﻿ 气垫船典型结构振动特性分析
 舰船科学技术  2021, Vol. 43 Issue (7): 40-44    DOI: 10.3404/j.issn.1672-7649.2021.07.008 PDF

1. 中国船舶及海洋工程设计研究院，上海 200011;
2. 哈尔滨工程大学船舶工程学院，黑龙江 哈尔滨 150001

Vibration characteristics analysis of typical structure of hovercraft
ZHUGE Ling-bo, LIU Ning, TANG Shou-qi
1. Marine Design and Research Institute of China, Shanghai 200011, China;
2. Colleg of Shipbuilding Engineering, Harbin EngineeringUniversity, harbin 150001, China
Abstract: Due to the great difference between hovercraft and conventional craft in ship type characteristics and operation principle, the speed of hovercraft is much higher than that of conventional craft. Also, it is equipped with a high-speed engine and high-speed air propeller, which makes the vibration problem of hovercraft particularly prominent, which can cause strength, navigation safety, comfort, and other problems. Therefore, the vibration source is determined and the typical position is calculated The vibration characteristics of the device are particularly important. In this paper, the typical structure of the main engine and the base of the propulsion engine of the hovercraft is selected. The transient response of various exciting forces at the same position is considered by using the finite element method. The root means the square value of the velocity time history is solved and compared with the test data. The results show that the effect of considering multiple excitation forces at the same time is similar to the actual test results, and the results are reliable, which can be used for reference in the analysis and research of the vibration characteristics of hovercraft.
Key words: hovercraft     vibration     exciting force     Engine     Pedestal
0 引　言

1 气垫船振动分析 1.1 气垫船结构振动特性分析

1.2 气垫船振动源参数

 $\mathop P\limits^ \to = mv\cos wt\mathop i\limits^ \to - mv\sin wt\mathop j\limits^ \to \text{，}$ (1)
 $\frac{{{\rm{d}}\mathop p\limits^ \to }}{{{\rm{d}}t}} = {F_X}\mathop i\limits^ \to + ({F_y} - mg)\mathop j\limits^ \to \text{，}$ (2)

 ${F_x} = {F_y} = me \times {(2\text{π} n)^2} \text{。}$ (3)

2 气垫船局部响应计算模型和分析区域 2.1 有限元分析计算模型

 图 1 气垫船局部振动有限元模型 Fig. 1 Finite element model of local vibration of hovercraft
2.2 实船测试测点布置

 图 2 气垫船局部振动测点布置 Fig. 2 Arrangement of local vibration measuring points for hovercraft
3 气垫船局部振动响应计算及结果 3.1 局部振动分析及计算结果

 图 3 H1点处横向速度响应曲线 Fig. 3 Lateral velocity response curve at H1 point

 图 4 H5点处横向速度响应曲线 Fig. 4 Lateral velocity response curve at H5 point

 图 5 H1点处垂向速度响应曲线 Fig. 5 Vertical velocity response curve at H1 point

 图 6 H2点处垂向速度响应曲线 Fig. 6 Vertical velocity response curve at H2 point

 图 7 H5点处垂向速度响应曲线 Fig. 7 Vertical velocity response curve at H5 point

 图 8 H6点处垂向速度响应曲线 Fig. 8 Vertical velocity response curve at H6 point

 图 9 H2点垂向加速度频率响应曲线 Fig. 9 Frequency response curve of vertical acceleration of H2 point

 图 10 H6处垂向加速度频率响应曲线 Fig. 10 Frequency response curve of vertical acceleration of H6 point
3.2 计算分析及试验对比

 $V = \sqrt {\frac{1}{T}\int\nolimits_0^T {{V^2}(t){\rm{d}}t} }\text{。}$ (4)

1）从垂向速度的测量值和计算值的结果来看，垫升主机基座位置（H1，H2）的测量值和计算值偏差不大。从空间位置来看，垫升主机基座距离推进主机和空气螺旋桨较远，这2种激振源对垫升主机基座响应的影响较小，因此垫升主机基座响应主要来源于垫升主机激振源。垫升主机激振力估算准确，则计算结果就会与实测结果接近。推进主机基座位置（H5，H6）的测量值和计算值偏差较大。在估算推进主机和空气螺旋桨激振力时，只考虑了由于机械不平衡引起的激振力，而空气螺旋桨在工作时产生了不均匀的压力场，由此引起的激振力估算困难，在计算时未予施加，也可能导致计算值与测试值偏差较大[10]。从测量结果来看，H5与H6的测量值也相差很大，若测试结果准确，则可能是H6基座处的局部刚度过小。H5，H6位置处的响应值从测试结果和计算结果来看均大于H1，H2处的响应值，是由于发动机短舱处的存在推进主机和空气螺旋桨2种激振源且短舱处的刚度要小于垫升机舱处的刚度。

2）从横向速度的测量值和计算值的结果来看，H1位置的测量值稍大于计算值，H5位置的测量值与计算值较为接近，整体结果吻合较好。H1位置和H5位置的测量值均稍大于计算值，可能是计算时主要激振力估算稍小，也可能是其他激振力引起的基座处响应增加。

3）加速度计算值是由对测点在各个激振力共同作用下的瞬态响应计算得到。通过对时域内的响应进行傅里叶变换（FFT）得到加速度的频率响应曲线。计算时激振源频率只有12 Hz，111 Hz和112 Hz 3种。因此傅里叶变化后响应峰值应该在3种频率或其倍频附近[11]。测试时，实船激振源有很多，H2，H6测点在48.5 Hz附近都存在一个峰值，此时应有一较大的激振力，推测为由于周围流场不均匀引起的作用在空气螺旋桨桨叶上的激振源频率。H2点处在138.5 Hz与175.5 Hz存在两个大的峰值，推测可能为垫升主机实际频率。H6测点109.5 Hz存在大的峰值，此值为推进主机的频率。计算值在空气螺旋桨的倍频处存在较小的峰值，可能是空气螺旋桨激振力估算偏小。计算值在主机激振力频率存在最大峰值，理论上是合理的。

4 结　语

1）计算值与测试值吻合较好，同时施加多个主要振动源的激振力并基于此得到时历速度，该方法可应用于船体振动分析；

2）在计算过程只考虑了几个主要激振源，而实际上还有其他不可预见的激振源，再加上主要激振源计算数据有限，也会影响激振力计算的准确性，进而影响计算结果，因而确定振动源，并获得准确的振动数据，对气垫船振动评估尤为重要。

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