汪新穎，張 棟，韓 科

潛艇操舵系統(tǒng)液壓脈動噪聲控制研究

汪新穎1，張 棟2，韓 科2

（1. 東部戰(zhàn)區(qū)海軍，浙江寧波315000；2. 海軍潛艇學(xué)院，山東青島266042）

對國產(chǎn)某型潛艇操舵系統(tǒng)液壓脈動噪聲進(jìn)行理論分析，制定了適應(yīng)液壓系統(tǒng)特點的總體仿真結(jié)構(gòu)，利用MATLAB軟件中的simulink子模塊進(jìn)行仿真計算。根據(jù)仿真計算數(shù)據(jù)，提出潛艇操作系統(tǒng)利用氣囊式蓄能器與消聲器兩種降噪方案，對操舵系統(tǒng)脈動噪聲控制具有指導(dǎo)意義，具備相應(yīng)的推廣價值。

操舵系統(tǒng) 液壓噪聲 理論建模 仿真

0 引言

近年來，液壓技術(shù)憑借其特有優(yōu)勢在現(xiàn)代工業(yè)、軍事及生活中已大量應(yīng)用，隨著液壓技術(shù)的不斷發(fā)展其噪聲問題也得到了普遍重視[1]。潛艇操舵系統(tǒng)中牽扯諸多液壓裝置，其工作時產(chǎn)生的噪聲對于潛艇的水下航行是非常不利的，降低了潛艇的隱身性能。同時，對于長時間在艇上工作的艇員而言，液壓噪音的存在對艇員的身心健康也具有相應(yīng)影響。因此，如何降低潛艇操舵系統(tǒng)中的液壓工作噪聲，提高潛艇的隱蔽性，保障潛艇的生命力與戰(zhàn)斗力顯得尤為重要。

1 潛艇操舵系統(tǒng)的液壓脈動噪聲分析

以國產(chǎn)某型常規(guī)潛艇的操舵系統(tǒng)為研究對象，該操舵系統(tǒng)包含柱塞泵、液壓閥、液壓油箱、蓄能器等部件[2]。此系統(tǒng)工作時，此系統(tǒng)在液壓泵流量的作用下會產(chǎn)生以下三種脈動噪聲[3]。

1）固有脈動

2）回沖脈動

3）耦合脈動

2 潛艇操舵系統(tǒng)脈動理論分析及噪聲抑制方案

2.1 液壓泵輸出脈動

研究的模型中所采用的油泵柱塞數(shù)s=7，轉(zhuǎn)速為n=1 000～1 600rpm，額定轉(zhuǎn)速為e=1 250rpm，計算得到液壓操舵系統(tǒng)的三種不同脈動的相關(guān)頻率如表1所示。

表1　操舵系統(tǒng)液壓脈動頻率

2.2 蓄能器吸收壓力脈動時的動態(tài)分析

傳統(tǒng)操舵系統(tǒng)的蓄能器，由于其固定的活塞式結(jié)構(gòu)，使蓄能器的吸收流量脈動的能力較差[5]。因此，為了減少因流量脈動而產(chǎn)生的壓力脈動，降低流量脈動對液壓系統(tǒng)產(chǎn)生影響，液壓油出口使用蓄能器進(jìn)行壓力脈動的回收，減少其相應(yīng)的脈動噪聲。

因此，計算可得管路中液壓油流動方程:

蓄能器的流量方程：

2.3 消聲器吸收壓力脈動的動態(tài)分析

蓄能器吸收壓力脈動時的微分程與多孔同心式消聲器微分方程的建立過程大致相同。消聲器外腔壓力隨系統(tǒng)壓力振動微分方程為：

消聲器使得系統(tǒng)的壓力脈動噪聲下降的分貝數(shù)為：

3 脈動噪聲控制效果仿真

3.1 蓄能器抑制脈動噪聲效果仿真

當(dāng)流量脈動系數(shù)約為2.53%，液壓泵的柱塞數(shù)為7時，此時的流量脈動幅度為：

因此，無氣囊式蓄能器時，系統(tǒng)的壓力脈動：

從圖2可以看出，油泵出口加裝氣囊式蓄能器后：

通過上述三組數(shù)據(jù)對比分析可得：氣囊式蓄能器對三種回沖脈動降噪效果明顯，當(dāng)液壓泵轉(zhuǎn)速為1 000 rpm時，聲音降噪效果最為明顯。

原因分析：回流沖擊脈動頻率與蓄能器自身的原有頻率數(shù)值差異最小，仿真結(jié)果與理論分析穩(wěn)合。

3.2 消聲器抑制脈動噪聲效果仿真

從圖3數(shù)據(jù)可以看出，油泵出口加裝消聲器后，當(dāng)液壓泵轉(zhuǎn)速為1 600 rpm時：

當(dāng)液壓泵轉(zhuǎn)速為1250 rpm時：

當(dāng)液壓泵轉(zhuǎn)速為1000 rpm時：

通過上述仿真結(jié)果分析可得：

1）液壓泵轉(zhuǎn)速為1 600 rpm時的固有脈動噪聲抑制效果最優(yōu)，轉(zhuǎn)速為1 200 rpm時的耦合脈動噪聲抑制效果效果最差。

2）在液壓泵轉(zhuǎn)速固定時，固有脈動的降噪效果最佳，回沖脈動次之，耦合脈動的降噪效果相對較差。

原因分析：此時三種脈動的頻率遠(yuǎn)低于消聲器的固有頻率，因此高頻噪聲在此消聲器作用下削弱效果顯著，而低頻噪聲在此消聲器作用下削弱效果較差。

4 結(jié)束語

本文根據(jù)潛艇操舵系統(tǒng)液壓脈動噪聲特性進(jìn)行了相關(guān)分析，提出氣囊式蓄能器與消聲器兩種降噪方案，并進(jìn)行了理論仿真分析，通過分析得出兩種方案對于潛艇操舵系統(tǒng)液壓脈動噪聲具有相應(yīng)的抑制作用。同時根據(jù)不同的系統(tǒng)工況，得出兩種方案的降噪適用范圍，具備相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益與推廣價值。液壓系統(tǒng)噪聲類型眾多，還包括氣蝕噪聲、繞流噪聲和機(jī)械噪聲等，因此，要想全面抑制潛艇液壓系統(tǒng)噪聲，提高潛艇的隱蔽性，保障潛艇的生命力，仍需進(jìn)一步考慮多種噪聲源。

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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

汪新穎（1984-），男，在讀碩士，研究方向：潛艇作戰(zhàn)指揮。E-mail: 158008586@qq.com