馬紅榮

（威海職業(yè)學院，威海 264210）

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傳導函數(shù)在船舶機械噪聲預(yù)報中的應(yīng)用及實驗驗證

馬紅榮

（威海職業(yè)學院，威海 264210）

摘 要：船舶機械噪聲不僅會造成船體結(jié)構(gòu)的疲勞，損壞船身，而且還會影響船內(nèi)各種設(shè)備、儀器的正常使用，還會影響船舶的機械性能以及船上工作人員的身心健康。本文以船舶機械噪聲為出發(fā)點，淺談傳導函數(shù)對船舶機械噪聲預(yù)報中的應(yīng)用實驗，旨在促進傳導函數(shù)在船舶機械噪聲預(yù)報中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：傳導函數(shù) 船舶機械 噪聲預(yù)報

近年來，船舶行業(yè)飛速發(fā)展。船舶機械設(shè)備不斷更新的同時，也使得船舶機械的結(jié)構(gòu)越來越復雜，自動化程度越來越高。這些都導致機械設(shè)備故障的頻發(fā)，埋下了安全隱患。因此，加強船舶機械工作內(nèi)容的優(yōu)化，增強傳導函數(shù)在船舶機械噪聲預(yù)報中的應(yīng)用和實驗，對于減少船舶機械噪聲、機械故障具有重要的導向意義和實踐意義。

1 船舶機械設(shè)備噪聲概述

1.1 船舶噪聲的主要來源

引起船舶機械設(shè)備的噪聲種類有很多，主要分為三種類型的船舶機械噪聲：水動力噪聲、主機噪聲、螺旋槳噪聲。

對水動力噪聲來說，水動力噪聲的產(chǎn)生原因主要是因為海流的不規(guī)則起伏運動對船體的振動作用引起。水動力噪聲分為兩類：一類是海流對船下殼板振動所產(chǎn)生的噪聲，這類噪聲是由于因為海流壓力的變化引起的不規(guī)則振動活動噪聲；另外一類是海流對船體表面的振動作用所引起的噪聲。主機噪聲是船舶噪聲中最大的噪聲，對船舶的運行和機械設(shè)備的維修保養(yǎng)有著重要的影響。

主機噪聲主要分為兩種：一種是機械噪聲，另一種是空氣噪聲。對機械噪聲來說，機械噪聲的產(chǎn)生主要是由主機運轉(zhuǎn)時不同機械構(gòu)件相互摩擦或撞擊所產(chǎn)生的噪聲。機械噪聲的噪音強弱、噪聲級別與主機的機械材料、結(jié)構(gòu)、性能、轉(zhuǎn)速有著密切關(guān)系?？諝庠肼曋饕侨加驮谄變?nèi)燃燒的噪聲以及排氣、空氣系統(tǒng)所產(chǎn)生的噪聲?？諝庀到y(tǒng)又被成為進氣系統(tǒng)，主要指的是主機所產(chǎn)生的噪聲來源。在這個過程中，機艙的氣柱脈動、氣流阻塞、廢棄渦輪中的氣流旋轉(zhuǎn)都是產(chǎn)生進氣系統(tǒng)噪聲的主要因素。主機的機械噪聲在船舶運行過程中難以避免，減輕主機的機械噪聲，一方面要優(yōu)化主機機械的設(shè)備構(gòu)造，提升主機機械的結(jié)構(gòu)性能，防止主機機械設(shè)備的老化，另一方面還需要在船上安裝相應(yīng)的消音設(shè)備，減輕主機噪聲對船體的影響。

螺旋槳噪聲按頻率劃分，可分為葉頻噪聲和軸頻噪聲。葉頻噪聲的產(chǎn)生與流動體力有關(guān)；軸頻噪聲主要是因為螺旋槳動力不平衡所產(chǎn)生的。在螺旋槳直接產(chǎn)生的噪聲中，主要分為諧鳴噪聲和空炮噪聲。諧鳴噪聲隨著葉軸噪聲產(chǎn)生漩渦，空炮噪聲產(chǎn)生的主要原因則是螺旋槳旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的沖擊波沖擊船體的聲音?？张菰肼暿锹菪龢略肼暤闹饕煞?，也是造成螺旋槳水下噪聲噪聲強度高、干擾船舶航行的重要原因。

1.2 船舶噪聲的船舶方式

由于船舶機械設(shè)備為剛性連接，因此振動很容易傳到船體的各個部門。所以，船體結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的聲音船舶性能。一般來說，當船體為鋼結(jié)構(gòu)時，聲音的損耗較小，船舶速度快。

噪聲主要有兩種傳播方式，一種是空氣傳播，另一種是船體傳播?？諝庠肼暤膫鞑ネ緩街饕獮殚T窗、空隙、通道。結(jié)構(gòu)噪聲是由振動憑借一定的物質(zhì)傳遞到船體結(jié)構(gòu)以影響船體。結(jié)構(gòu)噪聲的主要途徑有安裝結(jié)構(gòu)、基座、船體結(jié)構(gòu)、基座。

2 傳導函數(shù)的定義及其在船舶機械設(shè)備噪聲預(yù)報中的應(yīng)用

2.1 傳導函數(shù)的定義

簡單地說，傳導函數(shù)是一種數(shù)學模型。傳導函數(shù)屬于線性微方程系統(tǒng)領(lǐng)域里的分支，旨在表示輸出變量與輸入變量微分方程的運算方法。傳導函數(shù)多應(yīng)用于現(xiàn)代物理領(lǐng)域和數(shù)學領(lǐng)域。除此之外，傳導函數(shù)在現(xiàn)代生活中也有著重要的應(yīng)用意義，如在醫(yī)學領(lǐng)域，傳導函數(shù)用來表示瞳孔、呼吸器官、心臟等人體器官的特性。本文主要研究傳導函數(shù)在船舶機械設(shè)備噪聲預(yù)報的應(yīng)用。

2.2 傳導函數(shù)在船舶機械設(shè)備噪聲預(yù)報中的應(yīng)用

傳導函數(shù)在船舶機械設(shè)備噪聲的預(yù)報應(yīng)用主要體現(xiàn)在對機械設(shè)備噪聲的測量計算方法上。在機械設(shè)備噪聲的測量計算方法上，主要有三種：數(shù)值法、解析法、實驗測量法。由于數(shù)值法和解析法測量方法上的難點以及船舶結(jié)構(gòu)的復雜性，使得實驗測量法具有較大的發(fā)展空間。本文主要研究實驗測量法在機械設(shè)備噪聲預(yù)報中的應(yīng)用。

在傳遞函數(shù)推導上，要建立相應(yīng)的物理傳導函數(shù)模型，通過數(shù)學知識、分析傳導函數(shù)在測量噪聲上的可行性，然后通過制定出適合船舶機械噪聲實時預(yù)報方案，從而通過雙層圓柱殼體模型實驗增強傳導函數(shù)的應(yīng)用效果。

在物理傳導函數(shù)模型上，要清晰反映出傳導函數(shù)與響應(yīng)間傳遞關(guān)系的具體情況，反映出二者之間的變化關(guān)系、綜合考慮傳導函數(shù)模型加速度、受力、聲音、頻率等各方面的影響因素。具體的傳導函數(shù)物理系統(tǒng)受力相應(yīng)模型如圖1所示。在下面的傳導函數(shù)受力相應(yīng)系統(tǒng)模型中，將作用力FA施加于系統(tǒng)中，作用力的目標點加速度相應(yīng)集合為AU，參考點的加速度相應(yīng)集合為AK。傳導函數(shù)的推導充分利用模型中三者之間的變化關(guān)系，并應(yīng)用傳導函數(shù)公式計算船舶機械噪聲數(shù)據(jù)［1］。

圖1 系統(tǒng)受力相相應(yīng)模型

3 傳導函數(shù)在船舶機械設(shè)備噪聲預(yù)報的應(yīng)用流程以及實驗驗證

3.1 傳導函數(shù)在船舶機械設(shè)備噪聲預(yù)報的應(yīng)用流程

傳導函數(shù)在船舶機械設(shè)備的噪聲預(yù)報上，具體的工作流程可分為四個內(nèi)容。第一，確定各工作頻率機械設(shè)備數(shù)量，按照船舶機械設(shè)備的實際工作頻率分組。第二，在遠場目標位置放置水聽器，確定各頻率工作狀態(tài)下的參考點位置及其數(shù)量。第三，開展多組不同的線性無關(guān)的工況實驗，將所得到的傳導函數(shù)存入數(shù)據(jù)庫，進行數(shù)據(jù)處理和分析。第四，根據(jù)船舶航行的實際狀況以及參考點的實時相應(yīng)數(shù)據(jù)，調(diào)取相對應(yīng)的傳導函數(shù)，二者相乘得到船舶遠場機械輻射噪聲，然后再綜合應(yīng)用各種手段減輕噪聲的危害。

圖2 雙層圓柱殼體外形尺寸（單位：mm）

圖3 圓柱殼內(nèi)部設(shè)置分布

3.2 傳導函數(shù)在船舶機械設(shè)備噪聲預(yù)報的實驗分析

傳導函數(shù)在船舶機械設(shè)備噪聲預(yù)報的實驗結(jié)果分析主要是近場結(jié)構(gòu)響應(yīng)預(yù)報分析。實驗中所用的雙層圓柱殼體模型內(nèi)部、外部設(shè)備布置圖見圖2、圖3。雙層圓殼體模型實驗的目的主要是檢驗傳導函數(shù)法的科學性和實用性，對模型在空氣外殼中加速度響應(yīng)進行預(yù)報驗證。雙層圓柱殼體模型實驗室場所為半消聲室，通過半消聲的實驗環(huán)境進行雙層圓柱殼體模型實驗，從而得出傳導函數(shù)對機械船舶設(shè)備噪聲的計算方法，增強傳導函數(shù)對機械傳播設(shè)備噪聲的預(yù)警預(yù)報工作［2］。

通過上述實驗可得出如下結(jié)果，傳導函數(shù)在船舶機械設(shè)備的噪聲預(yù)報中的應(yīng)用主要呈現(xiàn)出三個方面的優(yōu)勢：第一，1/3倍頻程的預(yù)報結(jié)果好于單頻點。1/3備頻程的預(yù)報結(jié)果可以在一定程度上抵消因各類頻點隨機測量所造成的誤差，從而增加噪聲預(yù)報結(jié)果的準確性；第二，傳導函數(shù)在相應(yīng)預(yù)報精度應(yīng)用方面預(yù)報精度較高，低頻段相應(yīng)預(yù)報精度要明顯高于高頻率預(yù)報精度；第三，使用外殼聽水器的數(shù)據(jù)作為參考響應(yīng)，所得預(yù)計結(jié)果要有優(yōu)于加速度外殼計數(shù)據(jù)，當加速度計軸線與實際結(jié)構(gòu)不相符，偏離結(jié)構(gòu)表面法時，會產(chǎn)生測量誤差。

4 結(jié)束語

船舶機械的噪聲預(yù)報應(yīng)用對我國船舶事業(yè)的發(fā)展意義重大。它不僅可以改善船舶的航行環(huán)境，改善船舶機械的構(gòu)造性能，而且增強船舶機械的安全性，有效地保障船舶財產(chǎn)人身安全。新時期下，船舶機械噪聲預(yù)報要不斷應(yīng)用傳導函數(shù)模型，增強傳導函數(shù)模型對噪聲數(shù)據(jù)的計算，加強船舶機械噪聲預(yù)報工作。

參考文獻

［1］周軍偉，何琳，徐榮武，崔立林.響應(yīng)傳導函數(shù)在船舶機械噪聲預(yù)報中的應(yīng)用及實驗驗證［J］.振動與沖擊，2014，（22）：78-82，105.

［2］王超.螺旋槳水動力性能、空泡及噪聲性能的數(shù)值預(yù)報研究［D］.哈爾濱：哈爾濱工程大學，2010.

Application and Experimental Verification of the Conduction Function in the Prediction of Ship Mechanical Noise

MA Hongrong
（Weihai Vocational College， Weihai 264210）

Abstract:Ship mechanical noise will not only cause fatigue of hull s tructure， damaging the hull and als o affects the ship in various equipment， instruments， will also affect the ship's mechanical properties and crew of physical and mental health. Therefore， this paper takes the s hip machinery noise as the starting point， and the application of the conduction function to the prediction of ship mechanical noise， aiming at promoting the application of the conduction function in the prediction of ship mechanical noise.

Key words:conduction function， ship machinery， noise prediction