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随着我国船舶工业的不断发展,螺旋桨作为常规船舶的主要推进装置,所受到的激励力随着推进功率的增大而急剧增大,引起的振动成为阻碍潜艇设计发展的因素之一,因此准确的描述湍流流场中螺旋桨轴系统所受脉动推力具有重要的意义。本文基于非定常力谱理论和随机振动理论,计算了在各向同性的湍流流场中潜艇螺旋桨轴系统的脉动推力谱,给潜艇的减振降噪提供思路。主要的研究和成果包括:(1)本文的计算过程是:首先将螺旋桨沿半径方向划分为许多条带,通过相关分析法计算了均匀湍流作用在螺旋桨面上的非定常力谱,得到力谱的空间分布,再把条带力谱映射到条带所包含的点上,作为系统的输入;然后进行有限元建模,提取其振动模态;最后基于模态叠加法求解系统包括纵向脉动推力在内的弹性振动响应。该理论的优势在于可以考虑到低频范围内系统输入和振动模态的共振效应,更准确的描述系统的随机振动响应。(2)系统输入力谱的影响因素有:湍流积分尺度、进流速度、湍流强度和旋转速度。湍流的积分尺度越大,力谱衰减的越迅速;进流速度越小,叶频处的振动峰值越明显;流场湍流强度越大,力谱的幅值越大,但形状不变;潜艇转速越大,力谱越大,在叶频、倍叶频等处都出现更加明显的峰值。(3)以Sevik桨为例,通过改变系统动力学参数,分析了弹性、阻尼等因素对系统随机振动响应的影响。从结果可知,轴系的弹性模量越大,系统整体的振动响应越大;桨叶材料的弹性模量越大,系统的整体响应越小。轴系和桨叶材料各自的阻尼增大,可以降低相应共振频率引起的振动幅值,而对非共振频率处的振动幅值几乎没有影响。(4)以侧斜桨为例用同样的方法计算,对比Sevik桨可以发现相似的随机振动响应特性。不同之处在于Sevik桨的脉动推力谱整体高于侧斜桨,叶频处的峰值也更突出。根据桨轴系统的振动响应特性,减小轴系材料的弹性模量,增大螺旋桨材料的弹性模量,增大系统阻尼,可以明显的降低系统的随机振动力谱。