1、西安航空职业学院毕业论文300 吨级高速巡逻艇舱室减振降噪设计姓 名： 专 业： 航空电子 班 级： 完成日期： 指导教师: 摘 要：本文介绍了 300t 级高速巡逻艇的减振降噪设计，应用基于统计能量分析方法的 VAONE 软件对舱室噪声进行预报，根据预报结果采取减振降噪改进措施，并通过实船噪声测量，验证了设计效果。关键词：高速巡逻艇；舱室噪声；噪声源；噪音控制1 引言减振降噪是船舶设计中需要考虑的重要问题，舱室噪声过高不仅影响人员的工作生活，而且还干扰命令的传递与接收，影响船舶作业能力的发挥。而中小型高速巡逻艇为了满足航速要求配置有大功率主机及高转速螺旋桨，以及为减轻重量船体结构刚度相对低速
2、船舶弱，导致振动噪声问题尤为突出。因此中小型高速巡逻艇需要特别重视减振降噪设计工作，在设计初始阶段，对减振降噪问题进行顶层规划，对舱室噪声进行预报和分析，采取控制措施，从而达到控制噪音的目的。2 船舶概况及减振降噪措施2.1 船舶概况及噪音控制目标300 吨级高速巡逻艇总长 55m，型宽 7.6m，排水量约 360t，钢铝混合结构，单层连续甲板，主甲板以上有两层甲板室，主甲板以下从后往前分别为舵机舱、机舱、办案室、15-6 号住室等，主甲板室从后往前分别为餐厅、风机室、5-1 号住室、医疗室、会议室，二层甲板室为驾驶室。该艇采用四机四桨推进，单台主机额定功率 2240kW，四机全速航行时航速
3、33kn。该艇主机总功率大，航速高，设备多，布置紧凑，噪声控制难度大。参照规范要求及实际操作可行性，提出该艇的噪音控制目标是：在全速航行时，驾驶室不超过 65dB，住室、会议室、餐厅、办案室和医疗室不超过 75dB。2.2 噪声源分析船舶上噪声主要是由噪声源通过船体结构和空气介质两种途径、以空气噪声和结构噪声两种方式传播所引起的。300t 级高速巡逻艇上的结构噪声源主要有主机、柴油发电机组、传动装置和各种油、水泵工作引起的船体结构振动；主要空气噪声源主要有主、辅机机体辐射噪声和进排气噪声、以及机舱风机和各种油水泵运转产生的空气噪声。另外，螺旋桨脉动、波浪冲击引起的水动力激励产生的结构振动噪声也
4、将对艇上的舱室噪声有较大的影响。根据噪声源设备的结构噪声级和空气噪声级，可初步判断其对艇噪音的影响。噪声源设备的结构噪声级和空气噪声级应由设备制造厂商提供或根据实测数据确定。在设备制造厂商没有提供或没有实测数据的情况下，可参照 SNAME 建议的计算公式进行估算。300t 级高速巡逻艇的主要噪音源设备有 4 台主机、4 台柴油发电机组、燃油输送泵、滑油泵、污油泵、舱底总用泵、消防总用泵、前后机舱风机、主甲板舱室风机、驾驶甲板舱室风机和螺旋桨。各主要噪音源设备的结构噪声级和空气噪声级结果，见表 1；各主要噪音源设备的结构噪声级和空气噪声级对比，见图 1 和图 2。表 1 300 吨级高速巡逻艇主
5、要噪声源的结构噪声级和空气噪声级结果 （单位：dB ）倍频程中心频率 (Hz) 31.5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000LW 93 100 108 107 107 112 114 109 103主机 La 107 112 118 123 128 134 136 134 129柴油发电机 LW 86 92 95 94 97 99 99 95 88La 103 108 114 119 124 130 132 130 125LW 90 90 91 91 92 94 91 88 83燃油输送泵、滑油泵、污油泵 La 63 71 84 82 86 87 83 87
6、86LW 102 102 103 103 104 106 103 100 95舱底总用泵、消防总用泵 La 70 78 91 89 93 94 90 94 93LW 84 84 90 99 95 93 90 85 81前后机舱风机 La 89 96 99 98 96 99 96 93 96主甲板舱室风机 LW 109 108 107 106 106 106 108 112 113驾驶甲板舱室风机 LW 71 74 75 79 84 86 90 94 101 螺旋桨 La 114 114 114 114 114 114 114 114 114注：L W 代表空气噪声源级，L a 代表结构噪声源级
7、。图 1 主要噪音源设备的结构噪声级 图 2 主要噪音源设备的空气噪声级2.3 采取的减振降噪措施减振降噪的途径主要有以下方面：第一，减少噪声源的辐射能量和能量传递；第二，采取有效措施吸收二次辐射噪声能量；第三，阻隔和控制噪声传播途径。通过对该艇的噪音源分析，其主要噪声源分布在机舱及其结构通风风道处、螺旋桨激振区和舱室风机区域。针对噪声源的初步分析结果，综合考虑总体技术方案要求，该艇在方案设计中就考虑了若干减振降噪措施。包括：（1）总布置方面对于需要噪音控制的舱室尽量布置在远离噪声源，如住室、会议室等尽量靠前布置；在主要噪声源区域与工作、生活区域之间设油水舱和其他舱室作为隔离舱，以减少振动直接
8、传递的影响；机舱的出入口和结构通风风道均设置在住室后壁之后；主辅机的排气尽量靠后，如图 3 所示。图 3-舱室布置示意图（2）结构设计方面进行结构优化设计，在满足强度要求的同时控制船体固有频率，避免产生共振；船体结构强度在满足设计要求的情况下，在强噪声源处局部增加板厚和结构强度，如减少艇尾舱室跨距，适当增加骨架密度；螺旋桨上方局部板厚和构架进行有利减少水激振力的调整等。（3）设备方面主、辅机排气管中设置有效的消音器；主机和柴油发电机组进行隔振处理：主机采用弹性基座安装，柴油发电机组采用减振器安装，通过增加弹性基座或减振器安装后，主机和柴油发电机的结构噪声级可有效降低，其余旋转机械的机座均衬减振
9、垫安装；选用低噪声风机，降低轴流风机的转速；对设置在生活舱室的空调提出了降噪要求；所有与管路连接的设备，加设挠性接管，部分振动较大设备基座安装也采取有效的减振措施。（4）螺旋桨方面为了减少螺旋桨脉动压力引起的艇尾结构振动，螺旋桨采用五叶桨，叶梢与船底的间隙大于 0.2 倍螺旋桨直径。（5）内装方面舱壁和船壳板进行隔声、隔振处理；在有关舱室壁板、壳板敷设厚度不同的绝缘材料；采取微孔天花板吸声处理；部分区域采取隔音玻璃和隔音门等。3 舱室噪声预报及改进措施3.1 舱室噪声预报采用统计能量分析软件 VAONE 对该艇进行了计算分析，在分析中将船体结构的外板、甲板和平台以及舱壁、舱壁阻尼材料等用板子系
10、统（Plate Subsystem，Ribbed plates & shells，General laminate）建模，舱室采用声腔子系统（Acoustic Cavity Subsystem）建模，铺板采用噪声控制处理（Noise Control Treatments）建模。船体结构的统计能量分析模型，如图 4 和图 5 所示。图 4：舱室声腔系统图 5：结构板子系统应用上述模型进行了舱室噪声计算预报，各舱室的总声压级预报结果，见表 2 的“首次预报值”数据。表 2 采取减振降噪控制措施前后噪声预报结果对比甲板 舱室控制限值dB（A）首次预报值dB（ A）首次预报超限值dB（A）采取措施后预
11、报值dB（A）采取措施后降低值dB（A）驾驶甲板 驾驶室 65 72.0 7.0 60.4 11.6会议室 75 77.3 2.3 70.8 6.5医务室 75 77.6 2.6 65.8 11.81 号住室 75 78.0 3.0 65.5 12.55 号住室 75 80.3 5.3 68.5 11.8主甲板首尾 餐厅 75 85.3 10.3 72.6 12.76 号住室 75 79.2 4.2 70.9 8.37 号住室 75 77.9 2.9 71.1 6.814 号住室 75 82.2 7.2 70.8 11.415 号住室 75 82.2 7.2 70.8 11.41 号办案室 7
12、5 84.6 9.6 72.5 12.1主甲板下首尾 2 号办案室 75 84.3 9.3 72.4 11.93.2 噪声控制措施及效果预估通过预报结果可看出，各舱室的噪声总声压级都超出限值要求，其中驾驶室、5 号住室、餐厅、14/15号住室、1/2 号办案室超出限制值较多。这些超限值较多的舱室都是与机舱或其它噪声源相邻近的，如 5 号住室紧邻机舱风道，14/15 号住室、1/2 号办案室靠近机舱，餐厅则是在机舱上方。在软件 VAONE 中，可根据相邻子系统对某一系统的能量贡献，找出相邻子系统中对特定舱室输入能量最多的子系统，从而找到减振降噪措施实施的主要对象。通过对多个舱室的输入能量分析，本
13、船的主要噪声源为主机和柴油发电机组。为此，采取两方面措施：一是降低主机和柴油发电机组的噪声等级；二是在噪声传播途径上采取阻隔措施。措施一：对柴油发电机的减振器进行优选，选取压缩量更大、垂向固有频率更小的减振器，通过计算传递效率，柴油发电机的结构噪声级可进一步减少，见表 3。表 3 柴油发电机减振器选优前后的结构噪声级 （单位：dB ）倍频程中心频率(Hz) 31.5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000无减振器 103 108 114 119 124 130 132 130 125厂家推荐减振器 95 100 106 111 116 122 124 122 11
14、7优选减振器 83 88 94 99 104 110 112 110 105措施二是在主机基座腹板、机舱前舱壁、机舱上方餐厅区域敷设约束阻尼涂料，该材料复合损耗因子0.160.38，材料比重：1.5g/cm3。对采取以上措施后的舱室噪声进行了计算预报，各舱室噪声均有不同程度的降低，见表 2 的“采取措施后预报值”和“采取措施后降低值”数据列，全部舱室的噪声级都低于噪声控制限值，满足设计要求。4 实船测试结果及分析该艇实船的约束阻尼涂料按照设计方案敷设，但柴油发电机的减振器由于设备供货原因，维持采用厂家原推荐的减振器。航行试验中对该艇舱室噪声进行了测量，典型工况的测量结果见表 4，各舱室噪声基本
15、满足设计控制要求。因柴油发电机维持厂家推荐的减振器，在软件中对该状态进行了计算预报。通过对比预报结果和实测结果发现，大部分舱室的偏差在2dB 以内，其中有驾驶室、主甲板下靠前的住室有相对明显的大于软件计算预报值。其中，对驾驶室能量输入进行分析可知，通过后壁、侧壁及甲板流入其的功率占主要部分，因此初步认为是结构噪声未有效减弱导致，该情况在类似的铝合金甲板室快艇上也时有出现。对于主甲板下靠前的住室，在 100%MCR(航速 33kn)工况中，可清楚听到波浪冲击船体的声音，随着速度降低，冲击的声音也相对减弱。通过 80%MCR(航速 24.5kn)工况的测试结果也看出，此时没有了靠前住室噪声偏大的情
16、况。此外，从预报软件上分析，VAONE 的环境边界条件就是将浸在水中的子系统与半无限域（水）相连，未考虑波浪冲击船体产生的影响。因此初步认为波浪冲击是该艇高速航行时主船体靠前的舱室的噪声测试结果偏大的原因之一。表 4 各舱室的航行试验测试结果甲板 舱室控制限值dB（A）100%MCR(航速 33kn)测试结果dB（A）减振器采用厂家推荐型号预报值预报与实测值偏差dB（A ）80%MCR(航速 24.5kn)测试结果dB（A ）驾驶甲板驾驶室 65 68.7 65.5 3.2 61.0会议室 75 71.5 71.8 -0.3 63.0医务室 75 68.7 69.8 -1.1 62.11 号住
17、室 75 68.9 69.5 -0.6 62.35 号住室 75 70.8 72.3 -1.5 67.3主甲板首尾 餐厅 75 76.0 74.8 1.2 72.46 号住室 75 74.1 71.6 2.5 63.07 号住室 75 75.8 71.7 4.1 63.014 号住室 75 72.1 73.3 -1.2 64.015 号住室 75 72.8 73.3 -0.5 67.01 号办案室 75 74.8 75.1 -0.3 70.0主甲板下首尾 2 号办案室 75 75.1 75.0 0.1 70.35 结论本文介绍了 300t 级高速巡逻艇的减振降噪设计，并应用 VAONE 软件对
18、舱室噪声进行模拟预报，根据预报结果采取针对性改进措施，并通过实船的测试，验证了设计指标。同时，也发现了高航速船舶，波浪对船壳的冲击也将影响相关舱室噪声水平，需在以后总布置和噪声控制中予以注意。控制振动噪音对中小型高速艇非常重要，特别对于客船、公务船应该特别重视，否则将对艇上工作、生活、人员健康产生影响。减振降噪设计工作要从综合角度考虑，从设计源头抓起。参考文献1 SNAME. Design guide for shipboard airborne noise control. Technical and research bulletin No. 3-37, 19832 SNAME. Supp
19、lement to the Design guide for shipboard airborne noise control. T&R 3-37 Supplement, 20013 Nilsson A. C., Noise prediction and prevention in ships. Ship vibration symposium, SNAME, 1978. 致 谢论文的写作过程确实是个艰苦的历程，但是自己还是尽力地投入到这项工作中去，不断地搜集资料，修改与整理论文，其中的艰辛可想而知。幸运的是，在论文的撰写过程中，我得到了导师的帮助，在此向他表示深深的感谢。导师总是及时、耐心地引导我该怎么样去写好论文并对论文提出了许多宝贵的意见，从导师那里学会的一种“严谨、认真、耐心”的学术态度让我终生受益。还有我的一些同学和朋友，帮忙提供了一些宝贵的资料，可以说，正是这些良师益友的帮助，才使我克服了论文写作过程中的种种困难，使我有信心完成。最后，我要衷心地对曾经给予我帮助的老师和所有朋友以及我的家人致以崇高的敬意和深深的感谢。
