陳裴，徐丹

（上海船舶研究設計院，上海201203）

0 前 言

船上噪聲不僅會導致結構聲振疲勞破壞，還會影響艙內各種儀器、設備作用的正常運作，對居住在艙室的人來說， 則影響到居住環(huán)境的舒適性，對人體健康有害。因此，國際海事組織（IMO）安全委員會MSC.337（91）決議通過《船上噪聲等級規(guī)則》，于2014 年7 月1 日生效，為強制性要求。 為更好地配合決議實施，提升我國船舶設計、建造領域的噪聲控制水平，中國船級社（CCS）結合我國造船實際，發(fā)布了《船舶及產(chǎn)品噪聲控制與檢測指南》。

4 000 kW 海洋救助船是上海船舶研究設計院自主研發(fā)的新型中型海洋救助船，主要用于低海況下沿海水道、 島礁等淺水區(qū)域人命救生和船舶救助，可兼顧高海況下救助任務，具有對遇險船舶進行封艙、堵漏、排水、空氣潛水、拖帶等救助作業(yè)、一級對外消防滅火作業(yè)以及海面浮油回收和海面消除油污作業(yè)能力， 特別是具有夜間海上搜尋救生、救助的能力。 為了保證船員和專業(yè)救助人員在執(zhí)行任務時具有充沛的體力和良好的精神狀態(tài)，振動噪聲的控制十分必要。 眾多的機械設備增大了減振降噪的技術難度， 在設計的各個階段都要認真評估，避免在船舶建造階段因采取補救措施而返工，造成船廠在人力和物力上的巨大浪費。

1 船型參數(shù)

4 000 kW 海洋救助船主甲板上設有二層首樓，主甲板下設雙底和雙殼結構， 前傾式船首 （帶球首），巡洋艦式船尾。 采用全電力系統(tǒng)+全回轉舵槳的推進系統(tǒng)， 在船首設有管隧式側推裝置， 具有DP-2 動力定位能力。 總布置圖如圖1 所示，主尺度和主要要素如下：

圖1 4 000 kW 海洋救助船總圖（側視圖）

2 噪聲計算

2.1 計算方法

計算方法采用統(tǒng)計能量法 （Statistical Energy Analysis，SEA），將船舶劃分成若干子系統(tǒng)，通過建立并求解各子系統(tǒng)的能量平衡方程得到整個船舶系統(tǒng)的艙室噪聲，適用于計算中高頻艙室噪聲。 統(tǒng)計能量法起始于20 世紀60 年代航空航天工業(yè)，是計算復雜結構系統(tǒng)中高頻動力學環(huán)境 （聲學和振動）的一種非常有效的方法，如今被廣泛用于汽車、航空航天、船舶、鐵道等各個領域的聲學和振動分析、預測及優(yōu)化控制。 統(tǒng)計能量法就是用統(tǒng)計的觀點，從能量的角度來分析復雜結構在外載荷作用下的響應，能夠快速、準確地模擬中、高頻段聲學特性。 另外，統(tǒng)計能量法在某種程度上忽略了復雜結構的具體細節(jié)，同時很好地解決了聲場與結構間的耦合問題，因而即使在結構設計之初無法得知具體結構、受力細節(jié)的情況下，也能有效地預估產(chǎn)品的結構振動和聲學特性。

噪聲評估標準按照CCS《船舶及產(chǎn)品噪聲控制與檢測指南》進行，滿足MSC.337（91）決議《船上噪聲等級規(guī)則》要求。

2.2 計算模型

建立噪聲計算模型之前，需要明確主要噪聲源的相關信息，包括噪聲源設備所處艙室位置、噪聲源設備參數(shù)，確定模型范圍。 在一般情況下，建立完整的船體模型會導致計算量加大， 增加工作耗時。因此，在保證計算精度、不影響能量傳遞的前提下，較好的簡化模型可以縮短計算時間， 提高工作效率。 結合噪聲設備所在艙室和需要考察噪聲艙室的布置，考慮能量傳遞的連續(xù)性，該船的模型范圍為：Fr（-6）～Fr 18 艉部區(qū)域及 Fr 18～Fr 97 雙層底以上。圖2 為該船的結構模型。 圖2 標示出主要噪聲源的艙室位置，全回轉舵槳位于推進器艙內，主柴油發(fā)電機組位于主機艙，艏側推位于側推艙內，風機位于機艙通風內，機艙棚內主要為主機的排氣噪聲。

圖2 4 000 kW 海洋救助船結構模型

根據(jù)實際結構的邊界條件和材料介質特性等因素，確定模型相應的結構子系統(tǒng)類型，聲腔子系統(tǒng)由封閉的結構子系統(tǒng)生成。 由于能量在船體結構的傳遞路徑為船體結構傳到船體結構、船體結構傳到聲腔系統(tǒng)再傳到船體結構這兩條途徑，因此要將聲腔子系統(tǒng)與船體結構相連接， 形成SEA 計算模型。 圖3 為該船的SEA 計算模型。

圖3 4 000 kW 海洋救助船SEA 計算模型

2.3 計算工況

根據(jù)規(guī)范要求，選取兩種工況進行噪聲計算：

1） 航行工況：2 套主柴油發(fā)電機組在85%功率下運行，1 臺空調處于正常工作狀態(tài)，2 臺全回轉舵槳處于正常工作狀態(tài)，風機等設備處于正常工作狀態(tài)。

2） 動力定位工況：2 套主柴油發(fā)電機組在60%功率下運行，1 臺空調處于正常工作狀態(tài)，2 臺全回轉舵槳處于正常工作狀態(tài)，2 臺艏側推在40%功率下運行，風機等設備處于正常工作狀態(tài)。

2.4 噪聲源數(shù)據(jù)

船上噪聲以結構噪聲和空氣噪聲兩種方式傳播，主要是主機、輔機、推進器和空調、通風管路等機械設備、流體和空氣動力源噪聲。 結構噪聲主要是機械設備運動部件通過機座的振動傳到船體結構，傳播性好；空氣噪聲主要在距噪聲源較近或者含有噪聲源的艙室中傳播，較易衰減。 在4 000 kW海洋救助船噪聲計算時， 主要考慮柴油發(fā)電機組、機艙風機、推進器、空調等為激勵源，噪聲數(shù)據(jù)根據(jù)設備廠商提供的實測數(shù)據(jù)，若沒有實測數(shù)據(jù)，則按照CCS《船舶及產(chǎn)品噪聲控制與檢測指南》中的經(jīng)驗公式進行推算，如表1 所示。

表1 主要噪聲源設備數(shù)據(jù)

3 結果分析

3.1 主要艙室計算結果

該船分別在航行工況和動力定位工況下，疊加了主柴油發(fā)電機組、全回轉舵槳裝置、艏側推、空調以及通風機的噪聲源之后，各艙室A 計權噪聲級云圖可見圖4 和圖5。從云圖可以看出，艉部推進器艙距離居住艙室和工作艙室較遠，對其噪聲計算結果影響較小。 在主機艙及側推艙的鄰近艙室，噪聲值是比較容易超出規(guī)范要求的。 因此，在設計艙室木作板布置圖及絕緣布置圖等舾裝專業(yè)圖紙時，對靠近主機艙及側推艙并需要考察噪聲的艙室，在艙室圍壁四周敷設減振阻尼、吸聲巖棉等吸聲材料，以達到減振、降噪的效果。 主要艙室的計算結果見表2。

表2 主要艙室噪聲計算結果 單位：dB（A）

圖4 航行工況三維聲腔A 計權噪聲級云圖

圖5 動力定位工況三維聲腔A 計權噪聲級云圖

3.2 計算結果分析

在航行工況下，醫(yī)務室的噪聲計算值61 dB（A）略高于60 dB（A），不能滿足限值要求。 醫(yī)務室的噪聲主要是受位于醫(yī)務室下方的主機艙的空氣噪聲輻射，以及機艙通風的空氣噪聲輻射，最有效的降噪效果就是采用吸聲巖棉板來吸收空氣噪聲，因此將艙室天花板原先使用的30 mm 鋁蜂窩夾心板改用30 mm 復合巖棉板，改進后其計算值為55 dB（A），滿足限值要求。

在航行工況下，駕駛室的噪聲計算值67 dB（A）略高于65 dB（A），不能滿足限值要求。 這是由于機艙棚設在駕駛室里，受其空氣噪聲輻射的影響，因此將駕駛室天花板的30 mm 鋁蜂窩吸聲板改為30 mm復合巖棉板，改進后其計算值為65 dB（A），剛好滿足限值要求。

從圖4 及圖5 可以看出：艉部推進器艙位于船尾，距離上層建筑較遠，對居住艙室和工作艙室的影響有限；在主機艙及側推艙的鄰近艙室，噪聲值是比較容易超出規(guī)范噪聲限值的，特別是主機艙位于上層建筑的下方，主機艙的噪聲對上層建筑的艙室有直接的影響； 機艙棚從主機艙貫通至駕駛室頂，駕駛室主要受其噪聲影響。 因此，在進行艙室布置時，鄰近主要噪聲源艙室的區(qū)域，應盡量避免布置居住艙室、工作艙室等人員密集活動處所，以降低噪聲計算超標的風險。 對于像主機艙這種有較多噪聲設備或者噪聲較大的艙室，可以采用隔離空艙將噪聲源艙室與目標艙室分隔開；對于機艙棚這樣上下貫通的艙室，可以采用走廊將其與目標艙室隔開，或者將機艙棚與生活區(qū)域分開布置，避免居住艙室直接與機艙棚成為相鄰艙室。

為了分析主要噪聲源艙室中結構噪聲、空氣噪聲對艙室計算結果的影響，選取航行工況下的主機艙作為考察對象，分別計算添加結構噪聲、添加空氣噪聲、 添加結構噪聲+空氣噪聲作為噪聲源這3種情況，計算結果見表3。 從表3 可以看出，添加空氣噪聲的計算結果與添加結構噪聲+空氣噪聲的計算結果一樣，并且遠遠大于僅添加結構噪聲時的計算結果，說明主機艙的艙室噪聲中空氣噪聲比結構噪聲影響更大。

表3 艙室噪聲計算結果對比（航行工況）

4 結 語

在噪聲計算中，對計算結果具有決定性作用的除了噪聲源數(shù)據(jù)以外，噪聲控制材料的模擬也是十分重要的環(huán)節(jié)， 不同材料的聲學特性對噪聲有吸聲、隔聲等不同的作用。 由于上層建筑的居住艙室基本上都是用內裝板分隔而成的，所以內裝板的材料特性對艙室噪聲的影響較大。 舾裝專業(yè)在設計艙室木作板布置圖、甲板敷料布置圖及絕緣布置圖等圖紙時，對與主機艙、側推艙等噪聲設備相鄰的艙室，需要著重考慮減振、吸聲的措施，采用減振阻尼、吸聲巖棉等材料，在艙室圍壁、地板等處進行敷設，以達到減振、降噪的效果。

內裝材料的聲學參數(shù)主要由生產(chǎn)廠商提供數(shù)據(jù)或者查閱相關資料，這些參數(shù)獲取的渠道比較有限，生產(chǎn)廠商也往往不能提供完整的參數(shù)。 設計人員應注意積累計算數(shù)據(jù)，形成材料數(shù)據(jù)庫，以便提高噪聲預報的精確性。