[发明专利]船用螺旋桨叶片水弹性振动的压电抑振系统及抑振方法

说明书

本发明公开了一种船用螺旋桨叶片水弹性振动的压电抑振系统及抑振方法，压电抑振系统包括螺旋桨叶片、装设在螺旋桨叶片叶梢的压电传感作动集成片、激光测振仪、频谱分析仪、计算机、信号处理及A/D转换模块、单片机、幅值比较及D/A转换模块、反向激励模块、电荷放大器以及压电分流电路，其中，压电传感作动集成片包括设置在中心位置处的压电传感片和均匀环绕压电传感片设置的压电作动片，且压电传感作动集成片为放螺旋桨叶片设计；抑振方法通过比较由激光测振仪和压电传感片测量得到的螺旋桨叶片的振动信号的幅值与指定幅值的大小，选择通过压电分流电路实现被动抑制，或者结合反向激励模块和电荷放大器实现主动抑制；本发明具有良好的推广应用前景。

技术领域

本发明属于振动抑制技术领域，尤其涉及一种船用螺旋桨叶片水弹性振动的压电抑振系统及抑振方法。

背景技术

螺旋桨的水弹性振动是影响船用螺旋桨性能稳定性的因素之一，针对螺旋桨的振动，目前常用的抑振方法主要有三种形式：(1)改进螺旋桨的结构，其中包括采用锯齿形叶梢、对螺旋桨进行削边处理、选用大侧斜螺旋桨以及增加螺旋桨桨叶；(2)螺旋桨使用复合材料，或在螺旋桨叶片表明增加复合材料镀层；(3)增加外部减振装置，包括使用动力吸振器、液压减振器或增加橡胶阻尼器等。以上减振方式的使用在一定程度上抑制了螺旋桨的振动，但是与此同时也增加了螺旋桨的制造工艺、制造成本或者外部体积。因此，在不改变螺旋桨结构、基本不增加外部质量和体积的情况下，探索一种新的抑振方式来解决螺旋桨的水弹性振动问题具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的主要目的在于提供了一种船用螺旋桨叶片水弹性振动的压电抑振系统及抑振方法，该压电抑振系统及抑振方法能耗低，且具有良好的抑振效果；用以解决现有技术中具有抑振功能螺旋桨制造工艺繁杂、制造成本高的问题；具体技术方案如下：

一方面，提供一种船用螺旋桨叶片水弹性振动的压电抑振系统，所述压电抑振系统包括螺旋桨叶片、装设在螺旋桨叶片叶梢的压电传感作动集成片、激光测振仪、频谱分析仪、计算机、信号处理及A/D转换模块、单片机、幅值比较及D/A转换模块、反向激励信号模块、电荷放大器以及压电分流电路，其中，所述压电传感作动集成片包括设置在中心位置处的压电传感片和均匀环绕所述压电传感片设置的压电作动片，所述压电作动片用于产生反向振动信号来抵消螺旋桨叶片的部分振动，所述压电传感片用于监测螺旋桨叶片及所述压电作动片的振动情况并以电信号的方式传递给所述信号处理及A/D转换模块；所述信号处理及A/D转换模块用于处理所述电信号，并将所述电信号作A/D转换操作；

所述激光测振仪与所述压电作动片和所述频谱分析仪连接，所述激光测振仪用于采集所述螺旋桨叶片的振动信号并将所述振动信号发送至所述频谱分析仪，所述频谱分析仪还与所述压电传感片和所述计算机相连，用以处理所述电信号与所述振动信号，并通过所述计算机进行显示和处理；

所述幅值比较及D/A转换模块与所述压电分流电路、反向激励信号模块和所述单片机连接，所述压电分流电路连接所述压电作动片，所述压电分流电路用于实现对所述螺旋桨叶片的被动抑制操作；所述电荷放大器与所述反向激励信号模块和所述压电作动片连接，所述反向激励信号模块用于发出反向激励信号至所述电荷放大器，并由所述电荷放大器放大后作用于所述压电作动片实现对所述螺旋将叶片主动抑制操作；所述单片机连接所述信号处理及A/D转换模块和计算机，所述单片机将所述信号处理及A/D转换模块处理后的所述电信号传递至所述幅值比较及D/A转换模块，由所述幅值比较D/A转换模块对所述电信号的幅值A_T与所述幅值比较D/A转换模块内设定的幅值大小区域[A_m,A_C]作比较和D/A转换操作，同时由所述计算机对经过所述单片机的所述电信号的数据进行采集和存储。

作为优选，所述压电分流电路上包括串联连接的可变电阻R_P和可变负电容-C_r以及电子开关，所述可变电阻R_P和可变负电容-C_r用于消耗所述螺旋桨叶片振动产生的能量。