【摘要】：HAP三組元推進劑燃料艙是大功率魚雷燃氣渦輪機動力能源段的重要組成部分,燃料艙工作過程中,海水推動活塞完成HAP水溶液的擠代供應。因HAP水溶液與海水密度存在明顯差異,燃料艙增壓擠代過程屬于典型的質(zhì)量時變系統(tǒng)。本文針對HAP燃料艙,開展質(zhì)量時變過程中的模態(tài)分析研究,可為燃料艙振動特性分析及全雷振動與噪聲分析奠定良好的基礎,具有重要的理論意義和工程應用價值。本文基于Rayleigh-Ritz能量法建立HAP燃料艙未充液情況下的干模態(tài)結構動力學方程,在此基礎上分別采用聲固耦合法、附加質(zhì)量法及虛擬質(zhì)量法建立充液情況下的濕模態(tài)結構動力學方程。根據(jù)工作過程中HAP水溶液、擠代水質(zhì)量變化和活塞位置變化,最終采用虛擬質(zhì)量法建立HAP燃料艙基于質(zhì)量時變的濕模態(tài)結構動力學方程。利用Patran-Nastran有限元分析軟件,建立HAP燃料艙干模態(tài)、濕模態(tài)的有限元分析模型。將某型魚雷燃料艙進行適當改造作為HAP燃料艙的試驗燃料艙,采用有限元仿真與模態(tài)試驗相結合的方法,獲得試驗燃料艙干模態(tài)參數(shù)、HAP水溶液和海水處于不同質(zhì)量狀態(tài)下的濕模態(tài)參數(shù),通過調(diào)整虛擬質(zhì)量系數(shù),基于試驗結果修正試驗燃料艙有限元模型的建模方法,最終修正完善了HAP燃料艙濕模態(tài)的有限元模型,計算并分析了自由-自由狀態(tài)下的前四階非剛體模態(tài)參數(shù)。依據(jù)濕模態(tài)結構動力學方程,通過Matlab程序和Patran-Nastran軟件的PCL語言對有限元軟件進行二次開發(fā),在HAP燃料艙濕模態(tài)有限元分析模型基礎上計算質(zhì)量時變過程中的模態(tài)參數(shù),分析了固有頻率和振型隨時間變化的情況�；谫|(zhì)量時變的HAP燃料艙模態(tài)分析對HAP燃料艙的振動故障診斷、結構設計及性能優(yōu)化具有重要指導意義。
【學位授予單位】：中國艦船研究院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V434.2
【圖文】：

為重要的水中兵器，不斷朝著高航速、遠航程、大深度隱身攻擊力提出了更高的要求。目前魚雷上常用的活塞機、電動機已經(jīng)無功率的渦輪發(fā)動機成為重型魚雷推進系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。渦輪發(fā)動開高能量密度燃料的持續(xù)供應。目前世界熱動力魚雷推進劑的主元燃料，僅英、俄兩國掌握 HAP 三組元燃料艙分艙貯存、穩(wěn)定元燃料艙研究剛剛起步，目前已完成強度、穩(wěn)定性以及初步動態(tài)得更大的推進劑裝載量，魚雷燃氣渦輪機 HAP 三組元燃料艙采貯存，將 HAP 和魚推-3 燃料分別貯存在內(nèi)環(huán)艙室和外環(huán)艙室內(nèi)原理圖如圖 1.1 所示，HAP 三組元燃料艙主要由雙層導管、活塞料艙殼體組成，分為HAP艙和魚推-3燃料艙兩個艙室。HAP艙室 擠代腔室構成。魚雷工作過程中，海水分別進入魚推-3 燃料艙推-3 燃料艙的海水直接擠代燃料完成供應，進入 HAP 擠代艙室動活塞擠壓 HAP 艙室中的 HAP 水溶液完成供應。

料艙增壓擠代過程中，燃料艙屬于典型的質(zhì)量時變系統(tǒng)。為研AP 燃料艙振動特性的影響，本章在構建 HAP 燃料艙干模態(tài)結別采用聲固耦合法、虛擬質(zhì)量法及附加質(zhì)量法建立 HAP 燃料塞位于某一固定位置）結構動力學方程。綜合三種計算方法的考慮工作過程中的眾多時變因素，最終采用虛擬質(zhì)量法建立基構動力學方程，著重分析 HAP 水溶液質(zhì)量、海水質(zhì)量以及活陣的影響。料艙結構組成及簡化假設元推進劑燃料艙是大功率燃氣渦輪機動力能源艙段的重要組代供應過程中，活塞位置、HAP 質(zhì)量及海水質(zhì)量變化對燃料

擠代艙（即端蓋 1 與活塞之間）推動活塞運動，活塞從一端運動到另一端完成 HAP 的擠代供應。為簡化 HAP 燃料艙數(shù)學模型，依據(jù)以往經(jīng)驗，結構動力學方程建立中將 HAP 三組元燃料艙殼體和導管均簡化為圓柱殼，兩側(cè)端蓋和活塞簡化為環(huán)形平板。本文僅分析自由-自由狀態(tài)下的 HAP 燃料艙振動特性。3.3 基于 Rayleigh-Ritz 能量法的 HAP 燃料艙結構動力學方程由于邊界條件的復雜性，本文采用 Rayleigh-Ritz 能量法，建立 HAP 燃料艙的結構動力學方程，獲得結構自由振動的結果。

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