石 勇，張海寬，劉 宇，王天瀟

(海軍駐渤船重工軍代表室，遼寧葫蘆島 125004)

艦艇建造階段的減振降噪工藝技術(shù)

石 勇，張海寬，劉 宇，王天瀟

(海軍駐渤船重工軍代表室，遼寧葫蘆島 125004)

通過對艦艇建造階段影響減振降噪的主要因素分析，提出減振降噪控制的主要工藝技術(shù)措施，指導(dǎo)造船廠開展減振降噪工藝設(shè)計(jì)、施工及檢查工作。

艦艇;減振降噪;建造;工藝

0 引言

減振降噪作為艦艇的重要性能指標(biāo)之一，在研制的各個(gè)階段都有不同的任務(wù)。在設(shè)計(jì)階段開展最新聲隱身技術(shù)措施的使用、論證和評估;在生產(chǎn)建造階段要保證設(shè)計(jì)的聲隱身措施上艇和落實(shí);在試驗(yàn)試航階段進(jìn)行聲學(xué)測試和指標(biāo)考核;服役階段主要進(jìn)行低噪聲使用和維護(hù)保養(yǎng)。其中低噪聲建造是實(shí)現(xiàn)聲隱身的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，建造工藝對聲隱身性能的影響也不容忽視［1－2］。

本文主要通過對建造階段影響減振降噪的主要因素分析，提出減振降噪控制的主要工藝技術(shù)措施，指導(dǎo)造船廠開展減振降噪工藝設(shè)計(jì)、施工及質(zhì)量檢查工作。

1 建造階段影響減振降噪的主要因素分析

按聲源來分類，艦艇的噪聲可分為水動(dòng)力噪聲、結(jié)構(gòu)噪聲和機(jī)械振動(dòng)噪聲，對于不同類型的噪聲源，影響因素也是不同的，下面分別進(jìn)行分析。

1.1 水動(dòng)力噪聲的影響因素

影響水動(dòng)力噪聲的主要因素是指艦艇外部直接與海水接觸的螺旋槳、外殼、舵翼和其他突出物的流線外型和表面粗糙度，以及受水流沖擊時(shí)外表面舾裝件的緊固程度等。對應(yīng)到建造階段，一般包括以下工藝因素：螺旋槳的加工精度，殼板放樣和號料的精度控制，殼板、附件及突出物的流線型控制，殼板特別是焊縫部位的粗糙度控制和舷外舾裝件的安裝固定等。

水動(dòng)力噪聲是艦艇在高速航行時(shí)的主要噪聲源，隨著航速增加水動(dòng)力噪聲所占比重會增大，所以必須高度重視水動(dòng)力影響因素的控制。

1.2 結(jié)構(gòu)噪聲的影響因素

振源激勵(lì)船體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生噪聲并在結(jié)構(gòu)中傳播，稱為結(jié)構(gòu)噪聲，它最終向海水中傳播形成輻射噪聲。在設(shè)計(jì)過程中，主要通過對結(jié)構(gòu)的剛度、阻抗、阻尼和固有頻率等的控制，使結(jié)構(gòu)的阻抗特性與振源的振動(dòng)特性匹配，并使噪聲在結(jié)構(gòu)中傳播時(shí)被衰弱。材料的剛度、密度，裝配精度和焊接的質(zhì)量都是影響結(jié)構(gòu)噪聲的主要因素。另外，阻尼材料的敷設(shè)質(zhì)量也影響結(jié)構(gòu)噪聲的傳遞。在建造過程中，要落實(shí)設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)格控制材料檢驗(yàn)、結(jié)構(gòu)下料、制作、焊接和阻尼敷設(shè)等工序。

1.3 機(jī)械噪聲的影響因素

機(jī)械噪聲是由設(shè)備或系統(tǒng)的運(yùn)行而引起的，它是艦艇的主要噪聲源。由于涉及的設(shè)備、系統(tǒng)多，范圍廣，所以控制工藝復(fù)雜，是減振降噪施工控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

機(jī)械噪聲的影響因素可分為設(shè)備本身的安裝、減振裝置的安裝、系統(tǒng)管路的安裝、管路附件的安裝以及設(shè)備間相互作用的影響等5個(gè)方面。設(shè)備自身的安裝要素包括設(shè)備的定位精度、安裝垂直度等，有的設(shè)備由幾個(gè)部分組成，各部分之間由軸系連接，這時(shí)軸系的對中精度是影響設(shè)備振動(dòng)的關(guān)鍵因素，提高設(shè)備的安裝質(zhì)量，可以從源頭上降低振動(dòng)噪聲水平。

減振裝置是減振降噪控制最有效的手段，它設(shè)置在振動(dòng)的傳遞路徑上，起到阻隔振動(dòng)傳遞、削減振動(dòng)能量的作用。減振裝置的安裝質(zhì)量直接影響其效能的發(fā)揮，主要包括減振器變形量、限位器間隙的控制等。

系統(tǒng)管路及附件的安裝主要影響管路中介質(zhì)的流噪聲和振動(dòng)通過管路向外的傳遞。影響因素包括系統(tǒng)管路走向、固定支撐的位置和數(shù)量、閥門等附件的選擇等。

另外，設(shè)備與管路安裝的相互影響也不容忽視。一般在設(shè)備安裝后才進(jìn)行管路的安裝連接，管路的重量、管口法蘭與設(shè)備法蘭的位置偏差，使得管路對設(shè)備產(chǎn)生拉動(dòng)，從而改變了設(shè)備的安裝狀態(tài)，破壞原有減振降噪安裝條件，也是產(chǎn)生異常噪聲的主要原因。

2 建造階段減振降噪控制的主要工藝技術(shù)措施

2.1 建立減振降噪控制的工藝體系和質(zhì)量檢查體系

在低噪聲建造過程中，要建立一套完整的減振降噪工藝體系和質(zhì)量檢查體系，使減振降噪施工的工藝和質(zhì)量處于嚴(yán)格的受控狀態(tài)。

在開工之前，設(shè)計(jì)部門應(yīng)與建造部門一起對影響總體振動(dòng)噪聲水平的施工項(xiàng)目進(jìn)行匯總和分析，對每一項(xiàng)目提出安裝應(yīng)達(dá)到的指標(biāo)要求，并制定合理的工藝措施和檢測方法，形成一套包含所有施工過程、所有施工項(xiàng)目的減振降噪施工工藝體系。艦艇建造部門根據(jù)施工階段和施工項(xiàng)目，合理制定總體低噪聲建造方案和施工程序，合理編制減振降噪施工細(xì)目和工藝流程，使每一個(gè)工藝措施都落實(shí)到具體工序中，并按生產(chǎn)順序逐級分解，形成工人可操作的作業(yè)指導(dǎo)書或操作卡，從而使整個(gè)施工過程滿足聲學(xué)質(zhì)量控制的原則要求。

對減振降噪施工質(zhì)量檢查，也是落實(shí)施工工藝要求的一項(xiàng)重要工作。首先應(yīng)由工廠技術(shù)部門編制《減振降噪施工檢查要求》和《減振降噪驗(yàn)收項(xiàng)目清單》，明確檢查的內(nèi)容、指標(biāo)要求和測量方法，質(zhì)量管理部門按照項(xiàng)目和檢查要求進(jìn)行檢查驗(yàn)收。此外，要在建造的全周期進(jìn)行減振降噪質(zhì)量復(fù)查，復(fù)查工作以抽查為主，對安裝狀態(tài)的變化進(jìn)行檢查。形成以質(zhì)量驗(yàn)收為主、以定期質(zhì)量復(fù)查為輔的減振降噪質(zhì)量檢查體系。

2.2 提高建造精度，制定合理的減振降噪安裝量化指標(biāo)

提高艦艇的低噪聲建造水平，最有效的方法是提高建造精度。應(yīng)盡量提高船體、設(shè)備和系統(tǒng)的安裝精度，特別對于轉(zhuǎn)動(dòng)類機(jī)械設(shè)備，它是主要的噪聲源頭，提高安裝精度可大大降低噪聲水平。如軸系的對中精度，研究表明，對中精度提高1倍，在相同轉(zhuǎn)速條件下其振動(dòng)降低6 dB以上。

提高精度就要有明確的指標(biāo)，但對于減振降噪的施工要求往往是一些較模糊的要求，如“管路轉(zhuǎn)彎不能太急”、“螺栓要把緊”等，施工者無法操作，質(zhì)量檢查人員也無法驗(yàn)收。所以，必須要將這些模糊的指標(biāo)進(jìn)行量化。一方面，可以借鑒成熟的工藝經(jīng)驗(yàn)，引用已有成果;另一方面，應(yīng)開展專項(xiàng)的工藝試驗(yàn)，建立安裝參數(shù)與減振效果之間的對應(yīng)關(guān)系，從中選出最優(yōu)的安裝參數(shù)作為量化指標(biāo)。對于量化指標(biāo)的研究應(yīng)突出重點(diǎn)，提高費(fèi)效比。針對噪聲較高的設(shè)備、系統(tǒng)和易出現(xiàn)影響噪聲水平問題的項(xiàng)目，應(yīng)最先開展低噪聲安裝的量化指標(biāo)研究，實(shí)現(xiàn)降噪效果最優(yōu)的安裝狀態(tài)，而對于噪聲水平處于次級的設(shè)備和系統(tǒng)，按照影響因素由高到低的順序，依次加以解決，這樣可以提高效率，降低工作成本。

2.3 加強(qiáng)總體三維施工設(shè)計(jì)，開展三維模型的聲學(xué)評價(jià)

目前，世界先進(jìn)國家已經(jīng)較多地采用了計(jì)算機(jī)三維輔助施工設(shè)計(jì)技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)三維建模，將設(shè)備、系統(tǒng)及管路按真實(shí)比例進(jìn)行布置、管路放樣，并對模型進(jìn)行聲學(xué)評估，主要包括布置的總體聲學(xué)評估、系統(tǒng)布置評估、檢查聲短路、外型光順度檢查及工藝可操作性等，通過評估和改進(jìn)，使三維模型在布置和工藝方面達(dá)到聲學(xué)狀態(tài)的最優(yōu)化。

三維施工設(shè)計(jì)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)精細(xì)化造船和低噪聲造船的必由之路，通過三維設(shè)計(jì)技術(shù)，模擬船舶建造，及早發(fā)現(xiàn)不合理的聲學(xué)現(xiàn)象，優(yōu)化施工工藝順序，保證聲學(xué)設(shè)計(jì)指標(biāo)。三維施工設(shè)計(jì)是一項(xiàng)長期的工作，它需要在開工建造前，單獨(dú)利用一段時(shí)間，對施工設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行三維建模，完善模型后，再將三維模型轉(zhuǎn)化為二維圖紙，用于工廠施工。雖然這項(xiàng)工作延長了艦艇的建造周期，且需要大量人力和物力的投入，但相比于建完后出現(xiàn)問題再返工修改，還是非常值得的，特別是對于首制產(chǎn)品具有非常重要的意義。

2.4 建立低噪聲建造檢索數(shù)據(jù)庫，促進(jìn)工藝水平的改進(jìn)與提高

作為總裝造船廠，應(yīng)建立低噪聲建造數(shù)據(jù)庫，對艦艇的工藝狀態(tài)與噪聲水平建立對應(yīng)關(guān)系，便于查找低噪聲建造工藝的不足，及時(shí)改進(jìn)提高工藝水平。數(shù)據(jù)庫應(yīng)包含系統(tǒng)和設(shè)備的安裝工藝參數(shù)、安裝狀態(tài)記錄以及對應(yīng)系統(tǒng)設(shè)備振動(dòng)噪聲測試結(jié)果;結(jié)構(gòu)安裝精度與結(jié)構(gòu)振動(dòng)測試結(jié)果;不同階段安裝參數(shù)變化情況與測試結(jié)果等。通過對大量低噪聲工藝參數(shù)與減振降噪效果對應(yīng)關(guān)系的橫向比較與縱向比較，橫向比較是指不同型號之間的比較，縱向比較是指同一設(shè)備不同階段的振動(dòng)噪聲水平的比較，得到低噪聲建造的工藝規(guī)律，幫助改善艦艇振動(dòng)噪聲水平，進(jìn)行聲學(xué)故障分析以及提高工藝水平。

3 結(jié)語

建造中的聲學(xué)質(zhì)量控制對實(shí)現(xiàn)艦艇總體噪聲指標(biāo)至關(guān)重要，聲學(xué)質(zhì)量控制不僅與產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和建造質(zhì)量有關(guān)，還與生產(chǎn)過程的管理密切相關(guān)。通過制定指標(biāo)明確的噪聲控制大綱和原則工藝，并形成一套完整的減振降噪控制、管理、監(jiān)督體系，就一定能取得滿意的效果。

［1］葛孚寧．潛艇建造工藝中關(guān)于減振降噪的幾點(diǎn)想法［J］．艦船科學(xué)技術(shù)，2008，30(4)：101 －103．

GE Fu-ning．Some opinions about vibration damping and noise reduction for the structure technical of submarine［J］．Ship Science and Technology，2008，30(4)：101 －103．

［2］紀(jì)竹盛．潛艇的先進(jìn)制造技術(shù)與隱身性能［J］．中國造船，2005，(2)：96 －100．

JI Zhu-sheng．Advanced manufacturing technique and the stealth performance of submarine［J］．Shipbuilding of China，2005，(2)：96－100．

Research on vibration and noise reduction craft in ship building stage

SHI Yong，ZHANG Hai-kuan，LIU Yu，WANG Tian-xiao
(Naval Deputation in Bohai Ship Building Factory，Huludao 125004，China)

Through analysis of the main factors to vibration and noise reduction in ship building stage，the main technique measures of the vibration and noise reduction control were put forward．It could guide the shipyard to process design，construction and inspection about vibration and noise reduction．

naval ship;vibration and noise reduction;build;craft

U674.76;U671

A

1672－7649(2012)05－0133－03

10.3404/j.issn.1672－7649.2012.05.032

2011－04－06;

2011－10－27

石勇(1977－)，男，博士，工程師，從事船舶與海洋工程研究。