船舶舱室振动噪声预报研究进展与趋势.pdf

72 CWT 中国水运 202308船舶舱室振动噪声预报研究进展与趋势邱鹏，李国诚（武警海警学院机电管理系,浙江 宁波 315801）摘要：船舶作为海上运输的主要工具，不仅要保证基本的航行性能、安全性能，也要兼顾船上工作人员的舒适性等，并随着船舶制造技术和时代的发展，人们对船舶的减振降噪的要求越来越高，因此有必要对船舶的振动噪声相关问题展开研究。论文主要分析了当前振动噪声的危害和来源，讨论了当前振动噪声的预报方法，总结了振动噪声的控制方法，预判了未来的发展趋势，以期为今后船舶的减振降噪的问题研究提供参考意见。关键词：振动噪声；船舶舱室；舒适性；减振降噪中图分类号：U661 文献标识码：A 文章编号：10067973（2023）08-0072-02DOI 编码：10.13646/ki.42-1395/u.2023.08.027随着现代生活水平的提高，人们对船舶的舒适性能的要求越来越高，并且能够采用相关技术和装备改善传统的船舶舱室振动噪声的弊端1。船舶舱室振动噪声的危害主要有以下几个方面：会对听力产生损伤。特别是机舱的工作人员，由于柴油机的高速旋转，会带来剧烈的振动噪声；会对交谈产生干扰。特别是船舶机舱噪声级要远大于语言声级时，带来很大的交谈困扰；会对居住性产生一定的干扰。在舱室休息的人员，会受到船舶航行时发出的振动噪声的影响，都会有睡眠质量差的困扰，影响次日的精神状态2；会对生理有一定的影响。振动噪声的长时间的刺激存在会让脑皮层的兴奋和抑制产生平衡的失调，带来的是条件反射的异常，人的脑血管功能也会紊乱，从而产生神经衰弱综合症等等，同时也会引起心率加快，血压升高等不良反应4；会对故障警报声带来误判。船舶的较大的振动会造成机器设备的共振等，进而引发精密仪器的损坏，同时振动噪声会掩盖机器故障的警报声，从而引发一些后续的安全事故等；会对船舶隐蔽性能有较大的影响。当前水下潜艇、潜航器、鱼雷以及军舰等，都对隐蔽性能要求较高，但是船舶振动噪声的影响一直没有得到本质改善，严重影响了军队作战能力和任务的执行等。由此可见，船舶的振动噪声会对船上人员、船舶本身以及任务执行等都会产生巨大的危害和影响，因此有必要对船舶振动噪声的相关问题展开研究。1 振动噪声来源当前，船舶的主要振动噪声主要归纳为以下几个来源：一是船舶推进系统带来的振动噪声，二是各类机器运转带来的噪声，三是水动力噪声以及电磁性噪声等。其中，推进系统的重点噪声是螺旋桨高速旋转时发出的噪声，机器运转噪声包括有柴油机、齿轮、轴承以及泵组等噪声，水动力噪声依据是否有结构振动区的存在，又分为流噪声和流激噪声，当船舶的航行速度达到一定值时，就会在船体局部表面附近发生空化现象，带来空泡的噪声。电磁噪声是指交变磁场的相互作用，产生周期性的交变力所引起的磁振动带来的噪声，如：变电器、发电机组等产生的噪声。柴油机和螺旋桨又是船舶振动噪声中占据比例最大的，柴油机运转时，会带来剧烈的自身振动和轴系的振动，并随着船用柴油机增压度的提高，所带来的噪声也是越来越大，同时高速船舶的螺旋桨也会随着转速的提高，引发较大的轴系振动噪声和水动力噪声3。2 预报方法（1）振动预报方法。在计算船舶振动时，要先预报船舶振动激励值，船舶振动激励值的预报方法主要有现场试验测量法、理论方法以及经验预报法等，其中现场试验测量法，能够测量结果可靠，但是试验成本高，操作步骤复杂，理论方法一方面忽略了粘性流的作用，另一方面又因为复杂的计算量不太适用于工程计算。基于经验公式的方法就显得十分便利，特别在螺旋桨的激励值预报中受到了广泛的青睐，在船舶的设计阶段，大部分是基于经验公式的方法开展激励的评估，该方法的特点是简单方便，效率高，评估精确度误差在工程要求范围之内。再通过有限元方法，借助 MSC.Patran 软件平台建立了船舶的有限元模型，输入激励值，在分别加载垂向与水平不同阶次的附连水以后，将系统质量阵与刚度阵提交至 Nastran 软件，采用 Lanczos 计算方法评估船舶的水平振动与垂向振动模态特性全船模型，展开船舶振动评估4。CWT 中国水运 202308 73（2）噪声预报方法。主要分为经验公式方法，有限元法，边界元法等以及现场测量方法等，其中经验公式法可参考船舶噪声控制5书中提及的方法，该类方法主要是针对某一类船舶而言具有一定的可靠性，对于结构复杂或者不常见类型船舶就缺乏预报准确度。目前，借助采用有限元法进行噪声预报比较常见，建立全船声学预报模型，输入噪声激励，确定 SEA 参数，借助 VA One 声学软件进行噪声评估，该方法能够较好地分析噪声场的分布，同时可进行优化设计。边界元法则是以有限元法为基础，通 Helmholtz 方程推算为边界积分方程而来。边界元法对有限元法的不足进行了妥善的处理，在计算船舶舱室噪声时所必需的工作量方面有了明显的减少，降低了成本。现场测量法可采用当下的声学探头将噪声进行现场测量6，通过信号转换器进行声量的收集和分析，该方法操作简单，测量结果也有一定的可靠性。3 控制措施船舶舱室振动噪声的控制方法种类较多，从控制舱室噪声的位置上可分为：振动噪声源控制、传播控制和接收控制等7。（1）振动噪声源控制。例如，在船舶详细设计时要避免共振现象，其次船舶机器振动带来的噪声影响较大，可在建造时添加缓冲基座、装置隔振器等，可在螺旋桨设计时也要充分考虑脉动压力、空泡等影响，可选择振动和噪声级较低的主机和辅机等，减少振动来源。（2）传播控制。实践中，通过一定的吸声材料进行噪声控制，在目前的船舶中，一般是采用多孔的吸声材料进行声音的传播控制，当下常用的材料为颗粒型，纤维型、泡沫型等，也可在气流通过的地区加装消声器等达到降噪的作用。（3）接收控制。噪声的接收者主要分为物和人，一般物可放在具有隔音效果的房间中，避免噪声冲击和振动带来的精密仪器设备的不可挽回的损坏等，人可采用耳塞或者防声头盔等屏蔽声音的输入8。4 未来趋势随着科技和装备的快速发展，当前对于船舶振动噪声的控制以及船舶隐蔽性的要求都能得到很大的改善。船舶柴油机和螺旋桨运转带来的舱室噪声还是主要来源，占据了很大的比例，无轴集成电机推进系统的出现，较好地避免了传统的振动噪声的出现和发展，并且已经成功应用在了现代船舶推进中，该推进系统中无轴推进的设计将电流驱动取代了轴系系统带来的振动，用电力推进替换了传统的柴油机动力系统，在船舶隐蔽性以及居住性能的改善方面都取得了一定的成就，并且该无轴集成电机推进系统已经引起了国内外众多学者的研究兴趣，也成功研制了一些样机，随着今后科技的进步，会得到更充沛的发展，并有效改善现有的船舶噪声的弊端和危害9。5 总结船舶舱室振动与噪声对于船体结构安全、舱室舒适性能、设备使用性能以及隐蔽性能都有一定的影响和危害。论文总结了振动噪声的危害、来源、预报方法以及相关的控制措施，并讨论了船舶振动噪声的后续绿色健康发展的趋势，所作船舶振动噪声领域的深入研究具有十分重要的意义。参考文献：1 李丹.船舶舱室噪声预示的统计能量分析研究 D.大连理工大学,2003.2 姚熊亮,张阿漫.船体振动与噪声 M.国防工业出版社,2010.3 郭志强.船舶舱室噪声的预报及控制 J.船舶物资与市场,2020,(10):51-52.4 郑所林.船舶噪声对船员听力的影响 J.中华航海医学与高气压医学杂志,2003.5 彼得森,J.W.E,斯托姆,等.船舶噪声控制 M.国防工业出版社,1983.6 胡鹏涛,张博.船舶振动噪声源传递路径分析及试验验证 J.中国科技纵横,2017(19):2.7 赵志勇,张福全.船舶轮机振动噪音控制分析 J.2020.8张堂德,叶兰.船舶噪声防护技术及其应用价值探析J.科技创新与应用,2015(23):2.9 邱鹏,郑高.轮缘驱动推进器的研究与应用现状 J.广东造船,2019,38(2):3.