1．目的及意义

研究背景及意义

潜艇是现今重要的战略性武器之一，他依靠其高隐蔽性和突然性，能利用水层掩护进行隐蔽活动和突然袭击，这是水面舰艇所不可及的。第一次世界战开始，潜艇就被用于战斗，并展现了其强悍的作战威力。第二次世界大战后，世界各国海军十分注重新型潜艇的研制，潜艇的发展也因核动力和战略导弹的运用进入了一个新阶段。近几年随着我国实力的不断提升，海洋战略逐渐受到重视，潜艇成为国防事业中不可或缺的力量。然而与此同时，潜艇的发展促进了反潜技术的发展，各种反潜作战平台、武器、侦察系统相继出现，逐渐形成水下、水面、空中、路基、太空多位一体的综合反潜作战体系。这给潜艇的生存和作战带来了巨大的威胁。所以，提高潜艇隐蔽性、隐身性至关重要。

潜艇辐射噪声谱由连续谱和离散谱组成。每种潜艇的离散谱组合都不相同，因此，敌军可以根据捕捉到的离散谱来辨别潜艇型号，这对潜艇保持隐身性能极为不利。离散谱中的低频和中频频段主要与螺旋桨、推进轴系以及动力设备的转速有关，且此类噪声不易被海水吸收，在海洋中可以传播很远距离，因而极易被声纳系统发现，同时推进轴系又是螺旋桨振动向壳体传播的主要途径。因此，研究潜艇推进轴系与壳体的耦合振动的重要性不容小觑^[1]。

轴系作为整个船舶动力装置的重要组成部分，包括从主机输出端法兰到螺旋桨之间的传动轴、轴承以及联轴器等部件，连接着主机和螺旋桨。轴系在运转过程中，会受到许多因素的影响，如主机处产生的激励、轴系自重引起的弯曲变形、螺旋桨产生的阻力矩和推力作用等等，将会不可避免的引起轴系振动，其中研究人员最为关心即轴系的扭转振动、纵向振动和回旋振动，当轴系的振动达到一定程度时，将会导致轴系及主机等的故障、降低动力的传递效率，甚至引起主机机体振动、船体振动等等，这些都将影响船舶的航行性能和安全运行，因此研究船舶推进轴系的振动特性具有十分重要的意义^[2]。

国内外研究现状

推进轴系由于主机不均匀传递力矩、安装上的不对中、材料的不均匀、加工的不精确，以及自身质量的不平衡，可以产生轴系的扭转振动和横向振动；螺旋桨在船舰不均匀流场中旋转，产生不均匀的推力和交变弯曲力矩，构成舰船艉部的扰动源，可以引起船体的总振动与局部振动。螺旋桨的激振力可以使船舶推进轴系产生扭转、横向、纵向振动以及这些振动形式的耦合。此外由一些船舶中安装有大型齿轮箱，齿轮传动过程中不均匀的传动力矩、安装上的误差、加工的不精确、齿轮形位公差等都可以对推进轴系产生各种激励因素。归结起来，不管哪种振动，都是由于船载设备的动所产生，都是由于设备转时内部的不平衡和力的变化所产生^[3]。

对于船舶轴系振动的研究。Jame A^[4]测试了螺旋桨轴向力激励下用厚板封闭两端的薄圆柱壳的振动特性；贾晓军^[5]等提出了基于遗传算法轴弯曲振动的固有频率。Korczewski^[6]提出了一个简化模型，该模型允许根据在支撑件之间的思维跨度点处测量的轴偏转幅度来估计所产生的扭转振动的总能量。国内研究者也做出了许多研究。张勇^[7,8]建立了基于分段连续质量模型的轴系弯扭耦合振动的数学模型。陈之炎^[9]在其文献中深入探讨了回旋振动的机理，研究了船舶推进轴系回旋振动的特点，推导了比较实用的回旋方向的判据。王小立^[10]研究了轴系支撑刚度的影响因素及其对轴系纵扭-耦合、弯-扭耦合的影响。徐翔^[11]分析了已有耦合振动研究中存在的不足。总结了圆截面梁的扭转-轴向耦合振动方程，分析了其振动耦合固有频率的变化规律：并根据三种振动形式下的两两耦合振动方程，导出了圆截面梁的轴向-横向-扭转耦合振动方程；周春良^[2]对船舶轴系振动做了较系统的研究，他建立了船舶轴系的三维实体模型，基于有限元分析软件ANSYS，详细分析了影响船舶轴系固有振动特性的因素，并计算分析了船舶轴系在各种激振力作用下的振动响应，计算结果表明螺旋桨激励对船舶轴系振动影响很大。唐艾飞^[12]用MATLAB软件开发了集轴系扭转振动、纵向振动和回旋振动计算于一体的轴系振动计算软件，并通过实例验证了软件的正确性。杨成春^[13]从轴承支撑角度分析了轴系与壳体接触面的特点及其简化模型，建立了单独的轴系子系统、在流体中空气中两种条件下分别建立了对应的轴系－壳体耦合系统有限元模型，对三种模型进行了固有模态分析，以及纵向、横向激励下系统振动特性分析，并深入研究了三种模型之振动特性变化规律，指出纵向振动是系统振动研究的主要方向；推力轴承基座结构对纵向振动传递有着重要影响。李攀硕^[14]等也相似的通过子结构建模，分析轴—壳耦合系统固有动态特性，明确推力轴承刚度等参数对系统振动特性的影响，并比较螺旋桨激励力与控制力所诱导的系统振动。