[发明专利]用于对船舶推进器模型执行力学和轴系振动测量的系统

说明书

技术领域

本发明属于船舶元件检测技术领域，更具体地，涉及一种用于对船舶推进器模型执行力学和轴系振动测量的系统。

背景技术

对于船舶之类的水面和水下航行器而言，它的推进器在不均匀流场中运转时会产生力的脉动和振动，引起航行器艉部振动，产生航行器辐射噪声，是影响航行器隐身性能的一个重要因素。因此，在开展模型试验时，研究者需要对模型航行器推进器的力和轴系振动特性进行测量，以此作为衡量舰艇水动力性能的一个重要参考因素。

参见图1，在现有技术中，目前广泛采用的推进器模型力学和轴系振动特性测量方案通常是在螺旋桨1与驱动电机5之间连接一根长轴2，中间采用若干轴承3支撑；此外，在该长轴上外连一突出物，并在轴侧位置来对轴向力及脉冲状况进行测量，而且一般用两个压力传感器4来执行对称式测量。

然而，进一步的研究表明，上述现有技术仍然具备以下的缺陷或不足：首先，该测量系统对元件的轴向同轴度要求较高，导致安装和调试困难，而且由于留有预紧力，容易对后续的测量精度造成较大影响，此外预紧力的存在还会使得长轴的工作寿命急剧下降；其次，在试验测量过程中，由于电机本身会产生振动，这种振动会与推进器模型脉冲力所产生的振动混合在一起，相应极大地劣化测量结果的精准度和可信性，即便现有技术中往往采用对主机进行优选及在后期信号处理阶段对中滤波进行优化，但仍然无法取得令人满意的测量结果；再次，由于长轴作为完整的一根轴连接在螺旋桨与驱动电机之间，使得推进器模型内部难以执行防水保护，使得在测量过程中动密封易发生漏水，进而导致驱动电机和模型的损坏；最后，这类测量系统由于在轴侧方位对称地执行轴系推力和脉冲状况的测量，在实际试验中发觉容易产生测量精度下降的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于对船舶推进器模型执行力学和轴系振动测量的系统，其中通过结合船舶航行器推进器模型自身的结构特点来构建试验测量系统，并对其关键组件如磁性盘式联轴器、中间连接壁、力传感器和加速度传感器等的具体结构和设置方式进行研究和设计，相应能够使得电机与螺旋桨及测量元件从连接上彻底隔离，杜绝电机振动给测量过程带来的不利影响，同时与现有技术相比可显著提高测量的精度和可信度，并使得测量系统的水密环节变得容易。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种用于对船舶推进器模型执行力学和轴系振动测量的系统，其特征在于，该系统包括中间连接壁、磁性盘式联轴器、第一传动轴、第二传动轴、力传感器、加速度传感器和信号分析单元，其中：

所述中间连接壁呈竖直设置的舱壁结构，并安装在船舶推进器模型尾部的螺旋桨以及用于为该螺旋桨提供动力的驱动电机之间；所述磁性盘式联轴器由两个相互对置的磁盘结构共同组成，这两个磁盘结构分别安装在所述中间连接壁的左右两侧，并且各自与所述中间连接壁之间保持有一定的气隙；

所述第一传动轴的一端与所述驱动电机的输出端保持相连，另外一端则通过第一垫片联接至安装在所述中间连接壁左侧的磁盘结构；所述第二传动轴的一端与所述螺旋桨相连，另外一端则通过推力轴承和第二垫片联接至安装在所述中间连接壁右侧的磁盘结构；

所述力传感器设置在所述第二传动轴处于所述中间连接壁一侧的轴端位置，用于对从螺旋桨经由推力轴承传递至中间连接壁的轴系激振力状况执行实时监测；所述加速度传感器则直接安装在所述中间连接壁的上部或下部，并用于对中间连接壁的振动信号执行实时监测；

所述信号分析单元分别与所述力传感器和加速度传感器信号相连，并用于基于所监测的数据信号对船舶推进器模型的力学和轴系振动状况执行评估。

作为进一步优选地，所述中间连接壁由譬如不锈钢的水密材料制成，且其厚度优选被设定为2mm～5mm。

作为进一步优选地，所述磁性盘式联轴器的关键性能参数包括磁盘大小及间隙对应的最大可传递扭矩及磁盘吸力，在试验时，应根据螺旋桨所需扭矩合理对磁盘大小进行选型并布置其间隙，并保证磁盘间吸力足够大。

作为进一步优选地，所述第一及第二传动轴优选由45钢材质一次加工制成，并经过淬火等工序以保证传动轴的同轴度、硬度及抗弯抗扭等特性。

作为进一步优选地，所述推力轴承的工作性能参数被设计如下：其最大轴向受力为2500N(动载)，其最大工作转速为5000r/min。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：