【技术实现步骤摘要】
本专利技术设计的是一种考虑螺旋桨降阶激励与低速机轴系扭振耦合的计算方法，属于流体动力学领域与振动工程领域。
技术介绍
1、由柴油机组与螺旋桨构成的推进轴系是船舶动力装置的重要组成部分，为了保障船舶在航行时的安全性，准确计算轴系的振动至关重要。而在保证一定求解准确度的基础上，如何加快求解速度以节省求解时间也愈发受到了人们的关注。
2、关于螺旋桨激励计算的方法研究，最初源于19世纪中叶提出的动量理论与叶素理论，动量理论采用均匀滑流的假设，将叶片看作无厚度桨盘，将流体视为一根流管，揭示了流体流经桨盘的动量变化率与螺旋桨拉力间的关系；叶素定理运用了积分思想，将桨叶看作由无限个桨叶微段(即叶素)构成，研究每个叶素的几何特性、运动特性和流体动力特性间的关系，确定了流体与固体间的局部相互作用，从而得到桨叶和流体间的气动力、力矩和功率公式。20世纪初，主要采用经验公式对螺旋桨激励进行计算。风洞试验根据运动的相对性原理，人为制造气流流过固定在地面的飞行器或其模型，模拟了飞行器的各种复杂运行状态，获取了大量试验数据。随着计算机技术的发展，计算流体动力学(cfd)方法被广泛应用于螺旋桨脉动压力及激励力矩的求解计算，其结合了实验数据与理论分析，更为准确地预测了螺旋桨在流体中运转时产生的激励频率与激励力矩。
3、关于研究考虑螺旋桨激励的轴系扭振方面的方法与成果众多。殷汉军等人通过经验公式考虑了螺旋桨冰块扭矩激励载荷，并使用dnv船级社开发的nauticus machinerytorsional vibration软件对瞬态及稳态扭
4、综上所述，在关于螺旋桨激励与轴系扭振的求解方法上，完全基于cfd、matlab、经验公式或有限元方法对所有工况下的螺旋桨激励与轴系扭振进行求解的研究成果较多，然而，在能够保证一定求解精度并节省求解时间的方法方面尚未有相关研究。
技术实现思路
1、本专利技术旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种考虑螺旋桨降阶激励与低速机轴系扭振耦合的计算方法。
2、本专利技术的目的是提供一种考虑螺旋桨降阶激励与低速机轴系扭振耦合的计算方法，从所有工况中选取一定比例的工况，分别由螺旋桨模型生成流场模型，通过cfd求解得到各工况下的螺旋桨脉动压力场；通过对流场进行动态模态分解(dynamic modedecomposition，dmd)，以简化流场模型，进而从降阶后的流场中提取桨叶表面压力场；将各叶片单元的压力向垂直于轴线的平面投影，并与其单元中心至轴心的距离求积，得到各叶片单元在垂直于轴线的平面内的激励力矩，再将力矩求和，得到各工况下螺旋桨在扭转方向上产生的降阶激励力矩；基于已求解的工况，利用插值法，得到所有工况下的螺旋桨降阶激励力矩；将该降阶激励考虑至低速机轴系扭振当中，构建考虑螺旋桨降阶激励的低速机轴系扭振耦合模型；在matlab中对该耦合模型进行仿真求解，最终得到所有工况下考虑螺旋桨降阶激励与低速机轴系扭振耦合的受迫响应，在相较于经验公式计算更为准确的同时，相较于全工况cfd仿真也大大减少了求解用时。本专利技术通过cfd与动态模态分解对部分工况下的流场模型进行降阶，从中提取桨叶表面压力场，进而利用插值法得到所有工况下的螺旋桨降阶激励，最终代入matlab低速机轴系扭振模型中对受迫响应进行求解。
3、本专利技术的实现包含如下步骤：
4、(1)从所有工况中选取一定比例的工况，分别由螺旋桨模型生成流场模型，通过cfd求解得到各工况下的螺旋桨脉动压力场；
5、(2)通过对流场进行动态模态分解，以简化流场模型，进而从降阶后的流场中提取桨叶表面压力场；
6、(3)将各叶片单元的压力向垂直于轴线的平面投影，并与其单元中心至轴心的距离求积，得到各叶片单元在垂直于轴线的平面内的激励力矩，再将力矩求和，得到各工况下螺旋桨在扭转方向上产生的降阶激励力矩；
7、(4)基于已求解的工况，利用插值法，得到所有工况下的螺旋桨降阶激励力矩；
8、(5)将该降阶激励考虑至低速机轴系扭振当中，构建考虑螺旋桨降阶激励的低速机轴系扭振耦合模型；
9、(6)在matlab中对该耦合模型进行仿真求解，最终得到所有工况下考虑螺旋桨降阶激励与低速机轴系扭振耦合的受迫响应。
10、本专利技术还可以包括：
11、1、所述步骤(2)中，动态模态分解的基本概念如下：
12、动态模态分解(dynamic mode decomposition，dmd)是一种数据驱动的非定常流场模态分析方法。由于dmd基于本征正交分解(proper orthogonal decomposition，pod)与奇异值分解(singular value decomposition，svd)，因此有效地实现了数据降维。而与完全基于空间相关性和能量内容的svd/pod不同，dmd能够基于时间序列将高维动态系统中的一个信号分解为多个动态模态，其中每个模态包含在时间上具有相同线性行为的空间相关结构(例如，在给定频率上振荡并具有增长或衰减)。因此，dmd不仅在模态的减少方面提供降维，还提供了这些模态在时间上演变的模型，可用于识别最佳拟合的线性动态系统，将高维度的测量向前推进时间。
13、2、所述步骤(4)的具体内容包括：
14、例如，已求解的工况分别有20％负荷工况、40％负荷工况、60％负荷工况、80％负荷工况、100％负荷工况，根据求得的各工况下的螺旋桨降阶激励力矩，利用插值法，得到10％负荷工况、30％负荷工况、50％负荷工况、70％负荷工况、90％负荷工况下的螺旋桨降阶激励力矩，即求得了所有工况下的螺旋桨降阶激励力矩。
15、由于该方法在仿真时仅需对部分工况的螺本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种考虑螺旋桨降阶激励与低速机轴系扭振耦合的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征是：从所有工况中选取一定比例的工况，首先分别基于各工况螺旋桨模型进行流域划分，其次生成对应的螺旋桨面网格、流体域面网格及流域体网格，得到流场模型，通过CFD求解得到各工况下的螺旋桨脉动压力场；通过对流场进行动态模态分解，以简化流场模型，进而通过MATLAB从降阶后的流场中提取桨叶表面压力场。
3.根据权利要求1所述的计算方法，其特征是：将各叶片单元的压力向垂直于轴线的平面投影，并与其单元中心至轴心的距离求积，得到各叶片单元在垂直于轴线的平面内的激励力矩，再将力矩求和，得到各工况下螺旋桨在扭转方向上产生的降阶激励力矩；基于已求解的工况，利用插值法，对每两个已知工况间的若干未求解工况的激励力矩进行线性插值，得到所有工况下的螺旋桨降阶激励力矩。
4.根据权利要求1所述的计算方法，其特征是：将该降阶激励直接添加至螺旋桨激励力矩系数矩阵的叶频项与倍叶频项，以将其考虑至低速机轴系扭振当中，基于激励与轴系结构的相位匹配关系，构建考虑螺
...【技术特征摘要】
1.一种考虑螺旋桨降阶激励与低速机轴系扭振耦合的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征是：从所有工况中选取一定比例的工况，首先分别基于各工况螺旋桨模型进行流域划分，其次生成对应的螺旋桨面网格、流体域面网格及流域体网格，得到流场模型，通过cfd求解得到各工况下的螺旋桨脉动压力场；通过对流场进行动态模态分解，以简化流场模型，进而通过matlab从降阶后的流场中提取桨叶表面压力场。
3.根据权利要求1所述的计算方法，其特征是：将各叶片单元的压力向垂直于轴线的平面投影，并与其单元中心至轴心的距离求积，得到各叶片单元在垂直...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘建成，李磊，江锋，杨星驰，王世澎，张亮，吴炅东，李国荣，倪世威，李玩幽，卢永勇，郭宜斌，李宏亮，率志君，姜晨醒，赵国锋，周美琴，
申请(专利权)人：招商局海洋装备研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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