水下滑翔机振动分析及减振降噪研究

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随着人类对海洋观测需求的急剧增加,一大批新型海洋观测平台相继被开发并投入使用,而水下滑翔机就是其中一种优异的水下自主移动观测平台。水下滑翔机具有航程远、功耗低、自主操控等特点,凭借其独特的运动方式和诸多特点克服传统观测方式的弊端。经过适应性设计与改进,水下滑翔机可搭载多种海洋观测传感器执行观测任务。在水下滑翔机和海洋观测传感器适应性设计与改进的过程中,发现水下滑翔机自身振动与噪声对观测传感器正常工作有一定影响。本文以此为研究背景,开展水下滑翔机振动分析及减振降噪的研究工作。本文主要成果和结论如下:(1)通过试验模态分析,测得了水下滑翔机壳体在0~1800 Hz频段内不同介质中的模态参数。发现同种介质下每段壳体同阶模态频率相差较小;由于水中附加质量影响,湿模态下壳体模态频率要低于同阶干模态下的模态频率。(2)在同种介质下,各段壳体尺寸不同,但具有相同的模态振型。空气中测得各段壳体有(1,2)、(1,3)两种模态振型,水中测得各段壳体有(1,2)、(1,3)、(2,3)三种模态振型。其中,(1,2)模态振型指壳体轴向半波数为1,周向波数为2;(1,3)模态振型指壳体轴向半波数为1,周向波数为3;(2,3)模态振型指壳体轴向半波数为2,周向波数为3。(3)试验测试分析了水下滑翔机壳体对各调节系统振动激励响应,发现水下滑翔机对浮力调节系统的激励响应最大,对航向调节系统的激励响应最小。结合壳体的模态参数,分析了各自频谱图中峰值形成的原因。其中空气中800Hz频段和水中500Hz频段为共振现象引发,其他频段峰值为激励源诱发。(4)附加阻尼结构能有效降低壳体的振动响应,降低壳体噪声辐射。基于减振降噪理论和试验结果,提出两种水下滑翔机低噪声壳体的设计方案,即“三明治”型壳体和复合材料碳纤维壳体。
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