周 炎，李國剛，童宗鵬

（711研究所，上海 200090）

0 引 言

船舶主要有三大噪聲源：機械噪聲、水動力噪聲和螺旋槳噪聲，其中由動力裝置引起的機械噪聲是影響船舶舒適度、船舶電子設(shè)備可靠性、船員工作環(huán)境的最主要噪聲源，水動力噪聲和螺旋槳噪聲的影響相對較弱；機械噪聲也是船舶水下輻射噪聲的主要噪聲源。除了海軍艦船，一些特殊船舶如科考船、物探船等特種工程船舶，常配備大量測量儀器，對振動噪聲信號敏感，船上科研人員眾多，舒適性要求較高，更有豪華郵輪、高檔車客渡輪等船舶對舒適度的高要求，都需要低噪聲環(huán)境。為了保護船員及旅客健康和營造舒適的工作、休息的艙室環(huán)境，近年來，各國船東對船舶的舒適性要求愈來愈高，世界各船級社也制定了船上振動噪聲舒適性評價指標[1]。

多年來，低噪聲設(shè)計在人們思想意識里通常是依托于設(shè)備的輔助專業(yè)，船舶低噪聲設(shè)計缺乏頂層設(shè)計，設(shè)計技術(shù)局限性主要表現(xiàn)在：

1)缺乏振動噪聲指標與船舶性能指標之間的匹配性設(shè)計技術(shù)，難以把振動噪聲作為主要指標貫穿于船舶設(shè)計的整個流程；

2)通常采用局部聲學(xué)治理，哪里超標哪里治理，忽視船舶低噪聲設(shè)計是一個系統(tǒng)控制工程，缺少對整個系統(tǒng)進行全面而又細致入微的工作，無法改善總體聲學(xué)指標；

3)船舶低噪聲設(shè)計規(guī)范缺失，船舶低噪聲指標落后；

4)船舶低噪聲設(shè)計方法陳舊，往往憑經(jīng)驗進行近似設(shè)計，很少在船舶開發(fā)階段進行聲學(xué)預(yù)測設(shè)計。

本文提出的船舶低噪聲設(shè)計技術(shù)是一項綜合設(shè)計技術(shù)。該項技術(shù)主要從降低動力裝置噪聲源、切斷聲傳遞路徑和目標場噪聲處理3個技術(shù)途徑出發(fā)，應(yīng)用現(xiàn)代仿真技術(shù)和試驗技術(shù)，并與船舶的設(shè)計、建造、試驗的整個過程緊密結(jié)合，建立船舶振動噪聲預(yù)估、指標分配、控制方案、評估、實施和測試一整套船舶低噪聲設(shè)計流程，顯著改善船舶的低噪聲性能。

1 船舶低噪聲設(shè)計方法

1.1 總體思路

船舶低噪聲設(shè)計的原則是：源頭控制、傳遞途徑控制、目標場控制。因此，首先需要進行全船的振動噪聲源分析、目標場分析，明確全船所有振動噪聲源，分析每一個聲源的特性、安裝位置、振動噪聲的水平。同時，也必須明確有振動噪聲指標要求的目標場。

船舶低噪聲設(shè)計必須與船舶設(shè)計、建造和試驗三個階段緊密結(jié)合。其中，設(shè)計階段的主要任務(wù)是總體指標、指標分解、布置、結(jié)構(gòu)、設(shè)備選型、設(shè)備振動噪聲指標確定、全船噪聲指標控制及平衡等；建造階段的主要任務(wù)是確保結(jié)構(gòu)建造中的聲學(xué)特性要求、裝船設(shè)備的振動噪聲指標驗收、設(shè)計中減振降噪技術(shù)措施的落實、基座減振處理、艙室降噪施工、管路減振降噪施工、局部減振降噪指標的試驗、減振降噪整改等；試驗階段的主要任務(wù)是完成船舶低噪聲設(shè)計指標的驗收、后續(xù)船舶低噪聲改進設(shè)計建議等。技術(shù)難點在于低噪聲船舶指標制定、船舶振動噪聲評估和控制，當船舶低噪聲指標和控制方案確定后，就可以制定全船振動噪聲控制大綱，并向船東提交。論文將重點闡述低噪聲船舶指標制定、船舶振動噪聲評估、動力裝置振動噪聲控制和艙室噪聲治理等方法。

1.2 低噪聲船舶指標制定方法

船舶低噪聲指標制定方法的關(guān)鍵在于其制定原則，制定原則主要有：

1)滿足標準規(guī)范要求，與國際先進水平接軌；

2)滿足旅客舒適性需要，控制旅客艙室、休息室、甲板開放空間等的振動噪聲指標；

3)滿足船員工作和生活需要，控制機艙、控制室、駕駛室、工作間等工作與休息艙室的振動噪聲指標；

4)滿足船舶對振動噪聲的特殊需要，如水下輻射噪聲的控制、電子設(shè)備振動噪聲環(huán)境需求；

5)考慮船東的要求；

6)擬采取的減振降噪技術(shù)的經(jīng)濟性和實施的可行性。

因此，要提高我國船舶低噪聲設(shè)計技術(shù)，首先必須掌握國內(nèi)外標準要求。目前國內(nèi)船舶低噪聲設(shè)計可參考的標準為GB5979《海洋船舶噪聲級規(guī)定》和GB 7452《機械振動 客船和商船適居性 振動測量、報告和評價標準》，其中，GB5979《海洋船舶噪聲級規(guī)定》制定的年代已較久遠，指標如表1所示；表2列出的GB 7452振動指標已與國際一般指標要求接軌，與ISO6954∶2000及ABS規(guī)范一致。國際上，大部分發(fā)達國家對船舶艙室噪聲控制較為嚴格，國外最新標準基本反映了船舶低噪聲技術(shù)的先進性，如ABS、DNV等制定的規(guī)范，特別是DNV規(guī)范對船舶振動噪聲舒適度設(shè)定了分級要求，如表1和表2所示，其中1級為最高舒適度等級，3級為可以接受的舒適度等級。對比國內(nèi)外標準和規(guī)范要求，國內(nèi)船舶低噪聲設(shè)計指標（尤其是艙室空氣噪聲指標）遠遠落后于國外先進指標，大部分目標區(qū)域的振動噪聲指標達不到DNV的3級舒適度要求。對于科學(xué)考察船、豪華郵輪、高檔車客渡等船，國內(nèi)標準規(guī)定的指標已難以滿足2)～5)項要求。因此，必須綜合考慮1)～6)項要求，制定我國船舶低噪聲設(shè)計指標。

表1 船舶艙室空氣噪聲限值* dB(A)

表2 振動限值* mm/s

1.3 船舶振動噪聲評估方法

船舶振動噪聲評估包括：全船模態(tài)計算、振動響應(yīng)計算、艙室噪聲計算，并從振動噪聲方面對船體結(jié)構(gòu)設(shè)計提出改進措施，為船體結(jié)構(gòu)設(shè)計和全船振動噪聲控制提供依據(jù)。目前，國內(nèi)外最常用的船舶振動噪聲評估方法主要是基于數(shù)值計算的有限元法[6,7]、邊界元法和統(tǒng)計能量法。在建立動力裝置及船體結(jié)構(gòu)詳細模型的基礎(chǔ)上，采用數(shù)值計算方法進行機械噪聲預(yù)報和減振降噪措施性能評估，具有較高的準確性。

1.4 動力裝置振動噪聲控制方法

根據(jù)振動和噪聲源分析，針對不同振級和噪聲級的設(shè)備，需要采取不同的減振降噪措施，該措施主要包括兩方面內(nèi)容，一是總體的布置位置，在設(shè)備布置時需要充分考慮振動噪聲源與目標場的距離和中間隔離物的布置，充分利用結(jié)構(gòu)和物理隔斷的優(yōu)勢，減少振動和噪聲能量的傳遞；二是對振動噪聲指標較高、且在現(xiàn)有布置位置條件下不能滿足要求的設(shè)備，采取必要的減振降噪措施。在隔振裝置方面，有單層、雙層或多層隔振裝置，有各式各樣的浮筏減振裝置；在噪聲控制方面，可以采用隔聲罩和進、排氣消聲器，如柴油機進排氣消聲器，風機進氣消聲器；隨著動力裝置的模塊化發(fā)展，柴油機和電站等動力裝置可采用箱裝體技術(shù)；管路進出口間加撓性接管，隔離振動噪聲傳遞。該工作的前提條件是需要對現(xiàn)有位置布置的設(shè)備傳遞特性進行必要的評估，不能僅僅基于設(shè)備本身的振動噪聲指標的高低和絕對值的大小。

1.5 艙室噪聲治理方法

艙室噪聲控制主要采用全浮式艙室降噪結(jié)構(gòu)，所有噪聲控制層與艙壁之間采用隔振器連接構(gòu)成彈性聲橋。艙室圍壁根據(jù)隔聲要求不同，采用加裝阻尼層、吸聲層、空氣層和隔聲層等措施，天花板采用輕質(zhì)吸聲層和隔聲層吊頂，地板采用在鋪設(shè)甲板敷料層上再鋪設(shè)浮動地板層構(gòu)成，同時對所有進行噪聲治理艙室艙門加裝隔聲門，防止壁面小縫隙造成大量聲泄漏情況的發(fā)生。不同的艙壁噪聲治理措施如下：

1)直射聲艙壁。直射聲艙壁是指與主要噪聲源－主機艙相鄰的艙壁。直射聲艙壁具體聲學(xué)處理方法包括阻尼層、吸聲層、空氣層和隔聲層等措施。

2)非直射聲艙壁。除與主機艙相鄰的艙壁以外的艙壁為非直射聲艙壁。非直射聲艙壁的聲學(xué)處理方法包括布置吸聲層、空氣層和隔聲層等措施。

3)艙室天花板。艙室天花板的聲學(xué)處理方法包括吸聲層、空氣層和隔聲層等措施。由于吊頂?shù)奶厥庑院图钤肼曄鄬ε摫谝?，故各聲學(xué)處理層與艙壁處理時有所不同。

4)艙室地板。對于噪聲指標要求高的艙室，以及主機艙上層甲板的艙室地板，應(yīng)隔絕1次和2次激勵噪聲，聲學(xué)處理方法包括布置甲板敷料層，并在其上面鋪設(shè)浮動地板層。

5)隔聲門和隔聲窗。進行噪聲控制隔聲門，特別是集控室與機艙的進出門，隔聲量在 30dB(A)以上，必要時這些艙室窗戶也應(yīng)該選用隔聲窗，以避免部分艙壁的聲泄漏引起隔聲量大幅度下降。

2 船舶低噪聲設(shè)計技術(shù)應(yīng)用案例

圖 1所示是我國自行研制的新一代低噪聲船舶，主要用于海洋水下聲學(xué)研究和試驗考察，該船采用全電力推進、動力定位等先進技術(shù)。由于該船安裝了大量高精尖試驗和探測設(shè)備，要求全船的振動噪聲水平低，以避免對試驗和探測設(shè)備的干擾；同時，也要求最大限度地減小船體結(jié)構(gòu)噪聲輻射，減小船自噪聲對測量區(qū)域被探測目標的影響；另外，提高全船的舒適性，減輕動力設(shè)備產(chǎn)生的振動噪聲對船上作業(yè)的科學(xué)家和研究人員身體、心理、情緒的影響。

圖1 某新型低噪聲船舶

表4 某新型低噪聲船舶艙室空氣噪聲測試結(jié)果 dB（A）

采用以上建立的船舶低噪聲設(shè)計方法，從總體上統(tǒng)籌兼顧，在設(shè)計、設(shè)備選型、建造、試驗檢驗等各個環(huán)節(jié)把握關(guān)鍵的振動噪聲控制點，在經(jīng)濟、高效的前提下取得良好的效果。表3給出了綜合某型船舶低噪聲設(shè)計采用的方法和制定的技術(shù)指標，表4給出了船舶低噪聲設(shè)計后主要艙室的噪聲實測值。由實船測試結(jié)果可見，船舶低噪聲設(shè)計后主要艙室的噪聲滿足技術(shù)指標的要求，達到了DNV 3級以上舒適度的要求。實測結(jié)果驗證了船舶低噪聲設(shè)計方法的正確、可靠和規(guī)范，并且具有較好的經(jīng)濟性。

3 結(jié) 論

1)建立一套低噪聲船舶的設(shè)計流程，重點研究了聲學(xué)指標制定、振動噪聲評估、動力裝置振動噪聲控制、典型艙室噪聲治理等關(guān)鍵技術(shù)，并在某新型船舶上進行了船舶低噪聲設(shè)計技術(shù)應(yīng)用研究，通過了試驗驗證，取得了一些研究成果，為后續(xù)的深入研究奠定了基礎(chǔ)。

2)目前，大部分研究工作還處于起步階段，后續(xù)將通過“粵海鐵”、“深海物探船”、“5萬t半潛船”等不同低噪聲船舶的設(shè)計研究、建立我國船舶低噪聲設(shè)計規(guī)范。

[1]周 炎. 動力裝置振動噪聲控制技術(shù)概述[A]. 中國科協(xié)2000年會.

[2]GB5979-86，海洋船舶噪聲級規(guī)定[S]. 1986.

[3]DNV. Rules for classification of ships[S].

[4]GB 7452-2007，機械振動 客船和商船適居性 振動測量、報告和評價標準[S].

[5]ABS. Guidance notes on ship vibration[S].

[6]吳嘉蒙. 2750TEU集裝箱船的全船總振動評估[J]. 船舶, 2008,(2).

[7]中國船級社. 船上振動控制指南[M]. 北京：人民交通出版社，2000.