简述：舰船辐射噪声源及其一般特性

2017-10-27 16:55| 发布者: weixin| 查看: 1120| 评论: 0|原作者: weixin|来自: 声振之家公众号

摘要: 关于舰船辐射噪声源及其一般特性

　　舰船辐射噪声源分为三大类：
　　机械噪声：
　　    · 主机：柴油机、主电动机、减速器
　　    · 辅机：发动机、泵、空调设备

　　螺旋桨噪声：
　　    · 螺旋桨空化
　　    · 螺旋桨叶片振动

　　水动力噪声：
　　    · 水流辐射噪声;
　　    · 空腔、板和附件的共振;
　　    · 支柱和附件的空化

　　机械噪声

　　机械噪声是航行或作业舰船上的各种机械的振动，通过船体向水中辐射而形成的噪声。

　　产生机理：
　　    · 不平衡的旋转部件(电机电枢等);
　　    · 重复的不连续性(齿轮、涡轮机叶片等);
　　    · 往复部件(汽缸的爆炸)——产生线谱噪声，其成分是振动基频及其谐波分量
　　    · 流体空化和湍流及排气(泵、管道、凝汽器等);
　　    · 机械摩擦(轴承等)——产生连续谱噪声。

　　结论：
　　舰船辐射噪声为强线谱加弱连续谱的迭加，与舰船航行状态及机械工作状态密切相关，一般较复杂、多变。机械噪声是舰船辐射噪声低频段主要成分。

　　螺旋桨噪声

　　螺旋桨噪声：螺旋桨空化噪声和螺旋桨叶片振动辐射噪声。

　　螺旋桨空化噪声：
　　螺旋桨旋转时，叶片尖上和表面上产生空化。

　　螺旋桨空化噪声是舰船辐射噪声高频段主要成分，且为连续谱，其典型频谱如下图。

　　频谱特点：在高频段，谱级随频率以6dB/Oct斜率下降;在低频段随频率增高而增高;谱峰(100Hz~1000Hz)随航速和深度而变化，当航速增加和深度变浅时，谱峰向低频移动。

　　原因：高航速和浅深度时，易产生空化气泡，产生低频噪声，使谱峰向低频端移动。

　　空化噪声产生条件：航速大于舰船临界航速。

　　螺旋桨空化噪声与航速关系：
　　    · 航速低于临界航速，空化噪声级很低(未发生空化);
　　    · 航速增大至临界航速，空化噪声级急剧增大(空化发生、发展);
　　    · 航速继续增大，空化噪声级基本趋于稳定(空化充分)。
　　    · 螺旋桨空化噪声与航深关系：
　　    · 航行深度增加，临界航速提高，空化噪声级增加。
　　    · 螺旋桨空化噪声还与其它因素有关，例如螺旋桨损坏、加速、转向等因素。
　　水面舰船的螺旋桨空化噪声—航速关系不是S形，关系复杂。

　　螺旋桨唱音：
　　螺旋桨唱音是螺旋桨叶片拍击、切割水流而引起的，也称为旋转噪声，它为线谱噪声分量。其频率：

　　n是螺旋桨叶片数;s是螺旋桨转速;m是谐波次数。

　　螺旋桨唱音是潜艇低频段(1~100Hz)噪声的主要成分。频谱特性是声纳识别目标和估计目标速度的依据。

　　水动力噪声

　　水动力噪声是由不规则的、起伏的海流流过运动船只表面而形成的，是水流动力作用于舰船的结果。产生机理：
　　    · 水流激励壳体振动或壳体上某些结构(叶片、空穴腔体等)共振;
　　    · 湍流附面层产生的流噪声(粘滞流体特性);
　　    · 航船拍浪声(船首、船尾)、船上循环系统进水口和排水口的辐射噪声。

　　根据布洛欣采夫理论，水动力噪声强度主要与航速有关：

　　k为常数，v是航速，n是与航船水下线形等因素有关的一个量。

　　一般情况，舰船水动力噪声小于机械噪声和螺旋桨噪声。

　　舰艇的辐射噪声主要噪声源是机械噪声和螺旋桨噪声，二者贡献的大小取决于频率、航速和航深。对于给定的航速和航深，存在一个临界频率，低于此频率时，谱的主要成分是机械和螺旋桨的线谱;高于此频率时，谱主要成分是螺旋桨空化的连续谱。

　　通常舰艇的临界频率为100Hz~1000Hz，取决于船的种类、航速和航深。鱼雷的临界频率比较高(机械速度高)。

　　舰船噪声控制方法

　　降低舰船噪声，一方面提高舰船自身的隐蔽性，另一方面提高舰载声纳的作用距离，从而可以提高舰船的对抗能力。

　　按照控制对象的不同，可分为：
　　 · 主动噪声控制——声源，是控制和降低舰船噪声最根本/最积极方法;措施——改进机械设计、采用合理的机械结构、改革工艺和操作方法、提高加工精度和装配质量等。
　　 · 被动噪声控制——传播途径，措施——采取阻尼、隔振或减振的办法、采取吸声结构、对螺旋桨噪声采用屏蔽罩等。

　　机械噪声的控制

　　常规舰艇的主要源：主机、辅机;

　　核动力潜艇的主要源：齿轮变速箱、循环水泵等。

　　控制措施：
　　    · 设计合理的机械结构;
　　    · 改善机械的工作状态;
　　    · 避免结构共振;
　　    · 完善机械制造工艺，提高加工精度;
　　    · 提高安装精度，严格操作规程，注意维护保养。

　　螺旋桨噪声的控制

　　控制螺旋桨空化最根本办法是避免或推迟空化现象。采取措施：
　　    · 采用正反螺旋桨，减小尾流的旋转，降低水动力噪声;
　　    · 增大螺旋桨盘面比，减小负荷强度;增大螺旋桨直径，减低螺旋桨转速，使负压区推迟出现或压差变小，推迟空化的产生;
　　    · 增加螺旋桨叶片数，使水趋于均匀，负压减小，推迟空化产生;
　　    · 螺旋桨叶片上大孔，改变螺旋桨的几何参数;
　　    · 使船尾有良好线型，可以改善叶片上的压力、速度分布，推迟空化产生。

　　控制螺旋桨唱音根本办法：
　　    · 增加桨叶阻尼，减小振动或改变螺旋桨的固有频率，避免共振;
　　    · 采用高阻尼合金材料制造螺旋桨，可以消除螺旋桨产生唱音。

　　水动力噪声的控制

　　控制水动力噪声的措施：
　　    · 改进舰船船体线型;保持水面舰船船体光滑，潜艇长宽比适当：7~8，艇外形呈水滴形、拉长水滴形;
　　    · 减少艇体上不必要的开孔和突出物;
　　    · 将艇体尾部与螺旋桨设计同轴的回转体，推迟空化产生。

　　为减小水动力噪声，一般声纳安装在流线型导流罩内，导流罩用橡胶制作，并用钢板加固。设计要求：透声性能要好，有足够机械强度，良好的流线型。

　　来源：节选自《水声学》水声工程学院声学教研室

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