孫宜強， 王 波， 陶江平， 陳 煒

(上海船舶工藝研究所， 上海 200032)

0 引 言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭表明，船舶的安靜性在戰(zhàn)斗中往往決定著生死存亡，因此世界各海軍強國在船舶設計研究中都不遺余力地發(fā)展聲隱身技術(shù)，把船舶尤其是一些執(zhí)行特殊任務船舶的安靜性作為重要的戰(zhàn)術(shù)指標。據(jù)有關(guān)資料：美國20世紀80年代中期水下船的噪聲已經(jīng)降至118 dB，進入21世紀以來，其噪聲級降至90～100 dB，已經(jīng)低于三級海況海洋背景噪聲，成為“淹沒在海洋里的幽靈”；蘇聯(lián)在1975-1985年間使特種船的噪聲降低30 dB，總噪聲低于海洋背景噪聲[1]。

振動噪聲控制技術(shù)作為實現(xiàn)船舶水下輻射噪聲降低的重要技術(shù)手段，一直屬于研究的熱點和前沿問題。我國優(yōu)先發(fā)展振動噪聲控制設計和材料技術(shù)，經(jīng)過30多年的努力，在基礎理論、關(guān)鍵技術(shù)、材料和元器件技術(shù)等方面已形成技術(shù)體系。然而，在總裝建造技術(shù)領域由于比國外發(fā)展起步遲，行業(yè)面廣而且船廠多，建造進度的壓力較大，作為核心建造技術(shù)的低噪聲建造工藝缺乏體系化發(fā)展，與國外相比還有較大的差距。總裝建造作為船舶研制的最后一道環(huán)節(jié)，必須從建造工藝角度加快低噪聲建造工藝的發(fā)展，并與設計和材料技術(shù)有效融合，從而實現(xiàn)振動噪聲指標控制的穩(wěn)定性和持續(xù)改進。

目前，我國船舶總裝建造層面對低噪聲建造工藝還難以形成統(tǒng)一的認識：有的認為低噪聲是基于船舶減振降噪設計的概念，屬于總體設計范疇，與建造關(guān)系不大；有的認為船舶低噪聲建造很重要但缺乏標準，難以有效實施。實踐表明，對于設計上完全相同的兩條船，承建單位、建造方式及建造人員的不同都會使船舶振動噪聲水平存在差距。由此可知：低噪聲建造工藝與總體減振降噪設計是有區(qū)別的，屬于船舶建造工藝的范疇，其存在是有必然性的，也是實現(xiàn)船舶低噪聲建造所必需的。

1 低噪聲建造工藝內(nèi)涵與工藝因素

1.1 工藝內(nèi)涵

低噪聲建造工藝是基于建造的目標——低噪聲而提出的，是指以貫徹聲學理論為基礎，以減小建造結(jié)果與設計值的離散度為原則，以建造安靜型船舶為目標的建造工藝方法、規(guī)則和手段的總稱。因此，低噪聲建造工藝具有下列特點：

(1) 低噪聲建造工藝是聲學理論在船舶建造中的實踐，需要通過貫徹聲學設計理念開展工藝研究，建立工藝理論支撐。

(2) 低噪聲建造工藝的基本原則是減小建造后的噪聲值與設計噪聲值的離散度，船舶噪聲設計值是振動噪聲控制的目標，建造工藝是實現(xiàn)途徑，因此需要工藝與設計、材料必須充分融合。

(3) 低噪聲建造工藝涉及的工藝因素復雜，可變因素多，工藝實施范圍涵蓋完整的建造過程，因此必須基于過程控制要求，形成完整的工藝體系、技術(shù)方法和標準規(guī)范。

(4) 低噪聲建造工藝涉及各個建造技術(shù)專業(yè)，需要各專業(yè)配合和遵循，屬于總體工藝范疇。

1.2 工藝因素

由振動和噪聲的傳播理論可知：影響船舶某處振動和噪聲量級的因素有二，即振源(噪聲源)的干擾量級和傳遞路徑的傳遞效率。振源的干擾量級屬于建造工藝不可控的范疇，傳遞效率則在很大程度上依賴于建造工藝的優(yōu)劣。低噪聲建造工藝的目的就在于通過對建造過程中工藝參數(shù)的控制和匹配達到降低振動和噪聲傳遞效率的目的。

在船舶建造過程中，影響傳遞路徑的工藝因素數(shù)量多且復雜，還存在多種工藝參數(shù)耦合的現(xiàn)象。圖1 和圖2分別為旋轉(zhuǎn)(往復)型機械設備和管系的振動傳遞路徑示例。由圖1和圖2可知：安裝過程中涉及的每個零部件和安裝步驟都需要有相應的安裝工藝參數(shù)相匹配，包括對中精度、緊固力矩、阻抗特性、剛度、柔度等。參數(shù)多、范圍廣是傳遞路徑中涉及工藝參數(shù)最大的特點，工藝因素無處不在，工藝控制與施工工藝方法密切相關(guān)。

2 低噪聲建造工藝發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國外現(xiàn)狀

歐美海軍強國在船舶振動噪聲研究過程中十分重視設計、材料及工藝一體化發(fā)展，在先進的聲學設計基礎上，同時開發(fā)低噪聲建造工藝作為保障。在提高船舶總體性能的同時，全面強化聲學設計，并將聲學設計貫穿在船舶設計和建造的全過程中。國外聲學設計過程和船舶設計同步，如圖3所示，分為5個階段：概念設計、初步設計、詳細設計、建造、檢測與評估。各階段層次分明、目標明確，而且每個階段又自成一個閉環(huán)控制鏈，確保階段目標的實現(xiàn)，最終實現(xiàn)總體聲學目標[2]。

美國在某型號船舶的建造過程中，特別重視振動噪聲傳遞路徑的控制，采用主動隔振裝置、智能彈簧、主被動聯(lián)合支座等主動控制技術(shù)，有效地降低船舶水下輻射噪聲，量級已與海洋背景噪聲相當。法國某型號特種船的建造，在圍繞“安靜”這一概念上幾乎花費建造總工作量的80%，才達到“安靜”目標，整個研制過程中所使用的設備、材料及采用的工藝全都圍繞著“安靜”要求開展工作，如消聲覆蓋層選用、泵噴推進裝置的設計和安裝、浮筏安裝、大型機械設備的安裝、管道的減振安裝連接、電纜的減振安裝連接等。

2.2 國內(nèi)現(xiàn)狀

在船舶減振降噪技術(shù)研究領域，設計層面和新材料研發(fā)層面取得較大成就，主要體現(xiàn)在低噪聲設備的研究、隔振器的研究及新材料的應用等方面[3-10]；但設備安裝工藝研究層面僅有少量關(guān)于某些特性工藝參數(shù)的研究。吳江海等[11-12]、舒禮偉[13]通過試驗和仿真分別研究典型工藝參數(shù)(管路介質(zhì)、支撐位置、支撐剛度等)對管系振動噪聲的影響；王鵬等[14]通過仿真研究隔振系統(tǒng)中墊片表面的工藝質(zhì)量與隔振器剛度之間的關(guān)系，并給出墊片表面加工精度的建議值；于李洋等[15]通過試驗和仿真，研究設備基座墊片厚度和接觸面積等工藝參數(shù)對設備振動傳遞特性的影響。

近年來，國內(nèi)各總裝船廠越來越重視低噪聲建造工藝的研究，少數(shù)船廠還成立專門的減振降噪工藝研究室，但總體而言，低噪聲建造工藝的發(fā)展存在不平衡、不充分的現(xiàn)象。主要表現(xiàn)在下列4個方面：

(1) 建造工藝與設計、材料技術(shù)發(fā)展不平衡。建造上主要依據(jù)設計和材料的技術(shù)要求進行，大多依賴經(jīng)驗，定性為主，工藝有效性難以測評，而且限于局部，缺乏體系性研究。針對噪聲預報，主流商業(yè)軟件及一些行業(yè)特殊軟件比較適合于設計層面，尚未有效開展針對建造工藝參數(shù)對噪聲的影響預報，缺乏有效數(shù)據(jù)積累，工藝參數(shù)的設置也較為模糊。

(2) 水面與水下發(fā)展不平衡。除了工藝本身外，低噪聲建造工藝還牽涉許多生產(chǎn)管理意識問題，總體來看，由于水下船舶噪聲指標要求更嚴，水面、水下造船單位在工藝意識和施工要求上還有一定差距。

(3) 工藝研究的條件和數(shù)據(jù)積累不充分。國內(nèi)船舶建造行業(yè)能夠開展減振降噪工藝試驗的專業(yè)設施不足，難以有效支撐工藝試驗研究。工藝試驗、實船建造的數(shù)據(jù)積累不充分，難以對船舶的工藝狀態(tài)與振動噪聲水平建立對應關(guān)系，難以剖析工藝參數(shù)的影響水平。

(4) 建造行業(yè)技術(shù)交流和專業(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)不充分。從事低噪聲建造工藝的研究人員主要是輪機專業(yè)兼職，一般依靠經(jīng)驗積累，缺乏對低噪聲建造工藝的系統(tǒng)性分析、研究，亟需加強低噪聲工藝技術(shù)人才隊伍的培養(yǎng)。

另外，由于低噪聲建造工藝是核心工藝，國外資料難搜索，國內(nèi)船廠都視為工藝法寶，有限的工藝數(shù)據(jù)難以實現(xiàn)技術(shù)共享，甚至有的工藝問題沒有得到有效的甄別。

3 低噪聲建造工藝的發(fā)展思路

結(jié)合我國船舶行業(yè)低噪聲建造工藝現(xiàn)狀，為加快低噪聲建造工藝發(fā)展，提高建造工藝對型號研制的技術(shù)貢獻度，對低噪聲建造工藝的發(fā)展做出下列思考：

(1) 建立完善低噪聲建造工藝技術(shù)體系。噪聲主要包括水下輻射噪聲和艙室噪聲2個方面，結(jié)合船舶的建造流程[16]，可從5個方面建立船舶低噪聲建造工藝技術(shù)體系，包括船體建造、機械設備安裝、管路安裝、艙室內(nèi)裝及減振消聲元器件安裝等。技術(shù)體系框架如圖4所示。

圖4 船舶低噪聲建造工藝技術(shù)體系框架

(2) 分步分階段建立試驗條件。低噪聲建造工藝研究必須有足夠的試驗數(shù)據(jù)支撐。目前行業(yè)內(nèi)相關(guān)的工藝研究試驗條件仍很匱乏，嚴重制約低噪聲工藝技術(shù)的研究，后續(xù)需逐步建立減振降噪工藝試驗室，為低噪聲建造工藝研究提供保障。

(3) 加強合作進行數(shù)據(jù)積累。建立低噪聲建造工藝數(shù)據(jù)庫，需要測試數(shù)據(jù)支撐。測試包括實船測試和試驗室測試兩部分。

實船測試包括建造階段測試和服役階段測試。建造階段測試可由相關(guān)船廠與工藝所聯(lián)合實施，測試數(shù)據(jù)作為建造工藝分析改進的依據(jù)；服役階段測試主要依靠船舶裝備自帶的噪聲振動監(jiān)測設備和維修廠測試，從而形成完整的測試數(shù)據(jù)，便于總體所、工藝所、船廠等單位開展數(shù)據(jù)分析。

試驗室測試分為3個方向：一是針對實船測試僅能獲取既定狀態(tài)下振動和噪聲數(shù)據(jù)的局限性，試驗室開展關(guān)重設備的復原和擴展測試，挖掘更優(yōu)化的工藝參數(shù)區(qū)間；二是針對實船測試不能持續(xù)進行但對整船的振動噪聲持續(xù)有貢獻的設備，在試驗室開展測試，研究其持續(xù)運行過程中的振動和噪聲量級的變化并總結(jié)變化規(guī)律；三是針對一些特征比較簡單的設備，直接研究其低噪聲安裝工藝，用所獲取的參數(shù)指導船廠的工作實施。

(4) 成立組織加強技術(shù)交流。低噪聲建造工藝技術(shù)是一項綜合技術(shù)，須加強設計、建造工藝團隊之間的技術(shù)交流合作、充分溝通，及時發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，促進工藝技術(shù)與設計技術(shù)、材料技術(shù)的融合，共同推進振動噪聲控制技術(shù)的突破，為我國建造新一代安靜型船舶共同發(fā)揮作用。

(5) 結(jié)合建造需求加快制訂工藝標準。依托型號需求，重點圍繞振動噪聲較大的動力設備及相關(guān)系統(tǒng)，研究編制如動力設備基座、隔振器、管路系統(tǒng)等低噪聲安裝工藝規(guī)程，并結(jié)合實船建造進行反饋驗證，形成低噪聲建造工藝及檢驗驗收系列標準，規(guī)范后續(xù)船實施低噪聲建造。

(6) 基于數(shù)據(jù)分析開發(fā)工藝研究工具。建立低噪聲建造工藝模型和工藝數(shù)據(jù)庫，通過對工藝方法和數(shù)據(jù)分析，獲取低噪聲建造的工藝規(guī)律，進而開發(fā)低噪聲工藝研究數(shù)值仿真工具。利用數(shù)值仿真工具預測更優(yōu)化的工藝參數(shù)，制訂新的工藝措施，指導船廠的工作實施，從本質(zhì)上提高低噪聲建造工藝技術(shù)水平。

4 結(jié) 語

船舶振動噪聲控制是一項系統(tǒng)工程，主要涉及設計、材料、建造等3個方面。隨著現(xiàn)代船舶對靜音要求越來越高，作為振動噪聲系統(tǒng)工程最后一道環(huán)節(jié)，低噪聲建造的重要性日益凸顯。提煉低噪聲建造的工藝內(nèi)涵和工藝因素，分析國內(nèi)外低噪聲建造工藝的發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合我國船舶總裝建造方面的技術(shù)基礎，對加快船舶低噪聲建造工藝的發(fā)展有一定借鑒作用。