航海设备、船舶轴系及其横向振动的控制方法

1.本发明涉及航海设备技术领域，尤其涉及一种航海设备、船舶轴系及其横向振动的控制方法。


背景技术：

2.船舶轴系是船舶动力装置的重要组成部分，其任务是将船舶主机发出的功率传递给螺旋桨，同时又将螺旋桨所产生的推力传给船体以推动船舶的航行。
3.目前，随着船舶大型化的发展，船体特别是船尾的刚度有所下降,为了获得较高的推进效率，多采用多轴推进系统，船舶轴系中除了在船体横截面中心线上的外，其余的船舶轴系有较长部分远离船体伸入水中，伸入水中的船舶轴系包括部分推进轴和艉管，推进轴和艉管通过舷外托架支承，舷外托架的刚度一般会比船体内的支承刚度低，使船舶轴系的轴承间距较大，导致船舶轴系的回旋(横向)振动固有频率降低。
4.当船舶的螺旋桨的数量增加时，相应的转速也升高，以使作用在螺旋桨上流体力的叶频频率有可能接近于处于下降中的船舶轴系的横向振动固有频率，使船舶轴系产生回旋共振的可能，当这种振动超出船舶轴系结构可承受的安全范围时，将会引发船舶轴系结构的各种故障，甚至引起主机机体振动、船体振动等，这些因素将影响船舶的运行效率及安全。
5.为此，相关技术经过研究后发现，船舶轴系的横向振动具有明显的时变特性，其时变特性来源于船体变形、轴承支撑刚度变化和船舶轴系转速对固有频率等动态特性参数的影响。随船舶大型化、高速化的发展，船舶轴系悬伸于船体外的轴段加长等因素导致船舶轴系的横向振动固有频率降低，在螺旋桨不均匀动态负载及发动机和齿轮箱动态交变负载的激励下，有可能随着船舶轴系转频的变化激发出多阶模态的轴系横向时变振动。对于这种船舶轴系多模态时变横向振动，相关技术通过对船舶轴系整体动力学建模来优化船舶轴系各位置轴承的支撑刚度，但是，该方式仍旧无法有效地解决船舶轴系在整个舰船运行过程中的横向振动问题。


技术实现要素：

6.本发明的第一方面提供一种船舶轴系，用以解决现有技术中的上述至少一项技术缺陷，当船舶轴系受到横向振动时，艉管的外表面与摩擦阻尼套筒的内表面相互摩擦，产生能量耗损，起到抑制船舶轴系的横向振动的作用。
7.本发明的第二方面提供一种船舶轴系横向振动的控制方法。
8.本发明的第三方面提供一种航海设备。
9.本发明的第一方面提供一种船舶轴系，包括推进轴组件和艉轴组件，所述推进轴组件包括推力轴，所述推力轴延伸至所述艉轴组件；
10.所述艉轴组件包括：
11.艉管，套设在所述推力轴的外侧表面；
12.外筒，套设在所述艉管的外侧表面，并与所述艉管和所述推力轴同轴设置；所述外筒和所述艉管之间设有摩擦阻尼耗能结构，所述摩擦阻尼耗能结构包括摩擦阻尼套筒和摩擦阻尼套环，所述摩擦阻尼套筒上设有预紧部，所述摩擦阻尼套环间隔套设于所述预紧部，所述摩擦阻尼套环上还阵列设有叠堆压电陶瓷，施加压力于所述叠堆压电陶瓷，用于控制所述摩擦阻尼套环施加于所述预紧部的预紧力。
13.根据本发明提供的船舶轴系，所述摩擦阻尼套环包括套环本体，所述套环本体具有相对设置的内侧壁和外侧壁；
14.所述叠堆压电陶瓷设置在所述套环本体的外侧壁，所述套环本体的内侧壁上阵列设置有多个第一凸起，所述第一凸起抵接相应的所述预紧部，多个所述第一凸起与所述叠堆压电陶瓷一一对应设置。
15.根据本发明提供的船舶轴系，所述套环本体的外侧壁上阵列设置有多个第二凸起，所述第二凸起与所述外筒的内壁抵接，且所述第二凸起与所述第一凸起间隔设置。
16.根据本发明提供的船舶轴系，所述外筒的内壁设有限位槽，所述限位槽与所述第二凸起一一对应设置，所述第二凸起嵌设于所述限位槽。
17.根据本发明提供的船舶轴系，所述摩擦阻尼套筒包括相连接的本体筒段和预紧筒段，所述预紧筒段从端面开始沿自身的圆周方向阵列开设有多个预紧槽，所述预紧部形成于相邻两个所述预紧槽之间。
18.根据本发明提供的船舶轴系，所述艉轴组件还包括调谐阻尼结构，所述推力轴的内部具有中空轴腔，所述调谐阻尼结构安装在所述中空轴腔内的预设位置，以抑制船舶轴系的横向振动。
19.根据本发明提供的船舶轴系，所述调谐阻尼结构包括压电阻尼弹性体和配重件，所述压电阻尼弹性体的内部具有中空腔体，所述配重件设置在该中空腔体内，所述压电阻尼弹性体的外侧表面沿自身的轴向间隔设有第一凹槽。
20.根据本发明提供的船舶轴系，所述压电阻尼弹性体的外侧表面沿圆周方向设有第二凹槽。
21.本发明的第二方面提供一种船舶轴系横向振动的控制方法，上述任一项所述的船舶轴系进行实现，包括如下步骤：
22.获取船舶轴系中即将产生横向振动的位置信息；
23.对获取到的位置相对侧的叠堆压电陶瓷施加相应的电压，以使叠堆压电陶瓷发生致动，将电能转化为机械能，以推动摩擦阻尼套环沿自身的径向发生位移，对摩擦阻尼套筒施加预紧力；和/或
24.在推力轴的模态阵型敏感点分布调谐阻尼结构，以控制船舶轴系的横向振动固有频率迁移所引起的时变振动。
25.本发明的第三方面提供一种航海设备，包括船体和上述任一项所述的船舶轴系，所述船舶轴系设置在所述船体上。
26.本发明提供的船舶轴系，通过在外筒和艉管之间设置摩擦阻尼耗能结构，摩擦阻尼耗能结构包括摩擦阻尼套筒和摩擦阻尼套环，摩擦阻尼套筒上设有预紧部，摩擦阻尼套环间隔套设于预紧部，在摩擦阻尼套环上阵列设有叠堆压电陶瓷，叠堆压电陶瓷施加压力后，控制摩擦阻尼套环施加在预紧部上的预紧力。在检测到船舶轴系即将产生振动时，对叠
堆压电陶瓷施加电压后，叠堆压电陶瓷致动以推动摩擦阻尼套环对摩擦阻尼套筒施加一定的预紧力，使摩擦阻尼套筒与艉管之间紧密接触。当船舶轴系受到横向振动时，堆叠压电陶瓷施加预紧力，使艉管的外表面与摩擦阻尼套筒的内表面相互摩擦，产生能量耗损，以抑制船舶轴系的横向振动。另外，在推力轴振动的敏感位置安装调谐阻尼结构，实现将振动动能转化电能，通过内能转换进一步扩宽抑制横向振动的时效性和稳定性。
27.本发明提供的船舶轴系横向振动的控制方法，可有效控制船舶轴系在整个船舶运行过程中可能因脉动冲击和不均匀动态负载激发的船舶轴系的横向振动。
28.本发明提供的航海设备，因包含上述的船舶轴系，因此具备上述船舶轴系的所有优势。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1是本发明提供的船舶轴系沿径向的剖视图；
31.图2是本发明提供的船舶轴系沿轴向的剖视图；
32.图3是本发明提供的船舶轴系的结构示意图；
33.图4是本发明提供的船舶轴系中摩擦阻尼套筒的结构示意图；
34.图5是本发明提供的船舶轴系中摩擦阻尼套环的结构示意图；
35.图6是本发明提供的船舶轴系中调谐阻尼结构的结构示意图；
36.图7是本发明提供的船舶轴系另一实施例的结构示意图。
37.附图标记：
38.10、推力轴；
39.20、艉管；
40.30、外筒；
41.40、摩擦阻尼耗能结构；41、摩擦阻尼套筒；411、本体筒段；412、预紧筒段；4121、预紧槽；4122、预紧部；42、摩擦阻尼套环；421、套环本体；422、第一凸起；423、第二凸起；43、叠堆压电陶瓷；
42.50、调谐阻尼结构；51、压电阻尼弹性体；511、第一凹槽；512、第二凹槽；52、配重件。
具体实施方式
43.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.在本技术实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以
是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术实施例中的具体含义。
45.在本技术实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
46.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
47.随着我国舰船向高速化、大型化、大功率等方向发展，舰船舒适性、隐身性、抗冲击能力以及降低船体疲劳激励的需求越来越迫切。船舶轴系作为舰船振动主要的激振源，船舶轴系横向振动的可靠性、实效性和稳定性的控制越来越重要。
48.由于船舶轴系的工作条件恶劣，易受多种不均匀动载荷激励等因素影响，船舶轴系的轴承支撑刚度呈现时变特性。因而通过优化轴系结构及支撑条件或者通过传统振动控制方法控制船舶轴系的横向振动。由于超空泡效应的限制，船舶轴系的转速一般较低。以前对船舶轴系的横向振动研究一般将简化为刚体或者不考虑转速对于横向振动的影响。
49.目前，大型化、高速化的船舶，船体特别是船尾的刚度有所下降,为了获得较高的推进效率，多采用多轴推进系统，船舶轴系中除了在船体横截面中心线上的外，其余的船舶轴系有较长部分远离船体伸入水中，伸入水中的船舶轴系包括部分推进轴和艉管，推进轴和艉管通过舷外托架支承，舷外托架的刚度一般会比船体内的支承刚度低，使船舶轴系的轴承间距较大，导致船舶轴系的回旋(横向)振动固有频率降低。
50.当船舶的螺旋桨的数量增加时，相应的转速也升高，以使作用在螺旋桨上流体力的叶频频率有可能接近于处于下降中的船舶轴系的横向振动固有频率，使船舶轴系产生回旋共振的可能，当这种振动超出船舶轴系结构可承受的安全范围时，将会引发船舶轴系结构的各种故障，甚至引起主机机体振动、船体振动等，这些因素将影响船舶的运行效率及安全。
51.为此，相关技术经过研究后发现，船舶轴系的横向振动具有明显的时变特性，其时变特性来源于船体变形、轴承支撑刚度变化和船舶轴系转速对固有频率等动态特性参数的影响。随船舶大型化、高速化的发展，船舶轴系悬伸于船体外的轴段加长等因素导致船舶轴系的横向振动固有频率降低，在螺旋桨不均匀动态负载及发动机和齿轮箱动态交变负载的激励下，有可能随着船舶轴系转频的变化激发出多阶模态的轴系横向时变振动。对于这种船舶轴系多模态时变横向振动，相关技术通过对船舶轴系整体动力学建模来优化船舶轴系各位置轴承的支撑刚度，但是，该方式仍旧无法有效地解决船舶轴系在整个舰船运行过程
中的横向振动问题，故船舶轴系的横向振动控制仍是舰船设计和运行维护的难题。同时，传统的被动振动控制方法难于可靠有效控制船舶轴系多模态时变横向振动，而近年来开展的主动振动控制方法，无法回避船舶轴系的横向振动特性。由于时变导致的闭环控制模型难于准确建立和控制时间延迟等缺点，使实际应用中主动振动控制效果大打折扣。
52.下面结合图1至图7，对本发明的实施例进行描述。应当理解的是，以下描述仅是本发明的示意性实施方式，并未对本发明构成任何限定。
53.参阅图1至图5，本发明实施例的第一方面提供一种船舶轴系，该船舶轴系包括推进轴组件和艉轴组件，推进轴组件包括推力轴10，推力轴10延伸至艉轴组件。
54.其中，艉轴组件包括艉管20和外筒30，艉管20套设在推力轴10的外侧表面，并与推力轴10同轴设置；外筒30套设在艉管20的外侧表面，并与艉管20同轴设置；外筒30和艉管20之间设有摩擦阻尼耗能结构40，摩擦阻尼耗能结构40包括摩擦阻尼套筒41和摩擦阻尼套环42，摩擦阻尼套筒41上设有预紧部4122，摩擦阻尼套环42间隔套设于预紧部4122，在摩擦阻尼套环42上阵列设有叠堆压电陶瓷43，叠堆压电陶瓷43施加压力后，控制摩擦阻尼套环42施加在预紧部4122上的预紧力。
55.在检测到船舶轴系即将产生横向振动时，对叠堆压电陶瓷43施加电压后，叠堆压电陶瓷43在自身的z轴方向上会做伸长运动，将电能转化为机械能，也即叠堆压电陶瓷43致动，以推动摩擦阻尼套环42沿自身的径向发生位移，对摩擦阻尼套筒41施加一定的预紧力，使摩擦阻尼套筒41受到均匀而稳定的预紧力，进而使摩擦阻尼套筒41与艉管20之间紧密接触，以增加摩擦阻尼套筒41与艉管20之间的摩擦。当船舶轴系受到横向振动时，艉管20的外表面与摩擦阻尼套筒41的内表面相互摩擦，产生能量耗损，起到抑制船舶轴系的横向振动的作用，即通过摩擦阻尼套筒41的内壁与艉管20的外壁之间的摩擦耗能抑制艉管20的横向弯曲振动，提高推力轴10的艉部支撑刚度。
56.可以理解的是，本发明通过在外筒30和艉管20之间设置摩擦阻尼耗能结构40，摩擦阻尼耗能结构40包括摩擦阻尼套筒41和摩擦阻尼套环42，摩擦阻尼套筒41上设有预紧部4122，摩擦阻尼套环42间隔套设于预紧部4122，在摩擦阻尼套环42上阵列设有叠堆压电陶瓷43，叠堆压电陶瓷43施加压力后，控制摩擦阻尼套环42施加在预紧部4122上的预紧力。在检测到船舶轴系即将产生振动时，对叠堆压电陶瓷43施加电压后，叠堆压电陶瓷43致动以推动摩擦阻尼套环42对摩擦阻尼套筒41施加一定的预紧力，使摩擦阻尼套筒41与艉管20之间紧密接触。当船舶轴系受到横向振动时，艉管20的外表面与摩擦阻尼套筒41的内表面相互摩擦，产生能量耗损，起到抑制船舶轴系的横向振动的作用。
57.如图4所示，在本发明的一些实施例中，摩擦阻尼套环42包括套环本体421，套环本体421具有相对设置的内侧壁和外侧壁，叠堆压电陶瓷43设置在套环本体421的外侧壁；在套环本体421的内侧壁上阵列设置有多个第一凸起422，第一凸起422抵接相应的预紧部4122，多个第一凸起422与叠堆压电陶瓷43一一对应设置。
58.当检测到船舶轴系即将产生振动时，对叠堆压电陶瓷43施加电压后，叠堆压电陶瓷43致动以推动摩擦阻尼套环42带动第一凸起422对摩擦阻尼套筒41施加一定的预紧力，使摩擦阻尼套筒41与艉管20之间紧密接触。
59.相比将套环本体421的内侧壁抵接在预紧部4122，采用第一凸起422抵接相应的预紧部4122，能够减小套环本体421与预紧部4122之间的接触面积，在压力不变的情况下，减
小套环本体421与预紧部4122之间的受力面积，可以使套环本体421作用在预紧部4122上的压力越明显，进而使预紧力的控制更加准确。
60.如图4所示，在本发明的一些实施例中，在套环本体421的外侧壁上阵列设置有多个第二凸起423，第二凸起423与外筒30的内壁抵接，且第二凸起423与第一凸起422间隔设置。
61.当叠堆压电陶瓷43施加电压后，叠堆压电陶瓷43致动以推动摩擦阻尼套环42带动第一凸起422对摩擦阻尼套筒41施加一定的预紧力，使摩擦阻尼套筒41与艉管20之间紧密接触；同时推动摩擦阻尼套环42带动第二凸起423挤压外筒30，由于外筒30的横截面的面积保持不变，因此，外筒30反作用于第二凸起423，以使第二凸起423与摩擦阻尼套环42挤压摩擦阻尼套筒41，增加对摩擦阻尼套筒41的预紧力。
62.在本发明的一些实施例中，在外筒30的内壁设有限位槽(图中未示出)，该限位槽与第二凸起423一一对应设置，当外筒30套设在套环本体421的外侧时，第二凸起423嵌设在相应的限位槽内，以将套环本体421的位置固定，还可以到固定的作用。
63.如图3所示，在本发明的一些实施例中，摩擦阻尼套筒41包括相连接的本体筒段411和预紧筒段412，预紧筒段412从端面开始沿自身的圆周方向阵列开设有多个预紧槽4121，预紧部4122是形成在相邻两个预紧槽4121之间的部分。
64.其中，预紧槽4121可以开设两组、三组、四组等，具体地设置可以根据实际的使用情况进行确定。预紧部4122的数量可以与摩擦阻尼套环42上第一凸起422的数量相应，以使第一凸起422一一对应在预紧部4122上。
65.在正常情况下，本体筒段411和预紧筒段412的横截面的面积相等，也即本体筒段411和预紧筒段412的直径相等。当预紧筒段412的各个预紧部4122受到预紧力时，预紧槽4121的槽宽减小，以使预紧筒段412的横截面的面积减小，预紧筒段412紧抱在艉管20的外侧表面，以使预紧筒段412与艉管20紧密接触。
66.也即相当于，摩擦阻尼套筒41的部分管段是完整，另一部分管段从端面开始沿轴向开设卡槽，以使摩擦阻尼套筒41的另一部分管段形成开瓣状，叠堆压电陶瓷43会给摩擦阻尼套筒41的多个开瓣状的结构施加稳定、均匀的预紧力，在预紧力的作用下具有开瓣状的摩擦阻尼套筒41与艉管20相互紧密接触。当船舶轴系受到横向振动时，艉管20会与开瓣状的摩擦阻尼套筒41的表面相互摩擦，产生能量耗损，起到抑制船舶轴系的横向振动的作用。
67.如图6和图7所示，在上述各实施例的基础上，与上述各实施例不同的是，艉轴组件还包括调谐阻尼结构50，推力轴10的内部具有中空轴腔，调谐阻尼结构50安装在该中空轴腔内的预设位置，以抑制船舶轴系的横向振动。
68.其中，该预设位置事先通过模型仿真，判断出的推力轴10的内壁各模态阵型敏感的位置。
69.具体地，如图6所示，调谐阻尼结构50包括压电阻尼弹性体51和配重件52，压电阻尼弹性体51的内部具有中空腔体，配重件52设置在该中空腔体内，压电阻尼弹性体51可以由压电陶瓷材料制成，压电阻尼弹性体51的外侧表面沿自身的轴向间隔设有第一凹槽511。
70.当调谐阻尼结构50安装在推力轴10的中空轴腔内时，使中空轴腔的气体沿着第一凹槽511排出，减小调谐阻尼结构50安装过程中的阻力，降低调谐阻尼结构50的安装难度，
提高调谐阻尼结构50的安装效率。
71.其中，该配重件52可以理解为是具有一定重量的质量块，重要用于增加重力。
72.调谐阻尼结构50安装在中空轴腔后，压电阻尼弹性体51的外侧壁与推力轴10的内壁相互抵触，以达到控制船舶轴系在整个船舶运行过程中可能因脉动冲击和不均匀动态负载激发的船舶轴系的横向振动。
73.如图6所示，在本发明的一些实施例中，压电阻尼弹性体51的外侧表面沿圆周方向设有第二凹槽512。设置第二凹槽512一方面可以减小压电阻尼弹性体51与推力轴10之间的接触面积，在压力不变的情况下，减小压电阻尼弹性体51与推力轴10之间的受力面积，可以使推力轴10作用在压电阻尼弹性体51上的压力越明显。
74.在本发明的一些实施例中，推进轴组件还包括中间轴和螺旋桨轴，推力轴10、中间轴、艉轴组件和螺旋桨轴依次连接，推力轴10用于连接船舶主机，螺旋桨轴用于连接螺旋桨，船舶主机发出的功率通过船舶轴系传递给螺旋桨，同时又将螺旋桨所产生的推力传给船体以推动船舶的航行。
75.具体地，推力轴10支撑在推力轴承上，中间轴由中间轴承支撑，艉轴经艇轴管伸出船尾。推力轴10、中间轴和艉轴之间通过法兰用螺栓连接起来。螺旋桨用键和螺母固定到艉轴上。为了维护管理的需要，设置有艉轴轴隧，轴隧上开有窗口，以吊运轴系，平时用铁板封死。艉轴轴隧与机舱的隔壁上装有水密门和中间轴通过舱壁的舱壁填料函。
76.需要说明的是，叠堆压电陶瓷43即叠堆型压电陶瓷，叠堆型压电陶瓷是将压电陶瓷基片，通过叠层粘结共烧工艺形成，一般单层压电陶瓷基片的厚度为100μm左右，该压电陶瓷可以承受很大的压力、刚度较大。
77.多层陶瓷薄片连接形成了叠堆型压电陶瓷后，对陶瓷施加电压后，压电陶瓷在z轴方向会做伸长运动，通过叠堆压电陶瓷43的上下端面将电能转化为机械能，输出至外筒30和艉管20。
78.叠堆型压电陶瓷的伸长量的最大典型值是陶瓷长度的0.1％-0.2％。其中，低电压压电陶瓷的电压使用范围可以为0-150v，高电压压电陶瓷的电压使用范围为0～500v或1000v。
79.因此，施加至叠堆压电陶瓷43的电压不同，会使摩擦阻尼套环42对摩擦阻尼套筒41的预紧力不同，进而使摩擦阻尼套筒41对艉管20的预紧力不同，致使摩擦阻尼套筒41与艉管20之间的紧密程度不同，从而产生不同的摩擦能量损耗，实现船舶轴系的横向振动可控。
80.并且，由于叠堆压电陶瓷43的控制电压范围较宽，因此能够拓宽振动控制频带以抑制具有时变特性的船舶轴系整体横向回旋振动。以实现大型船舶轴系横向振动的高稳定性和高实效性的可靠控制。
81.本发明实施例的第二方面提供一种船舶轴系横向振动的控制方法，基于上述船舶轴系进行实现，包括如下步骤：
82.步骤s01、获取船舶轴系中即将产生横向振动的位置信息；
83.步骤s02、对获取到的位置相对侧的叠堆压电陶瓷43施加相应的电压，以使叠堆压电陶瓷43发生致动，叠堆压电陶瓷43在自身的z轴方向上会做伸长运动，将电能转化为机械能，也即叠堆压电陶瓷43致动，以推动摩擦阻尼套环42沿自身的径向发生位移，对摩擦阻尼
套筒41施加一定的预紧力，使摩擦阻尼套筒41受到均匀而稳定的预紧力，进而使摩擦阻尼套筒41与艉管20之间紧密接触，以增加摩擦阻尼套筒41与艉管20之间的摩擦。
84.当船舶轴系受到横向振动时，艉管20的外表面与摩擦阻尼套筒41的内表面相互摩擦，产生能量耗损，利用摩擦耗能原理起到抑制船舶轴系的横向振动的作用，即通过摩擦阻尼套筒41的内壁与艉管20的外壁之间的摩擦耗能抑制艉管20的横向弯曲振动，提高推力轴10的艉部支撑刚度。
85.步骤s03、船舶轴系在运行过程中因脉动冲击和不均匀动态负载激发的船舶轴系的横向振动时，调谐阻尼结构50利用压电阻尼弹性体51中压电陶瓷的压电效应，将船舶轴系振动产生的机械能转化为电能，通过船舶轴系中自带的电阻导电消耗掉电能以控制船舶轴系多模态时变横向振动。
86.其中，调谐阻尼结构50可以通过两种不同的设置方式进行船舶轴系多模态时变横向振动的控制。
87.如图6所示，可以在推力轴各模态阵型敏感点处分布多个调谐阻尼结构50，以达到控制船舶轴系在船舶整个运行过程中可能因脉动冲击和不均匀动态负载激发的船舶轴系的横向振动。
88.如图7所示，可以在推力轴的每个模态阵型敏感点处，将分布的调谐阻尼结构50拆分为多个分体设置的阻尼器组，以使多个分体设置的阻尼器组形成一个多重调谐质量阻尼器子系统，每个阻尼器组中各阻尼器的固有频率等相关参数设置为不相等，且每个阻尼器组中各阻尼器的固有频率等相关参数按一定规律分布，以实现船舶工作过程中，船舶轴系的横向振动固有频率迁移所引起的时变振动的最优控制。
89.本发明实施例提供的船舶轴系横向振动的控制方法，通过半主动控制方法，解决了传统被动控制技术难控制船舶轴系多模态时变横向振动和主动控制技术闭环控制模型难建立的问题。
90.本发明实施例的第三方面提供一种航海设备，包括船体和上述任一项的船舶轴系，船舶轴系设置在船体上。柴油机通过推力轴10，调整短轴和中间轴以及艉轴驱动螺旋桨。
91.该航海设备可以是船舶或舰船等用于航海使用的设备。由于航海设备包括上述的船舶轴系，因此具备上述的所有优势。
92.需要说明的是，本发明各个实施例中的技术方案可以相互结合，但是相互结合的基础是以本领域普通技术人员能够实现为准；当技术方案的结合出现相互矛盾或者无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，即也不属于本发明的保护范围。
93.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种船舶轴系，其特征在于，包括推进轴组件和艉轴组件，所述推进轴组件包括推力轴，所述推力轴延伸至所述艉轴组件；所述艉轴组件包括：艉管，套设在所述推力轴的外侧表面；外筒，套设在所述艉管的外侧表面，并与所述艉管和所述推力轴同轴设置；所述外筒和所述艉管之间设有摩擦阻尼耗能结构，所述摩擦阻尼耗能结构包括摩擦阻尼套筒和摩擦阻尼套环，所述摩擦阻尼套筒上设有预紧部，所述摩擦阻尼套环间隔套设于所述预紧部，所述摩擦阻尼套环上还阵列设有叠堆压电陶瓷，施加压力于所述叠堆压电陶瓷，用于控制所述摩擦阻尼套环施加于所述预紧部的预紧力。2.根据权利要求1所述的船舶轴系，其特征在于，所述摩擦阻尼套环包括套环本体，所述套环本体具有相对设置的内侧壁和外侧壁；所述叠堆压电陶瓷设置在所述套环本体的外侧壁，所述套环本体的内侧壁上阵列设置有多个第一凸起，所述第一凸起抵接相应的所述预紧部，多个所述第一凸起与所述叠堆压电陶瓷一一对应设置。3.根据权利要求2所述的船舶轴系，其特征在于，所述套环本体的外侧壁上阵列设置有多个第二凸起，所述第二凸起与所述外筒的内壁抵接，且所述第二凸起与所述第一凸起间隔设置。4.根据权利要求3所述的船舶轴系，其特征在于，所述外筒的内壁设有限位槽，所述限位槽与所述第二凸起一一对应设置，所述第二凸起嵌设于所述限位槽。5.根据权利要求1所述的船舶轴系，其特征在于，所述摩擦阻尼套筒包括相连接的本体筒段和预紧筒段，所述预紧筒段从端面开始沿自身的圆周方向阵列开设有多个预紧槽，所述预紧部形成于相邻两个所述预紧槽之间。6.根据权利要求1至5任一项所述的船舶轴系，其特征在于，所述艉轴组件还包括调谐阻尼结构，所述推力轴的内部具有中空轴腔，所述调谐阻尼结构安装在所述中空轴腔内的预设位置，以抑制船舶轴系的横向振动。7.根据权利要求6所述的船舶轴系，其特征在于，所述调谐阻尼结构包括压电阻尼弹性体和配重件，所述压电阻尼弹性体的内部具有中空腔体，所述配重件设置在该中空腔体内，所述压电阻尼弹性体的外侧表面沿自身的轴向间隔设有第一凹槽。8.根据权利要求7所述的船舶轴系，其特征在于，所述压电阻尼弹性体的外侧表面沿圆周方向设有第二凹槽。9.一种船舶轴系横向振动的控制方法，基于权利要求1至8任一项所述的船舶轴系进行实现，其特征在于，包括如下步骤：获取船舶轴系中即将产生横向振动的位置信息；对获取到的位置相对侧的叠堆压电陶瓷施加相应的电压，以使叠堆压电陶瓷发生致动，将电能转化为机械能，以推动摩擦阻尼套环沿自身的径向发生位移，对摩擦阻尼套筒施加预紧力；和/或在推力轴的模态阵型敏感点分布调谐阻尼结构，以控制船舶轴系的横向振动固有频率迁移所引起的时变振动。10.一种航海设备，其特征在于，包括船体和权利要求1至8任一项所述的船舶轴系，所
述船舶轴系设置在所述船体上。

技术总结
本发明涉及航海设备技术领域，提供一种航海设备、船舶轴系及其横向振动的控制方法，船舶轴系包括推进轴组件和艉轴组件，推进轴组件包括推力轴，推力轴延伸至艉轴组件；艉轴组件包括艉管和外筒，艉管套设在推力轴的外侧表面；外筒套设在艉管的外侧表面；外筒和艉管之间设有摩擦阻尼耗能结构，摩擦阻尼耗能结构包括摩擦阻尼套筒和摩擦阻尼套环，摩擦阻尼套筒上设有预紧部，摩擦阻尼套环间隔套设于预紧部，摩擦阻尼套环上还阵列设有叠堆压电陶瓷。当船舶轴系受到横向振动时，堆叠压电陶瓷施加预紧力，使艉管的外表面与摩擦阻尼套筒的内表面相互摩擦，产生能量耗损，抑制船舶轴系的横向振动。向振动。向振动。


技术研发人员：王民 张云飞 高相胜 车昌家
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：2023.03.22
技术公布日：2023/7/17