。曲線在低頻處重合度較高，表明機(jī)械損耗因子對(duì)兩項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的低頻峰值影響甚微，對(duì)抑制高頻峰值作用顯著，階數(shù)越高峰值減小越顯著，表明在低頻時(shí)機(jī)械損耗因子在系統(tǒng)阻尼中不起主導(dǎo)作用，由水動(dòng)力損耗因子起主導(dǎo)作用；當(dāng)頻率提高時(shí)，水動(dòng)力損耗因子在系統(tǒng)阻尼中的比重逐漸降低，同時(shí)機(jī)械損耗因子比重逐漸提高。在第3、4階固有頻率處新型槳葉兩項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)峰值均明顯小于常規(guī)槳葉?？梢灶A(yù)見，當(dāng)機(jī)械損耗因子繼續(xù)提高時(shí)，新型槳葉的兩項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的各階峰值還將得到進(jìn)一步抑制，從而進(jìn)一步減小螺旋槳的聲輻射和傳遞到槳轂上的脈動(dòng)推力。這表明新型槳葉比常規(guī)槳葉具有更好的減振降噪性能。

2.5 槳轂內(nèi)段葉長L1對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響

兩種方案中槳葉機(jī)械損耗因子均取為1%，同時(shí)保持新方案中阻尼器剛度k=2×108N/m，通過調(diào)節(jié)比值e研究槳轂內(nèi)段葉長L1對(duì)系統(tǒng)振動(dòng)特性的影響，得出兩種方案的隨機(jī)響應(yīng)特性見圖6。由圖6(a)可見，曲線在低頻處重合度較高，表明e在低頻處對(duì)固有頻率和葉尖速度功率譜各階峰值影響較小，在高頻處對(duì)固有頻率影響較大，e越大新型槳葉各階固有頻率越低，當(dāng)e=1/3時(shí)，葉尖速度響應(yīng)功率譜的第4階峰值較e的其他取值以及常規(guī)槳葉的對(duì)應(yīng)峰值更低，但在0～600 Hz頻域內(nèi)出現(xiàn)第5階峰值，從而產(chǎn)生更多的共振點(diǎn)。由圖6(b)可見，當(dāng)e=1/5時(shí)，脈動(dòng)推力功率譜在第1階固有頻率處相對(duì)常規(guī)槳有放大作用，在第3、4階固有頻率處相對(duì)常規(guī)槳?jiǎng)t有明顯的抑制作用。當(dāng)e=1/4時(shí)，各階峰值均與常規(guī)螺旋槳非常接近。當(dāng)e=1/3時(shí)，脈動(dòng)推力功率譜在第1階固有頻率處相對(duì)常規(guī)槳有放大作用，且放大作用較e=1/3弱，在第2、3階固有頻率處相對(duì)常規(guī)槳?jiǎng)t有明顯的抑制作用。故應(yīng)根據(jù)e不同取值時(shí)的系統(tǒng)特性、工作環(huán)境、工作要求和槳轂內(nèi)安裝空間綜合確定槳轂內(nèi)段葉長L1的取值。

3 結(jié)語

基于湍流統(tǒng)計(jì)模型及隨機(jī)振動(dòng)理論，對(duì)常規(guī)螺旋槳和文中提出的新型高阻尼螺旋槳結(jié)構(gòu)形式在均勻湍流進(jìn)流作用下的隨機(jī)響應(yīng)進(jìn)行分析對(duì)比，并研究新型螺旋槳中三個(gè)系統(tǒng)參數(shù)對(duì)葉尖振動(dòng)速度響應(yīng)功率譜和螺旋槳脈動(dòng)推力功率譜的影響規(guī)律，通過計(jì)算分析可以得到以下結(jié)論：

圖5 機(jī)械損耗因子ηm對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響

圖6 比值e對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響

（1）頻率越低，水動(dòng)力損耗因子在系統(tǒng)阻尼中比重越高，同時(shí)機(jī)械損耗因子比重越低。增加系統(tǒng)阻尼對(duì)于振動(dòng)噪聲控制是有利的，特別是增加槳葉的阻尼，既能降低縱向脈動(dòng)力，也能降低槳葉自身的振動(dòng)和聲輻射，是控制螺旋槳寬頻激勵(lì)引起的振動(dòng)噪聲問題的理想途徑之一。

（2）新型螺旋槳中阻尼器剛度主要影響系統(tǒng)固有頻率，且對(duì)高頻影響更為顯著，剛度越小，各階固有頻率越低。實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)激勵(lì)力頻段和工作要求選擇適當(dāng)?shù)淖枘崞鲃偠?，使得系統(tǒng)固有頻率盡量避開激勵(lì)力頻段，從而避免因共振而導(dǎo)致過大的聲輻射和脈動(dòng)推力。

（3）新型槳葉槳轂內(nèi)段葉長L1對(duì)葉尖速度響應(yīng)功率譜各階峰值影響較小，對(duì)系統(tǒng)固有頻率和脈動(dòng)推力功率譜各階峰值作用明顯，L1越小，各階固有頻率越大。e的不同取值對(duì)應(yīng)不同的系統(tǒng)特性。e在某些取值下，新型槳相對(duì)傳統(tǒng)槳在低頻處對(duì)脈動(dòng)推力功率譜起放大作用，在高頻處起抑制作用，如e=1/5時(shí)的情況。故應(yīng)根據(jù)e不同取值時(shí)的系統(tǒng)特性、工作環(huán)境、工作要求和槳轂內(nèi)安裝空間綜合確定槳轂內(nèi)段葉長L1的取值，從而使得新型螺旋槳相對(duì)于常規(guī)螺旋槳達(dá)到降低槳葉振動(dòng)速度譜和脈動(dòng)推力譜的目的。

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Vibration Characteristics of a High-damping Propeller Subjected to Broadband Excitation Forces

XU Hui-chun1,GUO Yun-song3,CHEN Yong1,2,CHEN Feng1,2,HUA Hong-xing1,2
(1.State Key Laboratory of Mechanical System and Vibration,Shanghai Jiaotong University,Shanghai 200240,China;2.Collaborative Innovation Center forAdvanced Ship and Deep-Sea Exploration(CISSE),Shanghai 200240,China;3.704 Institute of CSIC,Shanghai 200031,China)

A new type of high-damping propeller structures is proposed.By simplifying the blade of the propeller into a cantilever beam,the random vibration characteristics of the blades of the new-type propeller and the traditional propeller are analyzed and compared.First of all,using the correlation method based on the statistical characteristics of isotropic turbulence,the pressure spectrum acted on the propeller surface is computed.Then,by using the random vibration theory based on modal superposition method,the influence of system parameters on the power spectral density of blades’velocity response and the unsteady force transmitted to the hull are discussed.It is shown that the new type of propeller structures can reduce the peak responses at the natural frequencies of the blades.

vibration and wave;propeller;cantilever beam;turbulence;modal superposition method;random vibration

U664.33

：A

：10.3969/j.issn.1006-1355.2017.04.002

1006-1355(2017)04-0005-06

2016-11-19

許慧春(1992－)，男，江蘇省鹽城市人，碩士生，主要研究方向?yàn)檎駝?dòng)控制。

E-mail:xhcdhu@163.com

諶勇，男，研究員，博士生導(dǎo)師。

E-mail:chenyong@sjtu.edu.cn