肘形挠性接管冲击特性试验研究

    为了降低潜艇的振动噪声传递和提高管路系统的抗冲击性能,挠性接管在潜艇管路系统中得到了大量应用,普通挠性接管只能在两个横向实现位移补偿功能,虽然可以用90b金属弯管与圆柱挠性接管的组合体实现三向大位移补偿[1],但组合件尺寸大,重量增加,在艇内狭小的空间中难以安装,且增加制造成本。肘形挠性接管作为一种新型的管路挠性元件,承压高、位移补偿能力好,可以在三个方向上有大位移补偿功能,满足狭小空间的安装要求,能够在舰艇、潜艇管路布置空间有限的情况下解决管路系统隔振、抗冲的大位移补偿问题[2, 3]。

    目前,对挠性接管的选用主要基于管径、压力等使用要求,而对其位移补偿能力及其在各种使用条件下的动态特性尚缺乏必要的研究,这些动态特性包括:与其振动、声传递性能有关的机械阻抗和声阻抗特性[4, 5];不同工作压力和初始位移下的冲击刚度与阻尼特性等。

    由于肘形挠性接管结构和材料的复杂性,很难通过理论的方法得到肘形挠性接管的冲击特性,因此只能通过试验获得。冲击试验中常见的冲击激励有落锤冲击和炮弹冲击[6, 7],但是这样的冲击激励更适用于单轴隔振器的冲击试验。若将其应用于肘形管的冲击试验中,冲击力轻了达不到要求的冲击位移,冲击力重了容易造成管体失稳,影响试验效果。本文针对肘形挠性接管冲击刚度的描述与测试方法进行了初步研究,提出了采用阶跃松弛释放法测量肘形挠性接管冲击刚度和阻尼,并从被测试件对应工况时机械阻抗测试参数中获取了肘形挠性接管的端部等效质量,用于冲击刚度的计算,提高了精度。

    1 试验装置

    肘形挠性接管呈90b弯曲几何形状,可实现三个自由度方向上的位移补偿,肘形挠性接管包括两部分:肘形挠性软管和扣压接头。前者主要由橡胶材料和帘线-橡胶复合材料构成,后者主要为金属结构,真正对管路起抗冲击和减振降噪作用的是肘形挠性软管部分。

    肘形挠性接管不同于一般的直管段,其输入输出两端口轴线不在一条直线上,为了便于定义肘形管不同方向的冲击特性,将肘形管短的一端定义为1端,长的一端定义为2端,并定义1端的轴线方向为y轴,与y轴垂直并与2端轴线平行的方向定义为x轴,符合右手法则的另一正交坐标轴为z轴,2端在1端定义的局部坐标系内,图1给出了肘形管结构及其局部坐标系示意图。

    由于肘形挠性接管两端不对称,故肘形管两端三个方向上的冲击特性各不同。本文根据肘形挠性接管的特殊结构形式,将两根完全相同的肘形挠性接管的一端通过中间过渡法兰对称或反对称刚性连接在一起,另外一端通过密封法兰刚性连接在刚性平台上,然后,利用挂钩和吊环对中间过渡法兰进行拉高,在所需位置释放,采用阶跃松弛激励的方法测量其冲击特性,用加速度计测量中间法兰处的垂向加速度。图2~图7给出了肘形挠性接管不同坐标方向冲击特性测试的实验装置安装布置示意图。