(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111420201.3 (22)申请日 2021.11.26 (71)申请人 中国舰船研究设计中心 地址 201108 上海市闵行区华宁路2 931号 (72)发明人 李增光　高一民　胡娟娟　赵固　 (74)专利代理 机构 上海航天局专利中心 31 107 代理人 孙瑜 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/15(2020.01) G06F 119/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种船舶螺旋桨低频纵向轴承力间接测量 方法 (57)摘要 本发明实施例提供了一种船舶螺旋桨低频 纵向轴承力间接测量方法， 包括空气中螺旋桨 ‑ 轴系纵向振动传递函数预测模型构建、 坞内桨轴 系统振动测量及传递函数预测模 型修正、 实船振 动测量及传递函数模型修正、 螺旋桨低频纵向轴 承力辨识方法。 通过仿真及测试修正完善桨轴系 统纵向振动传递预测模型， 结合实船舷内轴段振 动响应测量结果， 基于激励力辨识技术得到实船 螺旋桨低频纵向轴承力， 工程可实施性强、 测量 简单， 且可保持一定的预测精度。 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 CN 114239236 A 2022.03.25 CN 114239236 A 1.一种船舶螺 旋桨低频纵向轴承力间接测量方法， 其特 征在于， 包括 步骤: 步骤1： 建立空气中螺 旋桨纵向激励力 ‑轴段响应传递 函数预报模型： 步骤2： 通过坞内振动测量验证、 修 正传递函数预报模型； 步骤3： 根据实船振动测量结果验证、 修 正传递函数预报模型； 步骤4： 预测螺 旋桨低频纵向轴承力。 2.如权利要求1所述的船舶螺旋桨低频纵向轴 承力间接测量方法， 其特征在于， 所述步 骤1包括： 根据船舶推进轴 系设计图纸， 建立螺 旋桨‑轴系纵向振动传递 函数预报模型M1； 螺旋桨模型应计入桨叶低阶弯曲振动特性及螺旋桨质量； 轴段采用梁模型， 推力轴承 采用等效刚度模型； 利用螺旋桨 ‑轴系纵向振动传递函数预报模型M1计算得到传递函数H1 (ω)。 3.如权利要求2所述的船舶螺旋桨低频纵向轴 承力间接测量方法， 其特征在于， 所述步 骤2包括： 与步骤1中激励力、 振动响应点位置保持一致， 在坞内状态下测量螺旋桨纵向激励力 ‑ 轴段典型部位响应的传递 函数及低阶振动模态； 利用在坞内状态下测量螺旋桨纵向激励力 ‑轴段典型部位响应的传递函数及低阶振动 模态对传递 函数H1(ω)进行验证与修 正。 4.如权利要求3所述的船舶螺旋桨低频纵向轴 承力间接测量方法， 其特征在于， 所述步 骤2包括： 修正计算模型中的推力轴承等效刚度参数、 系统阻尼参数、 螺旋桨效模 型参数， 得 到修正后的传递 函数预测模型M2及 传递函数H2(ω)。 5.如权利要求4所述的船舶螺旋桨低频纵向轴 承力间接测量方法， 其特征在于， 所述步 骤3包括： 与步骤1 中振动响应位置 保持一致， 通过测量不同转速下的振动响应， 确定桨轴系 统前两阶纵向振动模态； 通过与步骤2中模型计算得到的前两阶纵向振动模态对比， 得到桨叶附连水系数、 推力 轴承刚度系数两个关键参数； 将两个关键修正参数代入传递函数预测模型M2后得到实船工况下的螺旋桨纵向激励 力‑轴段响应传递 函数H(ω)。 6.如权利要求5所述的船舶螺旋桨低频纵向轴 承力间接测量方法， 其特征在于， 所述步 骤4包括： 根据实船工况下测量得到轴段纵向振动响应A(ω)和修正得到的传递函数H(ω)， 利用激励力辨识技 术计算得到 螺旋桨低频纵向轴承力F(ω)。 7.如权利要求6所述的船舶螺旋桨低频纵向轴 承力间接测量方法， 其特征在于， 所述步 骤4中获取螺 旋桨低频纵向轴承力F(ω)的具体方法包括： F(ω)＝[HT(ω)H(ω)+λ2]‑1HT(ω)A(ω) 式中， λ为正则化系数。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114239236 A 2一种船舶螺 旋桨低频纵向轴承力间接测量方 法 技术领域 [0001]本发明属于船舶减振降噪技术领域， 涉及 一种船舶螺旋桨低频纵向轴承力间接测 量方法。 背景技术 [0002]舰船及科考类船舶的结构振动及水下辐射噪声控制是总体设计中需要解决的关 键问题之一。 螺旋桨在船舶尾部非均匀 流中运行时会产生脉动压力及轴承力， 进而激起船 体结构振动及辐 射噪声， 掌握螺旋桨脉动压力、 轴承力等激励力特性对同型船舶的声学优 化改进设计至关重要。 实船航行过程中， 螺旋桨脉动压力可利用布置在螺旋桨上方 的压力 传感器进 行直接测量， 而螺旋桨轴承力难以直接测量。 轴承力包含纵向、 横向、 垂向3个力分 量以及3个力矩分量， 其中纵向力分量最为重要， 其能量主要集中于100Hz以内的低频段， 可 激起推进轴系的纵向振动模态， 引起较强的结构振动及辐射噪声。 目前， 通常采用计算流体 动力学(CFD)仿 真技术或缩比模 型试验技术对螺旋桨轴承力进 行预测， 但 其准确性、 有效性 有待验证。 因此， 实船螺 旋桨低频轴向轴承力的测量非常重要。 [0003]根据螺旋桨轴承力的形成机理， 该激励力产生于桨叶部位。 桨叶在海水中运转， 难 以在桨叶部位直接布置传感器进 行测量； 且相对于测量应变、 位移、 速度、 加速度等而言， 测 量动态力本身就存在固有的技术难度。 但是， 在振动响应测量、 力与振动传递函数测量的基 础上， 可利用激励力辨识技术对动态力进 行间接测量。 因此， 需针对实船螺旋桨激励力的特 点及测试的可 行性研究提出螺 旋桨低频动态轴承力的间接测量方法。 发明内容 [0004]本发明的目的在于提供一种船舶螺旋桨低频纵向轴承力间接测量方法， 其特征在 于， 包括步骤: [0005]步骤1： 建立空气中螺 旋桨纵向激励力 ‑轴段响应传递 函数预报模型： [0006]步骤2： 通过坞内振动测量验证、 修 正传递函数预报模型； [0007]步骤3： 根据实船振动测量结果验证、 修 正传递函数预报模型； [0008]步骤4： 预测螺 旋桨低频纵向轴承力。 [0009]优选地， 所述 步骤1包括： [0010]根据船舶推进轴 系设计图纸， 建立螺 旋桨‑轴系纵向振动传递 函数预报模型M1； [0011]螺旋桨模型应计入桨叶低阶弯曲振动特性及螺旋桨质量； 轴段采用梁模型， 推力 轴承采用等效刚度模型； 利用螺旋桨 ‑轴系纵向振动传递函数预报模型M1计算得到传递函 数H1(ω)。 [0012]优选地， 所述 步骤2包括： [0013]与步骤1中激励力、 振动响应点位置保持一致， 在坞内状态下测量螺旋桨纵向激励 力‑轴段典型部位响应的传递 函数及低阶振动模态； [0014]利用在坞内状态下测量螺旋桨纵向激励力 ‑轴段典型部位响应的传递函数及低阶说　明　书 1/3 页 3 CN 114239236 A 3