柴 凱，豐少偉，蔡敬標

(1.海軍工程大學 艦船與海洋學院，湖北 武漢 430033；2.海軍研究院，北京 100161)

船舶聲隱身性能直接影響其生存和作戰(zhàn)能力，具有隱蔽自己和先敵發(fā)現(xiàn)的雙重戰(zhàn)術意義。某船在設計和建造時，就非常重視聲隱身性能的控制，匠心獨具，效果顯著[1]。該船不僅大量采用隔振元件、大面積敷設黏彈性阻尼材料、大范圍使用動力吸振器，就連所有管路、通海閥箱等裝置或結(jié)構(gòu)都無處不體現(xiàn)著聲學設計的思想。然而，其對于船舶振動噪聲控制的維修保障重視程度還不夠，很多技術責任單位對于為何要控制、控制什么、如何控制都還缺乏認識，大都僅局限于對隔振器、撓性接管和黏彈性材料進行更換等。沒有依據(jù)減振降噪特點，系統(tǒng)考慮船舶修理減振降噪要求，維修保障控制范圍窄、深度不夠；同時，由于缺乏相應聲學性能方面的技術標準、操作規(guī)程、驗收指標以及管理規(guī)定，船舶在修理后，其隱身性能是否保持、是否得到恢復無法判斷，甚至出現(xiàn)隱身性能越修越差的現(xiàn)象。

為確保船舶修理后的總體振動噪聲性能指標不低于修理前的水平，必須結(jié)合等級修理從總體、系統(tǒng)和元器件3個層次對其振動噪聲控制技術進行全面而深入的剖析，開展減振降噪設施的維修管理和保障研究，解決減振降噪設施的修理及振動噪聲控制等問題，恢復并保持船舶振動噪聲性能。

1 振動噪聲控制的基本情況

該船的減振降噪系統(tǒng)對總體水下噪聲級、噪聲源的控制，動力系統(tǒng)及其輔助裝置振動，空氣噪聲和導流罩設計等均提出了明確要求[2]。其中，動力系統(tǒng)及其輔助裝置振動的控制措施如下。

1)使用大量的隔振器，以隔離機械振動向基座的傳遞。全船的專用型隔振器有錐形橡膠隔振器、圓柱形橡膠隔振器、雙V形橡膠隔振器、剪切型橡膠隔振器、圓筒形氣囊隔振器等，使用的通用型隔振器更是不計其數(shù)。

2)在液壓系統(tǒng)、疏水系統(tǒng)、輔冷系統(tǒng)、集中潤滑系統(tǒng)和高壓空氣系統(tǒng)等管路系統(tǒng)中，均安裝有撓性接管，實現(xiàn)管路的彈性連接，補償系統(tǒng)和連接設備在受到?jīng)_擊時產(chǎn)生的位移，消減管內(nèi)流體壓力脈動，減小結(jié)構(gòu)噪聲沿管路的傳遞。

3)在主減速齒輪箱和主推力軸承之間采用隔音聯(lián)軸器，補償主汽輪機和主減速齒輪箱單層隔振系統(tǒng)輸出軸與推力軸承輸入軸系之間的相對徑向位移，并可隔離扭轉(zhuǎn)振動。

4)將軸系進行優(yōu)化，將原動機和齒輪箱安裝在一個公共筏架上，然后進行隔振，大大降低了主動力裝置振動向船體的傳遞。

5)在電機、泵等振動特征頻率明顯的設備上安裝動力吸振器，吸收系統(tǒng)特征頻率下的振動能量，從而達到抑制低頻線譜的目的。這是對隔振器缺乏線譜隔離能力的重要補充。

6)在主要振動機器的安裝基座上敷設吸振覆蓋層，吸收了大量的振動能量，有效控制了機械噪聲源產(chǎn)生的振動能量向其它結(jié)構(gòu)傳遞。

2 目前減振降噪設施存在的問題

該船具體減振降噪設施包括隔振器、撓性接管、聲學覆蓋層和動力吸振器4種類型元器件[3]。經(jīng)調(diào)研統(tǒng)計，該船很多減振降噪設施的性能已下降，有的甚至失去了功效，主要問題列舉如下。

1)橡膠隔振器中的橡膠部件不斷受到氧氣和油水的侵蝕，逐漸老化變硬，雖然表面上看不出破損，但性能已經(jīng)大大下降，部分隔振器甚至已撕裂，嚴重影響了隔振性能。

2)黏彈性阻尼材料大都敷設在振動劇烈、工作環(huán)境比較惡劣的部位，目前大部分已接近使用年限，出現(xiàn)了功能退化、開裂、破損等情況；此外，在對船體結(jié)構(gòu)、動力系統(tǒng)等部位進行修理時，部分黏彈性阻尼材料不可避免地會遭到破壞。

3)在對電機、泵進行修理過程中，經(jīng)常會拆卸部分動力吸振器，由于其外形相似，容易出現(xiàn)不同型號的動力吸振器混裝的情況，且吸振頻率未進行調(diào)節(jié)，這不僅會導致設備振動加大，而且還會使輻射水聲中的線譜成分更加明顯；另外，動力吸振器的彈簧也存在老化現(xiàn)象，這會導致彈性系數(shù)的變化，從而影響其吸振性能。

4)在液壓系統(tǒng)、疏水系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、消防系統(tǒng)和高壓空氣系統(tǒng)等管路系統(tǒng)中均安裝有撓性接管，由于其老化和結(jié)構(gòu)的破壞，目前很多撓性接管的位移補償功能已經(jīng)下降，對沖擊和振動的隔離能力也會隨之下降。

5)相關技術保障單位除對隔振器有一定的技術積累之外，嚴重缺乏其它減振降噪設施的結(jié)構(gòu)組成、設計原理、技術參數(shù)、性能特點等聲學數(shù)據(jù)，且大部分減振降噪設施的修理尚未開展，相關的技術要求和工藝方法還未掌握，對該船修理聲學狀態(tài)的變化控制尚存在一定困難。

根據(jù)相關減振降噪元器件的修理技術要求，隔振器、黏彈性阻尼材料、撓性接管、動力吸振器等在船舶中修時必須全部恢復其聲學性能。因此，該船中修中減振降噪設施的修理問題已經(jīng)日益突出。需通過研究，解決以下問題：一是修理范圍，即應該對哪些系統(tǒng)、設備或元器件進行修理；二是考核依據(jù)，即通過修理達到什么樣的效果才算合格。

3 振動噪聲測試

對該船主要機械設備的振動、從設備傳遞至基座的振動、隔振裝置隔振效果和軸系振動等進行測試，建立相應的聲學數(shù)據(jù)庫，跟蹤掌握該船的振動聲學狀態(tài)，從而為修理提供必要的數(shù)據(jù)支持。

3.1 測試內(nèi)容

該船主要測量機械設備及其隔振裝置的振動加速度和振動烈度。具體被測物理量及范圍包括：振動加速度，10～8 000 Hz；對轉(zhuǎn)速低于600 r/min的機組，分析帶寬可取2～4 000 Hz；振動速度，10～1 000 Hz；對轉(zhuǎn)速低于600 r/min的機組，分析帶寬可取2～1 000 Hz。

還應測量該船軸系的振動加速度、軸心軌跡和軸功率。具體被測物理量及范圍包括：振動加速度，10～8 000 Hz；振動位移2～400 Hz。

3.2 測試數(shù)據(jù)分析

對機械設備、筏架、基座、管路和軸系振動加速度測試數(shù)據(jù)進行以下分析：①振動加速度1/3倍頻程譜(10～10 000 Hz)；②振動加速度級總級(10～10 000 Hz)；③振動加速度傅里葉變換(FFT)譜頻(10～1 000 Hz)；④振動加速度頻帶有效值(10～1 000 Hz)；⑤隔振裝置、撓性接管的隔振效果計算。

對設備振動速度數(shù)據(jù)進行以下分析：①振動速度FFT頻譜(10～1 000 Hz)；②被測設備的振動烈度。

4 振動噪聲控制

為了對該船的振動噪聲水平進行有效控制，確保修理后總體振動噪聲性能指標不低于修理前的水平，可從以下幾方面開展工作。

4.1 振動噪聲控制大綱的制定

通過制訂該船修理振動噪聲控制大綱，從頂層角度規(guī)劃修理過程中振動噪聲控制的執(zhí)行規(guī)范、采取的技術途徑、實施方案和步驟等，并以此大綱作為依據(jù)，來指導該船等級修理振動噪聲控制的設計、施工和檢驗。編制的“振動噪聲控制大綱”，主要包括以下內(nèi)容。

1)動力設備振動噪聲控制。對改換裝設備及修理工程范圍內(nèi)的設備提出振動噪聲控制指標要求，并滿足相應的國軍標要求。

2)艙室空氣噪聲的控制。對某一航速下，各艙室的空氣噪聲水平提出要求。

3)橡膠隔振元器件的控制。更換的橡膠隔振元器件必須與原用隔振元器件在固有頻率、隔振效果等隔振性能指標上相當，并對其接口關系、在鹽霧、溫度等方面提出要求。

4)動力吸振器的控制。對更換的動力吸振器的吸振頻率、吸振效果等性能指標提出要求。

5)黏彈性聲學材料的控制。對更換的黏彈性聲學材料的結(jié)構(gòu)、固有頻率、隔聲、抑振、鹽霧、溫度等方面提出要求。

6)撓性接管的控制。對更換的撓性接管的結(jié)構(gòu)、材料特性、固有頻率、隔振、偏移補償?shù)刃阅芴岢鲆螅⒁?guī)定應與所屬系統(tǒng)一起進行密性試驗，保證接管接頭處無泄漏。

7)修理低噪聲施工工藝控制。編寫設備安裝過程中涉及管路、馬腳、隔振裝置、隔振元器件等低噪聲安裝的施工工藝指導性文件。

4.2 減振降噪元器件技術要求的編制

為規(guī)范該船減振降噪元器件的型號組成、特性、材料等技術參數(shù)以及試驗與檢驗、質(zhì)量保證、安裝與使用等要求，必須制定嚴格的“減振降噪元器件技術要求”，從而有效控制備件的研制及換裝工程的質(zhì)量[4]。編制的“減振降噪元器件技術要求”主要包括以下內(nèi)容。

1)橡膠隔振器元件技術要求。對其尺寸、重量、額定載荷，額定載荷作用下靜變形、靜剛度、動剛度以及與額定承載質(zhì)量組成的系統(tǒng)在垂直方向的自由振動頻率等參數(shù)提出要求，對其試驗與檢驗方法進行規(guī)定。

2)撓性接管技術要求。對其結(jié)構(gòu)、材料特性、固有頻率、隔振、偏移補償、抗沖擊位移等性能提出要求。

3)動力吸振器技術要求。對其體積、重量、尺寸、接口關系、減振效果以及工作條件等性能指標提出要求。

4)黏彈性阻尼材料技術要求。對其結(jié)構(gòu)、尺寸、聲學性能、物理機械性能、環(huán)境適應性能、粘貼性能、毒性及使用壽命等指標提出要求。

4.3 減振降噪設施修理原則工藝的編制

對該船減振降噪系統(tǒng)的關鍵修理技術進行研究，并針對相關設備、結(jié)構(gòu)或元器件編制相應的修理原則工藝，以此作為修理廠制訂修理施工工藝和作業(yè)指導書的依據(jù)，指導現(xiàn)場維修工作。編制的“減振降噪修理原則工藝”主要包括以下內(nèi)容。

1)隔振器修理原則工藝。對重點設備隔振裝置拆卸、修理以及恢復安裝等各項步驟的技術要求，以及需用到的專用工具、檢驗儀表及特制工裝提出要求。

2)撓性接管修理原則工藝。對該船撓性接管的拆卸、修理以及恢復安裝等各項步驟的技術要求，以及需用到的專用工具、檢驗儀表及特制工裝提出要求。

3)動力吸振器修理原則工藝。對該船吸振器的拆除、安裝與調(diào)試步驟及工藝流程提出要求。

4)黏彈性阻尼材料修理原則工藝。對該船黏彈性阻尼材料的入廠檢驗、敷設工藝、施工條件、敷設后的檢驗方法提出要求。

4.4 修理人員的培訓

通過對減振降噪系統(tǒng)維修保障技術的深入研究，組織編制技術隊伍建設所需的培訓教材，包括水面船舶修理振動噪聲控制培訓手冊、維修施工人員責任說明書、施工項目驗收細則、總體責任單位抽檢檢驗細則、不合格項目整改實施細則等文件。

對相關維修保障人員進行培訓，培訓內(nèi)容包括振動噪聲基本理論知識、該船減振降噪措施應用情況，并介紹隔振器、管路系統(tǒng)振動噪聲控制、螺旋槳修理的振動噪聲控制、阻尼降噪技術、維修工藝與船舶聲隱身的關系以及船舶振動噪聲測量技術，使相關維修保障人員在裝備維修保障過程中建立起自覺維護船舶聲隱身性能的意識，了解修理中的聲學控制措施和要點，避免修理工作中的失誤。

5 振動噪聲控制評價

制定該船修理前后振動噪聲評估方法，以及修理過程中的聲學檢查細則，為相關系統(tǒng)、設備以及元器件的修理提供技術指導和依據(jù)，評估修后振動噪聲控制工作的成效[4]。

5.1 修前評估

1)制定減振降噪設施的檢測與評估方法。

2)對全船相關系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、設備和元器件進行修前檢測，并結(jié)合等級修理修理技術方案確定具體修理范圍和重難點工程。

3)記錄該船相關系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、設備和元器件的修前振動噪聲數(shù)據(jù)，作為修后考核的依據(jù)。

5.2 修理過程的檢測與評估

1)減振降噪元器件的質(zhì)量檢測。對修理階段需要換裝的減振降噪元器件，原則上采用同型號的元器件。由技術責任單位制定相關元器件的采購標準和技術要求，選擇專業(yè)生產(chǎn)廠家組織生產(chǎn)，加強過程控制，嚴格按標準要求進行檢測和驗收。為確保質(zhì)量，可以提高元器件的抽檢樣品數(shù)。

2)強化維修階段聲學質(zhì)量控制檢查。在計劃修理中，根據(jù)維修相關標準、圖紙文件，制定維修階段聲學狀態(tài)檢驗細則，明確檢查項目和檢查要求。承修廠應按要求將項目維修、檢驗落實到人，實行層層監(jiān)管，嚴格控制施工質(zhì)量，并進行全面的檢查。

在此基礎上，由總體技術責任單位牽頭，成立專項工作組，督促承修廠的修理和檢查工作，并根據(jù)修理廠維修進度分階段有重點組織抽查和復查，以便及時發(fā)現(xiàn)問題及時改進。

5.3 修后振動噪聲狀態(tài)評估

1)根據(jù)減振降噪設施的檢測方法對全船相關系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、設備和元器件進行修后檢測。

2)制定減振降噪設施修后評估方法，并按照該方法將修后測量結(jié)果與修前數(shù)據(jù)進行對照分析，評價修理的成效，并對修理中的不足提出具體整改措施。

5.4 聲學數(shù)據(jù)的管理

根據(jù)測試與評估結(jié)果建立相應的聲學數(shù)據(jù)平臺，以跟蹤、掌握該船的振動噪聲狀態(tài)，為各維修保障工作提供必要的數(shù)據(jù)支持[5]。

6 結(jié)束語

本文從總體、系統(tǒng)和元器件3個層次對某船的振動噪聲控制技術進行全面剖析，從振動噪聲控制技術反設計、減振降噪元器件的技術指標體系建立、減振降噪系統(tǒng)修理技術文件編制、振動噪聲控制評價體系建立、聲學數(shù)據(jù)平臺建立、人員培訓及教材編制等方面，深入研究該船減振降噪系統(tǒng)保障性、維修性設計思想，客觀分析和總結(jié)技術特點，吸收先進的系統(tǒng)設計理念，以及總結(jié)在保障工作中的成熟經(jīng)驗，從而為同類船舶的減振降噪系統(tǒng)維修保障提供借鑒和參考。