传导函数在船舶机械噪声预报中的应用及实验验证

马红荣

（威海职业学院，威海 264210）



传导函数在船舶机械噪声预报中的应用及实验验证

马红荣

（威海职业学院，威海 264210）

摘 要：船舶机械噪声不仅会造成船体结构的疲劳，损坏船身，而且还会影响船内各种设备、仪器的正常使用，还会影响船舶的机械性能以及船上工作人员的身心健康。本文以船舶机械噪声为出发点，浅谈传导函数对船舶机械噪声预报中的应用实验，旨在促进传导函数在船舶机械噪声预报中的应用。

关键词：传导函数 船舶机械 噪声预报

近年来，船舶行业飞速发展。船舶机械设备不断更新的同时，也使得船舶机械的结构越来越复杂，自动化程度越来越高。这些都导致机械设备故障的频发，埋下了安全隐患。因此，加强船舶机械工作内容的优化，增强传导函数在船舶机械噪声预报中的应用和实验，对于减少船舶机械噪声、机械故障具有重要的导向意义和实践意义。

1 船舶机械设备噪声概述

1.1 船舶噪声的主要来源

引起船舶机械设备的噪声种类有很多，主要分为三种类型的船舶机械噪声：水动力噪声、主机噪声、螺旋桨噪声。

对水动力噪声来说，水动力噪声的产生原因主要是因为海流的不规则起伏运动对船体的振动作用引起。水动力噪声分为两类：一类是海流对船下壳板振动所产生的噪声，这类噪声是由于因为海流压力的变化引起的不规则振动活动噪声；另外一类是海流对船体表面的振动作用所引起的噪声。主机噪声是船舶噪声中最大的噪声，对船舶的运行和机械设备的维修保养有着重要的影响。

主机噪声主要分为两种：一种是机械噪声，另一种是空气噪声。对机械噪声来说，机械噪声的产生主要是由主机运转时不同机械构件相互摩擦或撞击所产生的噪声。机械噪声的噪音强弱、噪声级别与主机的机械材料、结构、性能、转速有着密切关系。空气噪声主要是燃油在汽缸内燃烧的噪声以及排气、空气系统所产生的噪声。空气系统又被成为进气系统，主要指的是主机所产生的噪声来源。在这个过程中，机舱的气柱脉动、气流阻塞、废弃涡轮中的气流旋转都是产生进气系统噪声的主要因素。主机的机械噪声在船舶运行过程中难以避免，减轻主机的机械噪声，一方面要优化主机机械的设备构造，提升主机机械的结构性能，防止主机机械设备的老化，另一方面还需要在船上安装相应的消音设备，减轻主机噪声对船体的影响。

螺旋桨噪声按频率划分，可分为叶频噪声和轴频噪声。叶频噪声的产生与流动体力有关；轴频噪声主要是因为螺旋桨动力不平衡所产生的。在螺旋桨直接产生的噪声中，主要分为谐鸣噪声和空炮噪声。谐鸣噪声随着叶轴噪声产生漩涡，空炮噪声产生的主要原因则是螺旋桨旋转时产生的冲击波冲击船体的声音。空泡噪声是螺旋桨水下噪声的主要成分，也是造成螺旋桨水下噪声噪声强度高、干扰船舶航行的重要原因。

1.2 船舶噪声的船舶方式

由于船舶机械设备为刚性连接，因此振动很容易传到船体的各个部门。所以，船体结构具有优良的声音船舶性能。一般来说，当船体为钢结构时，声音的损耗较小，船舶速度快。

噪声主要有两种传播方式，一种是空气传播，另一种是船体传播。空气噪声的传播途径主要为门窗、空隙、通道。结构噪声是由振动凭借一定的物质传递到船体结构以影响船体。结构噪声的主要途径有安装结构、基座、船体结构、基座。

2 传导函数的定义及其在船舶机械设备噪声预报中的应用

2.1 传导函数的定义

简单地说，传导函数是一种数学模型。传导函数属于线性微方程系统领域里的分支，旨在表示输出变量与输入变量微分方程的运算方法。传导函数多应用于现代物理领域和数学领域。除此之外，传导函数在现代生活中也有着重要的应用意义，如在医学领域，传导函数用来表示瞳孔、呼吸器官、心脏等人体器官的特性。本文主要研究传导函数在船舶机械设备噪声预报的应用。

2.2 传导函数在船舶机械设备噪声预报中的应用

传导函数在船舶机械设备噪声的预报应用主要体现在对机械设备噪声的测量计算方法上。在机械设备噪声的测量计算方法上，主要有三种：数值法、解析法、实验测量法。由于数值法和解析法测量方法上的难点以及船舶结构的复杂性，使得实验测量法具有较大的发展空间。本文主要研究实验测量法在机械设备噪声预报中的应用。

在传递函数推导上，要建立相应的物理传导函数模型，通过数学知识、分析传导函数在测量噪声上的可行性，然后通过制定出适合船舶机械噪声实时预报方案，从而通过双层圆柱壳体模型实验增强传导函数的应用效果。

在物理传导函数模型上，要清晰反映出传导函数与响应间传递关系的具体情况，反映出二者之间的变化关系、综合考虑传导函数模型加速度、受力、声音、频率等各方面的影响因素。具体的传导函数物理系统受力相应模型如图1所示。在下面的传导函数受力相应系统模型中，将作用力FA施加于系统中，作用力的目标点加速度相应集合为AU，参考点的加速度相应集合为AK。传导函数的推导充分利用模型中三者之间的变化关系，并应用传导函数公式计算船舶机械噪声数据［1］。

图1 系统受力相相应模型

3 传导函数在船舶机械设备噪声预报的应用流程以及实验验证

3.1 传导函数在船舶机械设备噪声预报的应用流程

传导函数在船舶机械设备的噪声预报上，具体的工作流程可分为四个内容。第一，确定各工作频率机械设备数量，按照船舶机械设备的实际工作频率分组。第二，在远场目标位置放置水听器，确定各频率工作状态下的参考点位置及其数量。第三，开展多组不同的线性无关的工况实验，将所得到的传导函数存入数据库，进行数据处理和分析。第四，根据船舶航行的实际状况以及参考点的实时相应数据，调取相对应的传导函数，二者相乘得到船舶远场机械辐射噪声，然后再综合应用各种手段减轻噪声的危害。

图2 双层圆柱壳体外形尺寸（单位：mm）

图3 圆柱壳内部设置分布

3.2 传导函数在船舶机械设备噪声预报的实验分析

传导函数在船舶机械设备噪声预报的实验结果分析主要是近场结构响应预报分析。实验中所用的双层圆柱壳体模型内部、外部设备布置图见图2、图3。双层圆壳体模型实验的目的主要是检验传导函数法的科学性和实用性，对模型在空气外壳中加速度响应进行预报验证。双层圆柱壳体模型实验室场所为半消声室，通过半消声的实验环境进行双层圆柱壳体模型实验，从而得出传导函数对机械船舶设备噪声的计算方法，增强传导函数对机械传播设备噪声的预警预报工作［2］。

通过上述实验可得出如下结果，传导函数在船舶机械设备的噪声预报中的应用主要呈现出三个方面的优势：第一，1/3倍频程的预报结果好于单频点。1/3备频程的预报结果可以在一定程度上抵消因各类频点随机测量所造成的误差，从而增加噪声预报结果的准确性；第二，传导函数在相应预报精度应用方面预报精度较高，低频段相应预报精度要明显高于高频率预报精度；第三，使用外壳听水器的数据作为参考响应，所得预计结果要有优于加速度外壳计数据，当加速度计轴线与实际结构不相符，偏离结构表面法时，会产生测量误差。

4 结束语

船舶机械的噪声预报应用对我国船舶事业的发展意义重大。它不仅可以改善船舶的航行环境，改善船舶机械的构造性能，而且增强船舶机械的安全性，有效地保障船舶财产人身安全。新时期下，船舶机械噪声预报要不断应用传导函数模型，增强传导函数模型对噪声数据的计算，加强船舶机械噪声预报工作。

参考文献

［1］周军伟，何琳，徐荣武，崔立林.响应传导函数在船舶机械噪声预报中的应用及实验验证［J］.振动与冲击，2014，（22）：78-82，105.

［2］王超.螺旋桨水动力性能、空泡及噪声性能的数值预报研究［D］.哈尔滨：哈尔滨工程大学，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