船舶振動主動控制的研究進展探討

徐華國 范超

摘 要：本文在此以船舶振動當(dāng)中的阻尼技術(shù)、在船舶當(dāng)中的使用方式、船舶振動的隔離技術(shù)、動力吸振器的相關(guān)研究和整船振動的控制技術(shù)研究等方面為基礎(chǔ)，對船舶振動主動控制技術(shù)實施了探討，闡述了近些年主動控制技術(shù)應(yīng)用于船舶振動主動控制的研究進展，并提出了加快船舶振動主動控制研究發(fā)展進程的相關(guān)辦法。希望能夠起到一定的幫助作用。

關(guān)鍵詞：船舶振動；主動控制；研究進展

引言

艦船的振動和產(chǎn)生的噪聲一直以來都被船舶界高度關(guān)注。船舶振動時，經(jīng)常使用的有阻尼技術(shù)、動力式機械隔振與振動式吸振等。盡管這些辦法具有一定的經(jīng)濟性和可靠性，然而因船舶的振動較為復(fù)雜且又要求其必須達到一定的效果，而振動被動控制技術(shù)在低頻時段的振動控制又不是很理想，無法與外界的振動變化相適合，導(dǎo)致振動被動控制技術(shù)的使用范圍較為狹窄。然而，還因其可以對結(jié)構(gòu)振動的相關(guān)特性加以檢測，同時能夠隨時做出響應(yīng)，并有著較強的適應(yīng)性特點，使其在船舶的振動和噪聲的控制方面還是得到了使用，而且在以后會被更加廣泛。

1.阻尼技術(shù)在船舶當(dāng)中的具體應(yīng)用方法

阻尼技術(shù)對于控制船舶的振動有著非常明顯的效果。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，阻尼技術(shù)包含自由阻尼以及約束阻尼兩種技術(shù)。這當(dāng)中，自由阻尼主要就是在應(yīng)被減振和降噪的物體表面粘貼或者噴上一層具有阻尼特性的材料；而所謂的約束阻尼就是在結(jié)構(gòu)物體與具有金屬特性的約束板之間粘上具有阻尼性質(zhì)的材料，后者所起到的作用要比前者明顯好很多。相關(guān)研究人員曾經(jīng)對化工部海洋涂料研究所研發(fā)出來的T54/T60型號的具有阻尼性質(zhì)的涂料實施了試驗，使用阻尼性能相對較好的錳銅合金材料來制作中間機座，組建出了模型測試系統(tǒng)，試驗結(jié)果表明，其所起到的減振作用非常顯著。另有一些相關(guān)學(xué)者對具有粘彈特性的材料的筏架組成和艇體以及聲學(xué)方面介質(zhì)的耦合性實施了更加細致化的理論性探究，接下來又對在阻尼處理的范圍與具體位置還有上下層隔振器的剛體變化、基座面以及板厚的改變等方面對浮筏隔振系統(tǒng)在傳遞性質(zhì)上所產(chǎn)生的影響實施了精確的計算和探究。另外還有新阻尼性材料的研發(fā)與預(yù)報正處于進展中為能夠很好的控制振動的幅度且降低共振過程中產(chǎn)生的響應(yīng)，理論方式的研究和試驗方式的研究結(jié)果都顯示，此移動阻尼可以在很大程度上減小船舶的振動、提升人員的舒適感并減小作動器振動的幅度。

2.隔振技術(shù)

在對主機的激振進行研究時，從降低主機激振力、避免機架和曲軸縱向的振動等方面實施了相應(yīng)的工作。并且在主機和其它的相關(guān)機械設(shè)備上使用隔振技術(shù)，單層的隔振并不適合在轉(zhuǎn)速較慢的大型設(shè)備的隔振上使用，雖然雙層隔振就很好的彌補了單層隔振系統(tǒng)在穩(wěn)定性方面的不足，不過因其中間的質(zhì)量太大，所以還是沒有在艦船當(dāng)中得到廣泛的使用。而讓多臺設(shè)備使用同一個中間質(zhì)量實施浮筏隔振，將多臺設(shè)備集中到一起，不僅有效減小了中間筏體的質(zhì)量，還節(jié)省了一定 的空間，讓設(shè)計可以更加的靈活多變，以此達到總設(shè)計的相關(guān)要求；結(jié)構(gòu)合理的浮筏裝置對于隔振有著明顯的作用；浮筏裝置不僅在當(dāng)前被普遍使用，其在今后也會得到更廣泛的應(yīng)用。

3.動力吸振

動力吸振的原理是在被控制的對象當(dāng)中加設(shè)一個附屬系統(tǒng)，利用其產(chǎn)生的吸振力降低被控制對象對振源激勵而形成的響應(yīng)。對于非主動的動力式吸振器來說，其用于吸振的頻帶寬度較為欠缺，并且還不能隨意調(diào)整。但主動的動力式吸振器則就可以在主振系統(tǒng)當(dāng)前所處狀態(tài)的基礎(chǔ)上，對結(jié)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)和其振動的狀態(tài)進行調(diào)節(jié)，達到寬頻帶吸振的目的，以此擴大動力吸振器的可利用范圍，增強減振的作用，其近年來取得了很大的發(fā)展。被動動力吸振器在船舶振動上的應(yīng)用方式主要包括機械式、流體式以及流體機械混合式三種。有相關(guān)研究人員在船舶柴油機所具有的振動特點和基本規(guī)律基礎(chǔ)上，研究并開發(fā)出了一種電動的全自動式吸振器，組建出了與其相對應(yīng)的模型，而且對具有一定復(fù)雜性的周期性振動以及模擬式柴油機的振動在控制方面所產(chǎn)生的作用實施了相應(yīng)的精確計算和研究，使用經(jīng)過改進的LMS算法，研究并開發(fā)了具有自適應(yīng)特點的控制器，構(gòu)建了有著主動吸振特點的試驗型裝置，在對模擬式柴油機振動在全自動吸振的控制能力方面實施了試驗之后，得出的結(jié)果是此裝置在減振的效果上達到了10dB到15dB。

4.對整船的振動控制進行的研究

現(xiàn)階段，對整船船舶的振動噪聲控制進行的理論性研究，主要是針對船舶和其內(nèi)部構(gòu)件在簡化模擬的振動噪聲主動控制方面，大致包括以下幾點：首先，將船體看作是柱殼，將智能型材料粘貼在柱殼的表面，構(gòu)建出耦合方程，并基于理論組建模型；其次，組建并分析主動控制系統(tǒng)，當(dāng)中有系統(tǒng)的建模和降階、傳感器作動器的選取和布設(shè)、控制系統(tǒng)的設(shè)計和閉環(huán)控制系統(tǒng)的形成等。但現(xiàn)階段基本上都集中于整個系統(tǒng)的運動方程創(chuàng)建、傳感器作動器的選取和布設(shè)及相關(guān)的控制算法研究等；最后是實驗裝置的研發(fā)。比如，在壓電片和殼體粘貼非常牢固的情況下，可與殼體共同彎曲變形，同時這兩者之間的相應(yīng)點曲率都是一樣的，按照力和力矩平衡的原理，計算出粘貼著一塊壓電片的薄圓形柱殼的數(shù)學(xué)式模型，此模型能夠在結(jié)構(gòu)振動噪聲的控制上起到很大的作用。

5.結(jié)束語

解決船舶振動的相關(guān)問題屬于一項龐大的工程，本文闡述了船舶振動當(dāng)中的阻尼技術(shù)、在船舶當(dāng)中的使用方式、船舶振動的隔離技術(shù)、動力吸振器的相關(guān)研究和整船振動的控制技術(shù)研究等，對船舶振動主動控制技術(shù)實施了探討，并著重分析了主動控制技術(shù)在船舶振動控制方面的應(yīng)用研究。希望對提升船舶振動主動控制技術(shù)的實用性起到一定的作用。

參考文獻：

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