潜艇操舵系统液压脉动噪声控制研究

汪新颖，张 栋，韩 科

潜艇操舵系统液压脉动噪声控制研究

汪新颖1，张 栋2，韩 科2

（1. 东部战区海军，浙江宁波315000；2. 海军潜艇学院，山东青岛266042）

对国产某型潜艇操舵系统液压脉动噪声进行理论分析，制定了适应液压系统特点的总体仿真结构，利用MATLAB软件中的simulink子模块进行仿真计算。根据仿真计算数据，提出潜艇操作系统利用气囊式蓄能器与消声器两种降噪方案，对操舵系统脉动噪声控制具有指导意义，具备相应的推广价值。

操舵系统 液压噪声 理论建模 仿真

0 引言

近年来，液压技术凭借其特有优势在现代工业、军事及生活中已大量应用，随着液压技术的不断发展其噪声问题也得到了普遍重视[1]。潜艇操舵系统中牵扯诸多液压装置，其工作时产生的噪声对于潜艇的水下航行是非常不利的，降低了潜艇的隐身性能。同时，对于长时间在艇上工作的艇员而言，液压噪音的存在对艇员的身心健康也具有相应影响。因此，如何降低潜艇操舵系统中的液压工作噪声，提高潜艇的隐蔽性，保障潜艇的生命力与战斗力显得尤为重要。

1 潜艇操舵系统的液压脉动噪声分析

以国产某型常规潜艇的操舵系统为研究对象，该操舵系统包含柱塞泵、液压阀、液压油箱、蓄能器等部件[2]。此系统工作时，此系统在液压泵流量的作用下会产生以下三种脉动噪声[3]。

1）固有脉动

2）回冲脉动

3）耦合脉动

2 潜艇操舵系统脉动理论分析及噪声抑制方案

2.1 液压泵输出脉动

研究的模型中所采用的油泵柱塞数s=7，转速为n=1 000～1 600rpm，额定转速为e=1 250rpm，计算得到液压操舵系统的三种不同脉动的相关频率如表1所示。

表1　操舵系统液压脉动频率

2.2 蓄能器吸收压力脉动时的动态分析

传统操舵系统的蓄能器，由于其固定的活塞式结构，使蓄能器的吸收流量脉动的能力较差[5]。因此，为了减少因流量脉动而产生的压力脉动，降低流量脉动对液压系统产生影响，液压油出口使用蓄能器进行压力脉动的回收，减少其相应的脉动噪声。

因此，计算可得管路中液压油流动方程:

蓄能器的流量方程：

2.3 消声器吸收压力脉动的动态分析

蓄能器吸收压力脉动时的微分程与多孔同心式消声器微分方程的建立过程大致相同。消声器外腔压力随系统压力振动微分方程为：

消声器使得系统的压力脉动噪声下降的分贝数为：

3 脉动噪声控制效果仿真

3.1 蓄能器抑制脉动噪声效果仿真

当流量脉动系数约为2.53%，液压泵的柱塞数为7时，此时的流量脉动幅度为：

因此，无气囊式蓄能器时，系统的压力脉动：

从图2可以看出，油泵出口加装气囊式蓄能器后：

通过上述三组数据对比分析可得：气囊式蓄能器对三种回冲脉动降噪效果明显，当液压泵转速为1 000 rpm时，声音降噪效果最为明显。

原因分析：回流冲击脉动频率与蓄能器自身的原有频率数值差异最小，仿真结果与理论分析稳合。

3.2 消声器抑制脉动噪声效果仿真

从图3数据可以看出，油泵出口加装消声器后，当液压泵转速为1 600 rpm时：

当液压泵转速为1250 rpm时：

当液压泵转速为1000 rpm时：

通过上述仿真结果分析可得：

1）液压泵转速为1 600 rpm时的固有脉动噪声抑制效果最优，转速为1 200 rpm时的耦合脉动噪声抑制效果效果最差。

2）在液压泵转速固定时，固有脉动的降噪效果最佳，回冲脉动次之，耦合脉动的降噪效果相对较差。

原因分析：此时三种脉动的频率远低于消声器的固有频率，因此高频噪声在此消声器作用下削弱效果显著，而低频噪声在此消声器作用下削弱效果较差。

4 结束语

本文根据潜艇操舵系统液压脉动噪声特性进行了相关分析，提出气囊式蓄能器与消声器两种降噪方案，并进行了理论仿真分析，通过分析得出两种方案对于潜艇操舵系统液压脉动噪声具有相应的抑制作用。同时根据不同的系统工况，得出两种方案的降噪适用范围，具备相应的经济效益与推广价值。液压系统噪声类型众多，还包括气蚀噪声、绕流噪声和机械噪声等，因此，要想全面抑制潜艇液压系统噪声，提高潜艇的隐蔽性，保障潜艇的生命力，仍需进一步考虑多种噪声源。

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Research on hydraulic system's impulsive noise suppression for submarine steering system

Wang Xinying1,Zhang Dong2, Han Ke2

(1. Eastern Theater Navy, Ningbo 315000, Zhejiang,China; 2. Navy Submarine Academy, Qingdao 266042, Shandong, China)

TJ6

A

1003-4862（2022）09-0074-04

2022-03-05

汪新颖（1984-），男，在读硕士，研究方向：潜艇作战指挥。E-mail: 158008586@qq.com