船舶振动主动控制的研究进展探讨

徐华国 范超

摘 要：本文在此以船舶振动当中的阻尼技术、在船舶当中的使用方式、船舶振动的隔离技术、动力吸振器的相关研究和整船振动的控制技术研究等方面为基础，对船舶振动主动控制技术实施了探讨，阐述了近些年主动控制技术应用于船舶振动主动控制的研究进展，并提出了加快船舶振动主动控制研究发展进程的相关办法。希望能够起到一定的帮助作用。

关键词：船舶振动；主动控制；研究进展

引言

舰船的振动和产生的噪声一直以来都被船舶界高度关注。船舶振动时，经常使用的有阻尼技术、动力式机械隔振与振动式吸振等。尽管这些办法具有一定的经济性和可靠性，然而因船舶的振动较为复杂且又要求其必须达到一定的效果，而振动被动控制技术在低频时段的振动控制又不是很理想，无法与外界的振动变化相适合，导致振动被动控制技术的使用范围较为狭窄。然而，还因其可以对结构振动的相关特性加以检测，同时能够随时做出响应，并有着较强的适应性特点，使其在船舶的振动和噪声的控制方面还是得到了使用，而且在以后会被更加广泛。

1.阻尼技术在船舶当中的具体应用方法

阻尼技术对于控制船舶的振动有着非常明显的效果。根据结构形式的不同，阻尼技术包含自由阻尼以及约束阻尼两种技术。这当中，自由阻尼主要就是在应被减振和降噪的物体表面粘贴或者喷上一层具有阻尼特性的材料；而所谓的约束阻尼就是在结构物体与具有金属特性的约束板之间粘上具有阻尼性质的材料，后者所起到的作用要比前者明显好很多。相关研究人员曾经对化工部海洋涂料研究所研发出来的T54/T60型号的具有阻尼性质的涂料实施了试验，使用阻尼性能相对较好的锰铜合金材料来制作中间机座，组建出了模型测试系统，试验结果表明，其所起到的减振作用非常显著。另有一些相关学者对具有粘弹特性的材料的筏架组成和艇体以及声学方面介质的耦合性实施了更加细致化的理论性探究，接下来又对在阻尼处理的范围与具体位置还有上下层隔振器的刚体变化、基座面以及板厚的改变等方面对浮筏隔振系统在传递性质上所产生的影响实施了精确的计算和探究。另外还有新阻尼性材料的研发与预报正处于进展中为能够很好的控制振动的幅度且降低共振过程中产生的响应，理论方式的研究和试验方式的研究结果都显示，此移动阻尼可以在很大程度上减小船舶的振动、提升人员的舒适感并减小作动器振动的幅度。

2.隔振技术

在对主机的激振进行研究时，从降低主机激振力、避免机架和曲轴纵向的振动等方面实施了相应的工作。并且在主机和其它的相关机械设备上使用隔振技术，单层的隔振并不适合在转速较慢的大型设备的隔振上使用，虽然双层隔振就很好的弥补了单层隔振系统在稳定性方面的不足，不过因其中间的质量太大，所以还是没有在舰船当中得到广泛的使用。而让多台设备使用同一个中间质量实施浮筏隔振，将多台设备集中到一起，不仅有效减小了中间筏体的质量，还节省了一定 的空间，让设计可以更加的灵活多变，以此达到总设计的相关要求；结构合理的浮筏装置对于隔振有着明显的作用；浮筏装置不仅在当前被普遍使用，其在今后也会得到更广泛的应用。

3.动力吸振

动力吸振的原理是在被控制的对象当中加设一个附属系统，利用其产生的吸振力降低被控制对象对振源激励而形成的响应。对于非主动的动力式吸振器来说，其用于吸振的频带宽度较为欠缺，并且还不能随意调整。但主动的动力式吸振器则就可以在主振系统当前所处状态的基础上，对结构的相关参数和其振动的状态进行调节，达到宽频带吸振的目的，以此扩大动力吸振器的可利用范围，增强减振的作用，其近年来取得了很大的发展。被动动力吸振器在船舶振动上的应用方式主要包括机械式、流体式以及流体机械混合式三种。有相关研究人员在船舶柴油机所具有的振动特点和基本规律基础上，研究并开发出了一种电动的全自动式吸振器，组建出了与其相对应的模型，而且对具有一定复杂性的周期性振动以及模拟式柴油机的振动在控制方面所产生的作用实施了相应的精确計算和研究，使用经过改进的LMS算法，研究并开发了具有自适应特点的控制器，构建了有着主动吸振特点的试验型装置，在对模拟式柴油机振动在全自动吸振的控制能力方面实施了试验之后，得出的结果是此装置在减振的效果上达到了10dB到15dB。

4.对整船的振动控制进行的研究

现阶段，对整船船舶的振动噪声控制进行的理论性研究，主要是针对船舶和其内部构件在简化模拟的振动噪声主动控制方面，大致包括以下几点：首先，将船体看作是柱壳，将智能型材料粘贴在柱壳的表面，构建出耦合方程，并基于理论组建模型；其次，组建并分析主动控制系统，当中有系统的建模和降阶、传感器作动器的选取和布设、控制系统的设计和闭环控制系统的形成等。但现阶段基本上都集中于整个系统的运动方程创建、传感器作动器的选取和布设及相关的控制算法研究等；最后是实验装置的研发。比如，在压电片和壳体粘贴非常牢固的情况下，可与壳体共同弯曲变形，同时这两者之间的相应点曲率都是一样的，按照力和力矩平衡的原理，计算出粘贴着一块压电片的薄圆形柱壳的数学式模型，此模型能够在结构振动噪声的控制上起到很大的作用。

5.结束语

解决船舶振动的相关问题属于一项庞大的工程，本文阐述了船舶振动当中的阻尼技术、在船舶当中的使用方式、船舶振动的隔离技术、动力吸振器的相关研究和整船振动的控制技术研究等，对船舶振动主动控制技术实施了探讨，并着重分析了主动控制技术在船舶振动控制方面的应用研究。希望对提升船舶振动主动控制技术的实用性起到一定的作用。

参考文献：

[1]王震. 基于惯性作动器的管路系统振动主动控制研究[D].中国舰船研究院，2014.

[2]李维嘉，曹青松.船舶振动主动控制的研究进展与评述[J].中国造船，2007（02）：68-79.

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