一种艉部轴系自激振动预警方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于船舶推动系统技术领域，具体设及一种艇部轴系自激振动预警方法。
【背景技术】
[0002] 潜艇推进轴系的艇轴大都采用板条式水润滑橡胶轴承，受螺旋奖、轴系自重W及 轴系对中等因素的影响，艇部橡胶轴承成为推进轴系中负荷最大的支承。由于螺旋奖的悬 臂载荷作用，使得推进轴系艇部橡胶轴承比压很大且载荷分布极不均匀。在低速重载运转 工况下，过大的负荷往往会破坏轴颈与轴承间良好的水膜润滑状态，轴颈与轴承间的摩擦 作用增加，再加上橡胶轴瓦上纵向沟槽比较多，轴承与轴颈间很不容易形成连续而稳定的 流体润滑膜，轴颈与轴承间容易进入粘滑状态。轴系经常产生异常弯曲、扭转振动，进而引 起轴系自激振动并激起壳体振动，发出异常噪声，运不仅影响艇部轴系自身运转的稳定性， 还会通过基座传递给艇体，引起艇体结构振动，福射噪声，影响声隐声性能，降低运行稳定 性和使用可靠性。
[0003] 目前已有的思路主要是通过推进轴系结构的合理化设计与安装，或者是在自激振 动发生之后进行控制。对于已经成型的设备已经不具备重新设计和安装条件，只能在已有 设备上进行控制。另外通过现有的理论及实验分析结果可知，艇部轴系的自激振动为强非 线性，通常为化pf分岔，发生的时间尺度比较小，控制难度高。因此通过在线监测的轴承运 行状态，预警轴系的自激振动，从而提前加W控制是一条可行之路。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，针对艇部轴系自激振动产生异常噪声的问题，本发明提出了一种艇部 轴系自激振动预警方法，运种方法解决了艇部轴系自激振动产生W后才进行控制，控制难 度高，且易造成噪声水平较高的问题。 阳0化]实现本发明的技术方案如下：
[0006] 一种艇部轴系自激振动预警方法，具体过程如下：
[0007] 步骤一，信号采集：在轴系轴承表面周向，沿壁面均匀地布置一周振动加速度传感 器，其中所布置的振动加速度传感器为2N+1个；
[0008] 步骤二，信号处理：数据处理系统将加速度传感器采集到的振动加速度信号进行 信号处理，第i个传感器所在位置的加速度为曰1，通过积分可W得到其对应的振动速度Vi， i二 1，2，…2N+1 ;
[0009] 步骤Ξ，信号分析：利用空间离散傅里叶变换，基于所述振动速度Vi，计算得到振 动速度的空间分布一阶模态Zi;
[0010] 步骤四，对一阶模态zi作FFT变换，得到一阶模态Z1的频谱图；
[0011]
[0012] 步骤五，指数计算：在所述频谱图中，找到幅值最高的前m条线谱，其对应的频率 点值ω1<ω2<，…<ωm，并计算每条线谱宽度b。作为第一类预警指数，1《η《m，且bη应满足Ζ(ωb) >Ζη,ωbe(ωn_bn，ωn+bj'
[OOU]取1^组不同（1]11,1]12，1]13)，其中叫,1]12，1]13为整数，且1111"1+1]12"2+1]13"3￡(0,2〇3);将 在频率点c〇i=miWi+mzWz+msWs的谱线值ζ(ω1)作为第二类预警指数，其中，1 = 1，2··· k；
[0014] 步骤六，根据W下两种判断自激振动的方式，如果系统参数满足下列条件之一，贝U 认为自激振动将要发生，否则，则认为艇部轴系工作在较正常的工作范围；
[0015] (a)根据正常运转状态下艇部轴系的频谱图中，各频率谱线宽度的最大值作为阔 值6。。=化。。1，13。。2···b。。。)，将预警指数b。与阔值b。。相比较，b。>b。〇;
[0016] 化）根据正常运转状态下艇部轴系的频谱图中，频率点ωι= miWi+mzWz+msWse(0, 2ω3)处谱线幅值的最大值Z〇(c〇i)，预警指数Z(〇i)与阔值Z〇(c〇i) 相比较，Z(c〇i) >Z〇(c〇i)。
[0017] 有益效果
[0018] 本发明通过奇数个传感器采集振动加速度信号，分析得到转动速度周向分布的空 间模态频谱特性，进而得到预警指数，并与预定的阔值相比较，判断得到是否会发生自激振 动，从而能够提前预警艇部轴系自激振动。本发明的预警方法简单准确，在进入自激振动之 前发出预警信号，提前控制，解决了自激振动控制困难高的问题，从而避免损失。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明的一种艇部轴系自激振动预警方法的流程图。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图，通过实例对本发明做进一步说明。
[0021] 本实施例的一种艇部轴系自激振动预警方法，如图1所示，包括W下步骤：
[0022] 步骤一，信号采集：在轴系轴承表面周向，沿壁面均匀地布置一周振动加速度传感 器，其中所布置的振动加速度传感器为2N+1个。
[0023] 步骤二，信号处理：数据处理系统将加速度传感器采集到的振动加速度信号进行 信号处理，第i个传感器所在位置的加速度为曰1，通过积分可W得到当前位置的振动速度 Vi，i为自然数，且1《i《2N+1;
[0024] 步骤Ξ，信号分析：利用空间离散傅里叶变换，计算得到振动速度的空间分布一阶 模态Zi为 阳0巧]
[0026] 其中，W为傅里叶矩阵，其第i行j列（1《i，j《2N+1)元素表达式为：
[0027]
[0028] 步骤四，对一阶模态zi做FFT变换，得到一阶模态Z1的频谱图，
[0029]
[0030] 步骤五，指数计算：在所述频谱图中，找到幅值最高的前m条（m根据具体频谱特性 给出，此处作为示例，取前3条）线谱，其对应的频率点值〇1<ω2<，w<ωm，在ω。处 参数满足如下条件
。并计算每条线谱宽度6。(1《n《m)作 为第一类预警指数，具体来说线谱宽度b。应满足Ζ(ωb) >Z。，ω,ε(ω。斗。，〇。+6。）。运里
阳0川取1^组不同（1]11，1]12，1]13)，其中叫，1]12，1]13为整数，且1111"1+1]12"2+1]13"3￡(0,2〇3);将 在频率点ωl=mlωl+m2ω2+m3ω3的谱线值Z(ωl)作为第二类预警指数，其中l=l，2…k。
[0032] 步骤六，根据周期扰动下化pf分岔周期解响应的不同分岔类型，其输出谱线特性 不同，有两种判断自激振动的方式，即如果系统参数满足下列条件之一，则认为自激振动将 要发生，否则，则认为艇部轴系工作在较正常的工作范围。
[0033] (a)根据正常运转状态下艇部轴系的频谱图中，各频率谱线宽度的最大值作为阔 值6。。=化。。1，b"(j2"，b。。。)，将预警指数b。与阔值b。。相比较，当b。>b。。时；
[0034] 化）根据正常运转状态下艇部轴系的频谱图中，频率点ωι= miWi+mzWz+msWse(〇,2ω3)处谱线幅值的最大值Z〇(c〇i)，预警指数Z(c〇i)与阔值Z〇(c〇i) 相比较，当Ζ(ωι) >Ζ〇(ωι)时；
[0035] 本发明在步骤二中，数据处理系统模数转换器和滤波器，对信号进行模数转换W 及滤波。
[0036] 本发明在步骤四中，对离散信号的频谱变换，使用离散FFT:
[0037]
Τ为采样周期。
[0038] 最后需要注意的是，公布实施方式的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领 域的技术人员可W理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和 修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围W 权利要求书界定的范围为准。
【主权项】
1. 一种艉部轴系自激振动预警方法，其特征在于，具体过程如下： 步骤一，信号采集：在轴系轴承表面周向，沿壁面均匀地布置一周振动加速度传感器， 其中所布置的振动加速度传感器为2N+1个； 步骤二，信号处理：数据处理系统将加速度传感器采集到的振动加速度信号进行信号 处理，第i个传感器所在位置的加速度为，通过积分可以得到其对应的振动速度Vl，i = 1，2，...2N+1; 步骤三，信号分析：利用空间离散傅里叶变换，基于所述振动速度Vl，计算得到振动速 度的空间分布一阶模态z1; 步骤四，对一阶模态21作FFT变换，得到一阶模态z i的频谱图；步骤五，指数计算：在所述频谱图中，找到幅值最高的前m条线谱，其对应的频率点值 ω f ω 2<，…< ω "，并计算每条线谱宽度匕作为第一类预警指数，1彡η彡m，且b "应满取k组不同0^，m2, m3)，其中叫，m2, m3为整数，且；将在频 率点4= 的谱线幅值值Ζ(ω 〇作为第二类预警指数，其中，1 = 1，2··· k ； 步骤六，根据以下两种判断自激振动的方式，如果系统参数满足下列条件之一，则认为 自激振动将要发生，否则，则认为艉部轴系工作在较正常的工作范围； (a) 根据正常运转状态下艉部轴系的频谱图中，各频率谱线宽度的最大值作为阈值bn。 =(bnQ1, bnQ2··· bnQm)，将预警指数bn与阈值b n。相比较，b n> b n。； (b) 根据正常运转状态下艉部轴系的频谱图中，频率点ω1 = (〇,2ω 3)处谱线幅值的最大值Zjc^)，预警指数Ζ(ωι)与阈值Zjc^) 相比较，Ζ(ωι)
【专利摘要】本发明提供一种艉部轴系自激振动预警方法，具体过程如下：步骤一，信号采集：在轴系轴承表面周向，沿壁面均匀地布置一周振动加速度传感器；步骤二，信号处理：数据处理系统将加速度传感器采集到的振动加速度信号进行信号处理；步骤三，信号分析：利用空间离散傅里叶变换，计算得到振动速度的空间分布一阶模态z1；步骤四，对一阶模态z1作FFT变换，得到一阶模态z1的频谱图；步骤五，指数计算：在所述频谱图中，分析得到转动速度周向分布的空间模态频谱特性，进而得到预警指数；步骤六，将所述预警指数与预定的阈值相比较，判断得到是否会发生自激振动，从而能够提前预警艉部轴系自激振动。
【IPC分类】G01H17/00
【公开号】CN105277276
【申请号】CN201510817969
【发明人】董万静, 张俊杰
【申请人】中国舰船研究设计中心
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年11月23日