CN112498609A - 一种基于被动隔振原理的低噪声流激振动噪声试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于被动隔振原理的低噪声流激振动噪声试验装置，包括拖车、动力系统、模型控制系统和被动式振动控制系统；所述拖车包括拖车梁、拖车车轮、拖车车体、轨道、开孔和减振装置组成拖车主体结构；所述动力系统由拖车电机、测速仪、驱动器及控制器组成；所述模型控制系统由传动装置、传动电机、传动电机控制器、传动电机驱动器、液压装置和升降杆组成；所述被动式振动控制系统包括阻振环路和动力吸振器，阻振环路a与传动装置固定，阻振环路b与拖车车体固定；本发明具有结构简单、操作便捷，环境适应能力强、噪声低、稳定性好等优点，对流激振动噪声试验具有重要的意义。

Description

一种基于被动隔振原理的低噪声流激振动噪声试验装置

技术领域

本发明属于船舶试验装置减振降噪领域，具体成果形式为拖曳水池基于被动隔振原理的低噪声流激振动噪声试验装置。

背景技术

传统拖曳水池拖车不仅体积庞大，结构复杂，且通常配备大功率行车及设备，成本高昂，在试验过程中，电机的运转以及拖车车轮与轨道间的摩擦都会产生振动，不仅会影响试验结果，还会造成拖车的仪器设备精度下降，甚至会引起结构的破坏或失效；而流激振动噪声试验通常模型简单，尺寸小，其本身振动噪声量级相对较小，对试验声学环境要求极高。因此，设计简易流激振动噪声试验装置，并对其振动噪声控制进行研究具有重要意义。

阻振质量对振动波传递的阻隔机理为：激励引起的板平面弯曲波入射阻振质量，由于阻振质量相对于板而言具有大的阻抗，从而使抵达阻振质量的弯曲波一部分反射回来，一部分透射过去，从而达到隔离声振动的目的；悬臂梁式动力吸振器的优点是共振频率可随质量块位置的改变而改变，分别调节吸振器固有频率与物体固有频率相同，从而减小物体本身的振动，因此采用阻振质量方钢和动力吸振器可以有效减小结构振动，降低试验结果误差。

通过对现有文献及专利检索发现，目前鲜有对流激振动噪声试验拖车的研究，与本发明类似的公开资料主要包括：1、水池试验拖车的振动控制与减振研究(2007年工学硕士论文)；2、拖曳水池拖车(申请号：CN201320099575.4)；3、一种前置式水池拖曳试验装置(申请号：CN201510537809.2)。

文献1通过动力吸振、阻尼消振以及两级减振等减振隔振方案降低低频低幅下拖车和设备的振动；并根据实际工况选择合适的减振设备，合理的选择设备及模型的安装位置，进而完成拖车试验系统的减振隔振设计，但当试验模型或工况变化时，不能及时调整拖车和设备状态，与本专利存在较大的差异。文献2公布了一种新型拖曳水池拖车，通过安装假底达到海底区域海洋结构物水动力性能的技术要求，假底通过可拆卸撑杆与拖车车体连接，通过液压装置控制假底升降，拓宽拖曳水池试验对象，进一步提高试验能力，该专利并未涉及减振降噪领域，因此与本专利存在较大差异。专利3设计了一种前置式水池拖曳试验装置，改进了现有拖车将被试品置于底部形成封闭区域造成拖曳速度与气流速度不一致的情况，从而降低了试验误差，但没有考虑振动噪声对试验结果的影响，与本专利存在较大差异。

综上所述，目前已公开发表的文献及专利与本发明均存在较大差异，且目前没有专业测试流激振动噪声的试验装置。为此，本发明对一种基于被动隔振原理的低噪声流激振动噪声试验装置进行了介绍，为测试流激振动噪声提供了条件，而且本发明具有结构简单、操作便捷，环境适应能力强、噪声低、稳定性好等优点，对进行流激振动噪声试验具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是针对拖曳水池拖车体积庞大，结构复杂，操作困难，成本高昂和振动噪声突出等问题，提出一种基于被动隔振原理的低噪声流激振动噪声试验装置。该装置结构简单，能够研究不同速度下模型振动声辐射特性，同时降低振动噪声对试验结果的影响。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于被动隔振原理的低噪声流激振动噪声试验装置，包括拖车、动力系统、模型控制系统和被动式振动控制系统。所述拖车包括拖车梁、拖车车轮、拖车车体、轨道、开孔和减振装置组成拖车主体结构，拖车车轮通过限位装置固定在轨道上；所述动力系统由拖车电机、测速仪、驱动器及控制器组成，可以实时监测并控制拖车运行状态，实现精准控制模型速度，研究不同速度下模型振动声辐射特性，均固定在拖车前进方向左侧；所述模型控制系统由传动装置、传动电机、传动电机控制器、传动电机驱动器、液压装置和升降杆组成，传动装置通过拖车梁轨道与拖车相连，传动装置内部安装与轨道结合滚轮，通过传动电机控制传动装置可操控模型横向运动，液压装置控制升降杆的垂向运动，升降杆下端连接模型；所述被动式振动控制系统包括阻振环路和动力吸振器，阻振环路a与传动装置固定，主要为隔离传动电机的振动波；阻振环路b与拖车车体固定，主要为隔离拖车电机的振动波，降低对试验结果造成的影响；悬臂梁式动力吸振器通过磁铁分别在各级拖车车体上固定；数据采集系统可以实时采集试验数据，固定在拖车前进方向左侧。

本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现。

前述的基于被动隔振原理的低噪声流激振动噪声试验装置，其中所述的拖车车轮通过限位装置固定在轨道上，可在运行的过程中保持拖车稳定。

前述的基于被动隔振原理的低噪声流激振动噪声试验装置，其中所述的拖车车体设置三级阶梯用来降低拖车底座与水面距离，便于更换模型进行试验。

前述的基于被动隔振原理的低噪声流激振动噪声试验装置，其中所述的托车梁用于加强拖车结构，提高结构稳定性。

前述的基于被动隔振原理的低噪声流激振动噪声试验装置，其中所述的数据采集系统可以实时采集数据，提高试验效率，解放劳动力。

前述的基于被动隔振原理的低噪声流激振动噪声试验装置，其中所述的模型控制系统由传动装置、传动电机、传动电机控制器、传动电机驱动器、液压装置和升降杆组成，通过传动电机控制传动装置可操控模型横向运动，液压装置控制升降杆的垂向运动，升降杆下端连接模型；拖车电机、测速仪、驱动器及控制器，可以实时监测并控制拖车运行状态，实现精准控制模型速度，实现模型六自由度运动，进行流激振动噪声试验，研究不同速度下模型振动声辐射特性。

前述的基于被动隔振原理的低噪声流激振动噪声试验装置，其中所述升降杆直径的变化可改变其阻抗特性，造成阻抗失配，一定程度上减小振动能量沿升降杆的传递。

前述的基于被动隔振原理的低噪声流激振动噪声试验装置，其中通过在拖车底座以及拖车梁安装减振垫，降低车轮及电机的振动传递，从而实现拖车的低噪声运行，降低试验误差。

前述的基于被动隔振原理的低噪声流激振动噪声试验装置，其中利用方钢在电机周围组成矩形质量环路，形成振动波的隔离，从而减小振动传递；

前述的基于被动隔振原理的低噪声流激振动噪声试验装置，其中所述的动力吸振器，基于动力吸振原理，在拖车车体上分布式安装简易悬臂梁式动力吸振装置，减小结构振动响应，降低试验误差。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

提出一种新型简易流激振动噪声试验装置；通过拖车，传动装置，液压装置实现模型六自由度运动；拖车车体设置三级阶梯用来降低拖车底座与水面距离，便于更换模型进行试验；通过在拖车底座以及拖车梁上安装减振垫，降低车轮及电机的振动传递，从而实现拖车的低噪声运行；利用方钢在电机周围组成矩形方钢环路，形成振动波的隔离，从而减小振动传递，降低试验误差；同时基于动力吸振原理，安装简易动力吸振装置，减小结构振动响应，降低试验误差。本发明具有结构简单、操作便捷，环境适应能力强、噪声低、稳定性好等优点，对流激振动噪声试验具有重要的意义。

附图说明

图1是一种基于被动隔振原理的低噪声流激振动噪声试验装置立体图；

图2是基于被动隔振原理的低噪声流激振动噪声试验装置工作示意图；

图3是模型传动系统示意图；

图4是阻振环路局部放大图；

图5是动力吸振装置局部放大图；

图6是减振垫示意图。

其中：1.拖车梁；2.拖车梁轨道；3.拖车电机；4.电机控制器；5.传动装置；6.传动电机驱动器；7.传动电机；8.传动电机控制器；9.阻振环路a；10.动力吸振器；11.数据采集系统；12.测速仪；13.电机驱动器；14.液压装置；15.阻振环路b；16.拖曳模型；17.升降杆；18.开孔；19.拖车底座减振垫；20.拖车梁减振垫；21.拖车车轮；22.拖车车体。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

1)结合图1-图5，以长120m，宽6m的拖曳水池为例，对本发明基于被动隔振原理的低噪声流激振动噪声试验装置进行详细描述。本发明的试验装置长为4m，宽为6m，高为3m，由拖车、动力系统和模型控制系统组成。拖车梁1、拖车车轮21、拖车车体22、拖车梁轨道2、开孔18、拖车底座减振垫19和拖车梁减振垫20组成拖车主体结构，拖车设置三级阶梯用来降低拖车底座与水面距离，通过在拖车底座以及拖车梁1上安装减振垫，降低车轮20及传动电机7的振动传递，从而实现拖车的低噪声运行；阻振环路a与传动装置5固定，主要为隔离传动电机7的振动波；阻振环路b与拖车车体22固定，主要为隔离拖车电机3的振动波，降低对试验结果造成的影响；悬臂梁式动力吸振器10通过磁铁固定在拖车车体22上；动力系统由拖车电机3、测速仪12、驱动器13及控制器4组成，可以实时监测并控制拖车运行状态，研究不同速度下模型振动声辐射特性；模型控制系统由传动装置5、传动电机7、传动电机控制器8、传动电机驱动器6、液压装置14和三级升降杆17组成，通过传动电机7控制传动装置5可操控模型横向运动，液压装置14控制升降杆17的垂向运动，升降杆17下端连接拖曳模型16，数据采集系统9可以实时监测并采集试验数据，进行流激振动噪声试验。

2)本装置通过设置三级阶梯状拖车车体22来降低拖车底座与水面距离，便于更换模型16进行试验；通过在拖车底座安装减振垫19以及拖车梁上安装减振垫20，降低车轮21及传动电机7的振动传递，从而实现拖车的低噪声运行；利用方钢在电机周围组成矩形方钢环路a、b，形成振动波的隔离，从而减小振动传递；同时利用悬臂梁式动力吸振器10吸收结构振动响应，降低试验误差。

3)根据设计要求，该基于被动隔振原理的低噪声流激振动噪声试验装置具体尺寸如下：拖车梁1为方钢，尺寸为0.1m；拖车车轮21内径为0.2m，限位轮外径为0.3m；拖车车体22厚度均为0.1m，基座正中有长2m×宽0.4m的开孔18；为降低拖车车轮21与拖曳水池轨道间运行不协调产生的振动影响，在拖车底座安装拖车底座减振垫19，减振垫主体为橡胶结构，上下通过螺栓进行固定；测速仪12高为0.35m；拖车电机3额定功率为4.5kw，与拖车车体22间安装隔振器，减小振动传递，降低试验误差；拖车电机驱动器13输出电流为0.9A-3A；传动电机7额定功率为2.5kw，与传动装置5间安装隔振器，减小振动传递，降低试验误差；传动电机驱动器6输出电流为0.9A-3A；为降低传动电机7运行时的振动传递，在拖车梁底端安装拖车梁减振垫20；传动装置5与拖车梁通过轨道2内部通过齿轮进行传动；液压装置14与传动装置5底部固定，液压装置14直径为0.45m，高为0.35m；升降杆17设置3级升降，每级长度为0.8m，1级杆直径为0.40m，2级杆直径为0.35m，3级杆直径为0.30m；阻振环路a为0.05m方钢，尺寸为长1m×宽0.9m；阻振环路b为0.05m方钢，尺寸为长1.3m×宽0.6m；悬臂梁式动力吸振器10底座圆盘直径为0.1m磁铁，钢制悬臂梁尺寸为长0.32m×宽0.03m×高0.015m，钢制质量块为边长0.4m的正方体；试验模型14为流激振动噪声专用船模或水下航行器，重量可达50kg。

该发明装置具体工作过程如下：

1)拖车安装至拖曳水池轨道后，固定好试验模型，液压装置通过控制升降杆的垂向运动从而操控试验模型的垂向位置，通过电机控制减速器带动齿轮传动可操控试验模型横向运动，使试验模型到达指定位置；

2)开始流激振动噪声试验前，由仿真或试验测得拖车主体结构固有频率，调节动力吸振器固有频率与该频率相同，从而吸收主体结构振动响应；根据试验要求，进行定速或变速试验，测速仪测得拖车运行速度，若为定速航行，则通过电机控制拖车定速行驶；若为变速航行，则通过测速仪不断反馈，电机控制拖车变速行驶；通过传动电机控制传动装置操控模型横向运动，达到指定位置即可锁定，保持静止；通过液压升降装置控制模型的垂向运动，满足试验要求的不同水深测试条件，提高试验能力；试验时通过数据采集系统实时采集数据，试验结束后将装置固定在水池一侧。

Claims (10)

1.一种基于被动隔振原理的低噪声流激振动噪声试验装置，其特征是，包括拖车、动力系统、模型控制系统和被动式振动控制系统；所述拖车包括拖车梁、拖车车轮、拖车车体、轨道、开孔和减振装置组成拖车主体结构，拖车车轮通过限位装置固定在轨道上；所述动力系统由拖车电机、测速仪、驱动器及控制器组成，均固定在拖车前进方向左侧；所述模型控制系统由传动装置、传动电机、传动电机控制器、传动电机驱动器、液压装置和升降杆组成，传动装置通过拖车梁轨道与拖车相连，传动装置内部安装与轨道结合滚轮，通过传动电机控制传动装置可操控模型横向运动，液压装置控制升降杆的垂向运动，升降杆下端连接模型；所述被动式振动控制系统包括阻振环路和动力吸振器，阻振环路a与传动装置固定，主要为隔离传动电机的振动波；阻振环路b与拖车车体固定，主要为隔离拖车电机的振动波，降低对试验结果造成的影响；悬臂梁式动力吸振器通过磁铁分别在各级拖车车体上固定；还包括数据采集系统，所述数据采集系统可以实时采集试验数据，固定在拖车前进方向左侧。

2.根据权利要求1所述的基于被动隔振原理的低噪声流激振动噪声试验装置，其特征是，所述的拖车车轮通过限位装置固定在轨道上，可在运行的过程中保持拖车稳定。

3.根据权利要求1所述的基于被动隔振原理的低噪声流激振动噪声试验装置，其特征是，所述的拖车车体设置三级阶梯用来降低拖车底座与水面距离，便于更换模型进行试验。

4.根据权利要求1所述的基于被动隔振原理的低噪声流激振动噪声试验装置，其特征是，所述的托车梁用于加强拖车结构，提高结构稳定性。

5.根据权利要求1所述的基于被动隔振原理的低噪声流激振动噪声试验装置，其特征是，所述的数据采集系统可以实时采集数据，提高试验效率，解放劳动力。

6.根据权利要求1所述的基于被动隔振原理的低噪声流激振动噪声试验装置，其特征是，所述的模型控制系统由传动装置、传动电机、传动电机控制器、传动电机驱动器、液压装置和升降杆组成，通过传动电机控制传动装置可操控模型横向运动，液压装置控制升降杆的垂向运动，升降杆下端连接模型；拖车电机、测速仪、驱动器及控制器，可以实时监测并控制拖车运行状态，实现精准控制模型速度，实现模型六自由度运动，进行流激振动噪声试验，研究不同速度下模型振动声辐射特性。

7.根据权利要求1所述的基于被动隔振原理的低噪声流激振动噪声试验装置，其特征是，所述升降杆直径的变化可改变其阻抗特性，造成阻抗失配，一定程度上减小振动能量沿升降杆的传递。

8.根据权利要求1所述的基于被动隔振原理的低噪声流激振动噪声试验装置，其特征是，通过在拖车底座以及拖车梁安装减振垫，降低车轮及电机的振动传递，从而实现拖车的低噪声运行，降低试验误差。

9.根据权利要求1所述的基于被动隔振原理的低噪声流激振动噪声试验装置，其特征是，利用方钢在电机周围组成矩形质量环路，形成振动波的隔离，从而减小振动传递。

10.根据权利要求1所述的基于被动隔振原理的低噪声流激振动噪声试验装置，其特征是，所述的动力吸振器，基于动力吸振原理，在拖车车体上分布式安装简易悬臂梁式动力吸振装置，减小结构振动响应，降低试验误差。

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