现代潜艇的的噪音来源及艇体分类

船舶主要噪声源及噪声传递途径与降噪措施-声学论文-物理论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——近年来，随着对船员健康保护意识的增强，国际海事组织( IMO) 于2012 年11 月30 日以MSC．337( 91) 决议方式通过《船上噪声等级规则》( 以下简称《规则》) ，并以MSC．338( 91) 决议通过SOLAS 修正案。

该修正案中新增II －1 /3 －12 条噪声防护，将《规则》作为强制要求，并将于2014年7 月1 日生效实施。

为此，以某80．6 m 平台供应船( PSV) 为例，分析船舶降噪措施的综合运用。

1 工程概况该平台供应船总吨位在3 000 ～10 000 之间，虽然该船建造合同日期签订较早，不适用《海上噪声等级规则》。

但为确保船员有一个舒适的环境，船东申请该船需满足CCS 船级社舒适性COMF ( NOISE 3 ) 船级符号的要求，而COMF( NOISE 3) 船级符号的要求与《海上噪声等级规则》的要求基本一致。

因此，在该船从设计到建造的一系列过程中，采取诸多噪声控制措施以满足其控制噪声要求。

2 主要噪声源及噪声传递途径分析相对于常规船舶，该平台供应船由于设备多，空间狭小，布局紧凑，对噪声的控制难度要大于一般船舶。

其噪声源主要包括: 吊舱式电力推进器、艏侧推、发电机组、风机等，主要噪声源见图1。

该船噪声源产生的噪声主要有两种途径向外传播，见图2。

一种是通过空气进行传播，称为空气噪声。

其主要特点为: 透过噪声源舱壁板向外辐射以及透过其他一切可能通道( 如板缝、楼梯道、烟囱、门窗等) 向其他舱室传播。

由于空气噪声主要为中高频段噪声，其在进行每一次声能与振动机械能的转化过程转中，能量损耗较大，考虑到80．6 m 平台供应船上层建筑布局紧凑，因此该船上层建筑居住舱室的空气辐射噪声较小。

另一种是通过船体结构向外传播，称为结构噪声，其主要特点为: 由通过噪声源的振动传到船体结构，再由甲板、舱壁和其它结构表面振动引起周围空气的弹性振动，从而产生人耳能够听到的空气噪声。

潜艇的主要噪声来源潜艇的噪声来源主要有三个方面：机械噪声，螺旋桨噪声以及水动力噪声。

潜艇在低速航行时，一般以机械噪声为主，随着航行速度的逐节提升，螺旋桨噪声和水动力噪声逐渐增加，开始超过机械噪声，成为主要的潜艇噪声来源。

当然，降低潜艇的噪声也应该从这三个方面进行入手。

因此，我们首先就需要更深入的了解这三个方面的噪声。

首先机械噪声，潜艇的机械设备是引起辐射噪声的主要原因，也是侧面基阵自噪声的重要组成部分。

机械噪声系指由主辅机及其系统工作产生产生的水下噪声。

可以分为：不平衡噪声、电磁力脉动噪声、齿轮噪声、轴承噪声以及管系通过基座与非支撑激励艇体振动产生的噪声。

潜艇的管路系统是机械噪声的另一个主要来源，一方面，管路振动会传递给其他结构，另一方面，管路内的噪声会通过管壁向水中辐射噪声。

一般可通过减振降噪和采取小声措施以降低潜艇机械设备等的噪声，对于降低管路噪声的措施则是在系统管路中应尽可能采用多的弹性连接管与艇体相接，对于流体强烈作用的管路采用降低流速、局部管路采用阻尼软管和加消声器的办法，减小流体冲击，隔绝此种振动传递到艇体上。

其次，螺旋浆是潜艇航行时的主要噪声源。

螺旋桨辐射噪声可分为空化噪声和螺旋桨叶振动时产生的“唱音”。

螺旋桨叶片周向载荷不均匀，旋转时会产生空泡、鸣音和振动，发出高强度的噪声。

“唱音”是由于螺旋桨叶片排挤切割水流引起的螺旋桨局部共振，是一种线谱噪声，设计好的螺旋桨可以避免“唱音”。

空化现象的出现与潜艇所处的海水深度以及螺旋桨的转速有很大的关联，空化噪声随着入水深度的增加而降低，随着螺旋桨的转速的提高而增大。

它由两部分组成，一是由螺旋桨叶片区域的大量瞬态空泡的崩溃和反弹产生，其频谱是连续的，二则是由螺旋桨附近区域中大量稳定气泡的周期性受迫振动产生，其频谱是离散的线谱。

高频时线谱成分趋于零，低频时线谱成分大于相应的连续谱，高频段连续谱随频率的平方下降，低频段连续谱随频率的平方上升，在某一较低频率处出现谱峰。

国外潜艇降噪技术发表时间：2019-02-26T13:28:04.007Z 来源：《防护工程》2018年第32期作者：郭勍[导读] 介绍潜艇主要噪声源分类，有针对性地阐述降低潜艇机械噪声、螺旋桨噪声和水动力噪声的技术现状，论述潜艇降噪技术的发展趋势。

郭勍海军驻昆明七五〇试验场军事代表室云南昆明 650000摘要：介绍潜艇主要噪声源分类，有针对性地阐述降低潜艇机械噪声、螺旋桨噪声和水动力噪声的技术现状，论述潜艇降噪技术的发展趋势。

关键词：潜艇噪声降噪措施1 引言降噪是舰艇研发的重点工作之一，也是潜艇隐蔽性的设计核心。

为适应未来海战的需求，美、俄、法、德、英等海军强国大力开展潜艇综合降噪技术研究。

我国要借鉴其研制的成功经验，提高潜艇研制的整体水平。

同时，应加快潜艇减振降噪隐身测试试验场的建设，不仅可以有效发现潜艇噪声问题，而且可以对降噪改进措施进行合理评价，进一步促进潜艇降噪技术发展。

2 潜艇主要噪声源分类2.1 按噪声来源分类潜艇的主要噪声源，包括机械噪声、螺旋桨噪声、水动力噪声、空气噪声等[1]。

2.1.1 机械噪声潜艇的各种机械装置，如主机、副机、辅机、电机、减速装置、泵、空气压缩机等，以及管路系统，在运转过程中，因冲击、碰撞、摩擦和运动不平衡等原因，产生振动并通过各种途径将其传至艇体，引致艇体壳板的弯曲振动，最后以声波形式传播，形成机械振动噪声，是潜艇自噪声的一种。

这种噪声，传播到舱内，引起舱室空气噪声；传播到水中，构成潜艇的辐射噪声。

2.1.2 螺旋桨噪声螺旋桨噪声包括空泡噪声和非空泡噪声。

空泡噪声即螺旋桨运转所生成的空泡破碎，频谱覆盖20Hz到50000Hz，是主要的高频噪声；非空泡噪声包括来流对桨叶的桨拍噪声，和桨叶受来流激励而共振的单频声。

此外，螺旋桨还诱导艇体振动，产生噪声。

2.1.3 水动力噪声艇体周围的高速水流，使艇体附近的流压出现极不规则的变化即涡流，产生水动力噪声。

例如：海上高速行驶时的首波与尾流就是两个重要的水动力噪声源；高速水流在流经艇体突出部分、上层建筑的情况下产生水动力噪声；潜艇下潜和上浮时，因舰桥、艇体及上层建筑的某些空间进水或排水的情况下也会产生水动力噪声。

舰船辐射噪声源及其一般特性舰船辐射噪声源分为三大类：机械噪声：主机：柴油机、主电动机、减速器辅机：发动机、泵、空调设备螺旋桨噪声：螺旋桨空化螺旋桨叶片振动水动力噪声：水流辐射噪声；空腔、板和附件的共振；支柱和附件的空化机械噪声机械噪声是航行或作业舰船上的各种机械的振动，通过船体向水中辐射而形成的噪声。

产生机理：不平衡的旋转部件（电机电枢等）；重复的不连续性（齿轮、涡轮机叶片等）；往复部件（汽缸的爆炸）——产生线谱噪声，其成分是振动基频及其谐波分量流体空化和湍流及排气（泵、管道、凝汽器等）；机械摩擦（轴承等）——产生连续谱噪声。

结论：舰船辐射噪声为强线谱加弱连续谱的迭加，与舰船航行状态及机械工作状态密切相关，一般较复杂、多变。

机械噪声是舰船辐射噪声低频段主要成分。

螺旋桨噪声螺旋桨噪声：螺旋桨空化噪声和螺旋桨叶片振动辐射噪声。

螺旋桨空化噪声：螺旋桨旋转时，叶片尖上和表面上产生空化。

螺旋桨空化噪声是舰船辐射噪声高频段主要成分，且为连续谱，其典型频谱如下图。

频谱特点：在高频段，谱级随频率以6dB/Oct斜率下降；在低频段随频率增高而增高；谱峰（100Hz~1000Hz）随航速和深度而变化，当航速增加和深度变浅时，谱峰向低频移动。

原因：高航速和浅深度时，易产生空化气泡，产生低频噪声，使谱峰向低频端移动。

空化噪声产生条件：航速大于舰船临界航速。

螺旋桨空化噪声与航速关系：航速低于临界航速，空化噪声级很低（未发生空化）；航速增大至临界航速，空化噪声级急剧增大（空化发生、发展）；航速继续增大，空化噪声级基本趋于稳定（空化充分）。

螺旋桨空化噪声与航深关系：航行深度增加，临界航速提高，空化噪声级增加。

螺旋桨空化噪声还与其它因素有关，例如螺旋桨损坏、加速、转向等因素。

水面舰船的螺旋桨空化噪声—航速关系不是S形，关系复杂。

螺旋桨唱音：螺旋桨唱音是螺旋桨叶片拍击、切割水流而引起的，也称为旋转噪声，它为线谱噪声分量。

其频率：n是螺旋桨叶片数；s是螺旋桨转速；m是谐波次数。

【装备】说说舰船辐射噪声源及其一...大概很多人都不了解舰船的辐射噪声是什么原因造成的，但是舰船的噪声水平是舰船特别重要的指标，就行人们生活中的汽车噪声水平一样，大量舰船辐射噪声资料表明，舰船辐射噪声源分为三大类：机械噪声、螺旋桨噪声和水动力噪声，机械噪声：主机（柴油机、主电动机、减速器）辅机（发电机、泵、空调设备）螺旋桨噪声：螺旋桨上或其附近的空化螺旋桨引起的舰壳共振水动力噪声：水流辐射噪声空腔、板和附件的共振在支柱和附件上的空化机械噪声机械噪声指的是航行或作业舰船上的各种机械的振动，通过船体向水中辐射而形成的噪声。

根据舰上各种机械产生噪声的机理，又可将机械噪声分为五类，如不平衡的旋转部件，重复的不连续性，如齿轮、电枢槽、涡轮机叶片等工作时产生的噪声。

由于各机械结构的运动形式不同，它们产生的水下辐射噪声的机理和性质也就不同，一般说来机械噪声是舰船辐射噪声低频段的主要成分。

螺旋桨噪声螺旋桨也是机械，但产生噪声的机理和所产生噪声的频段不同于上述的机械噪声，所以将螺旋桨噪声单独列出，螺旋桨噪声是由旋转着的螺旋桨叶片与流体相互作用所产生的噪声，它由螺旋桨空化噪声、唱音和螺旋桨叶片速率谱噪声组成，这三种噪声产生的机理不同，其特性也不同。

空化噪声螺旋桨在水中旋转时，当转速达到一定值时，叶片末端和表面会产生负压区，当负压达到足够高时，就会产生气泡，这种现象称之为空化，空化产生的气泡破裂时会发出尖的声脉冲，大量气泡破裂产生的噪声是一种很响的咝咝声，即所谓的空化噪声。

这种噪声往往是舰船辐射噪声高频段的主要成分。

空化现象只在舰船达到一定航速时才会产生，此时，船的高频辐射噪声突然增大，这个航速称为舰船临界航速，二战时期，研究人员曾对航行在潜望镜深度的潜艇进行过测量，根据大量研究数据得出了螺旋桨空化噪声与航速间的关系，临界航速在3~5节之间。

航速低于临界航速时，此时基本不会出现空化现象，因此空化噪声级很低，一旦航速大于临界航速，空化就骤然发生，所以空化噪声就急剧增大，增值可达20~50dB，当航速继续增加时，由于空化已经很充分，基本达到了饱和，所以空化噪声渐趋平稳。

潜艇辐射噪声的特征、强度描述方法以及一些误区导读经常听大家在讨论潜艇噪声啊，那么潜艇噪声到底是什么样的，以及水声学专业上如何描述潜艇噪声强度的呢？下面我打算用尽量通俗的语言来略微讲解一下，希望不要太枯燥。

首先需要了解的基本名词和解释，如果你想真正看懂本文最好仔细看这几个名词，在谈到潜艇噪声的时候这几个名词会经常出现——当然对电子与信息工程、通信工程、雷达这种相关工程的亲以及我的同行水声工程出身的亲这几个名词可以忽略不看吧。

1、名词：(1)时域、频域：描述信号的空间，通俗的说时域就是信号的波形，频域就是信号波形经傅立叶变换后的形态。

除此之外，信号还可以经过不同变换在不同的信号空间内被描述，不过一般对信号的描述都在时域或频域空间内进行，其他各种域基本都是为了提取信号用的。

(2)带宽：信号在频域上的宽度，一般有3dB带宽，6dB带宽以及10dB 带宽多种，是指信号在频率上的能量下降到中心频率能量3dB(6,10)之内的频点间的宽度——必须注意这和搞电脑或者网络的带宽定义不同，网络的带宽在水声对应的称呼是信道最大容量。

(3)宽带、窄带：宽带是指带宽远大于频率下限的信号，而窄带一般是指带宽远小于频率下限的信号。

(4)线谱：简单而不严格的说，线谱就是单一频率的信号——实际上带宽极窄的信号也可以被称为线谱。

(5)调制谱：信号(宽带、窄带或线谱)因螺旋桨转动或其他因素将转动的能量周期性的乘到信号上，从时域上看是信号的包络，是一种幅度调制，和收音机的AM类似。

(6)谱级、频带级、总源级：这些都是描述声强度的量，谱级是指单一谱线(可以认为是1Hz带宽上)的信号强度，频带级是指某个给定带宽上信号的总强度，总源级是指信号的总强度。

对于没有频谱是平的白噪声而言，B带宽内的频带级是谱级加上10logB(7)倍频程：倍频程是频带划分的一种方式，如果F1/F2=2则称F1和F2之间是一倍频程，用OCT表示。

如果F1/F2=2^1/3则称F1和F2之间是三分之一倍频程，用1/3OCT表示。

全附体潜艇的流场和流噪声的数值研究全附体潜艇的流场和流噪声的数值研究是目前潜艇设计和性能优化的重要课题之一、全附体潜艇是一种与水环境完全融合的潜艇设计，其外形与周围水体形成一体，降低了水体与潜艇之间的相对运动，有效减小了流场和流噪声。

全附体潜艇的流场主要包括水动力流场和流噪声流场两个方面。

水动力流场研究主要关注水体流动对全附体潜艇的干扰程度，以及潜艇的流阻力和流场的压力分布等问题。

流噪声流场研究则主要关注潜艇在运动中所产生的噪声，并通过数值模拟和分析的方法研究减小流噪声的方案和措施。

在进行全附体潜艇流场和流噪声的数值研究时，一般采用计算流体力学（CFD）方法，利用计算机模拟流动过程，求解流场和流噪声的数值解。

对于流场的数值研究，可以基于雷诺平均Navier-Stokes（RANS）方程或大涡模拟（LES）方法来进行数值求解。

流噪声的数值研究可以利用声学方程和与流动相关的噪声模型来进行模拟和分析。

在全附体潜艇的流场数值研究中，需要考虑到潜艇与水体之间的干扰、流动的非线性以及潜艇尾迹产生的湍流等因素。

通过数值模拟可以分析潜艇表面流动的细节，包括流速、压力、湍流能量等参数，从而为优化潜艇外形提供依据。

在全附体潜艇的流噪声数值研究中，需要考虑潜艇在运动中所产生的噪声源，如舰体振动、螺旋桨和舵面的气动噪声以及由潜艇与水体之间的相互作用引起的流噪声等。

通过数值模拟可以对这些噪声源进行定量的分析和评估，从而为减小潜艇的流噪声提供参考。

通过全附体潜艇流场和流噪声的数值研究，可以评估潜艇的水动力性能和噪声特性，为潜艇设计和优化提供重要参考。

此外，数值研究还可以为潜艇的水动力性能预测和噪声控制提供可行的方案和措施，提高潜艇的性能和隐身性。

浅析现代潜艇最关键、最致命的技术：降噪现代潜艇最关键、最致命的技术是什么？答案肯定是众口一词：降噪。

本文讲究相关问题做一个简单的介绍。

潜艇的噪声可以分为三类1. 辐射噪声它是指辐射到艇外水中的噪声，这是最重要的，关系到潜艇的隐蔽性问题。

对于核潜艇来说，公认的最大辐射噪声源是三个：螺旋桨、核反应堆主循环泵和主机减速齿轮箱，当低速航行时，最大噪声源是主泵或齿轮箱，当高速航行时，最大噪声源就变为螺旋桨了。

2. 舱室空气噪声指潜艇里的各种声源辐射到舱室空气中的噪声，主要对艇内人员身体产生危害，以机械运转声为主，人在艇内能感受到的最大噪声源一般是柴油机（各种潜艇）、减速齿轮箱（核潜艇)发出的声音。

3. 自噪声指对本艇水声观通器材的工作产生干扰的噪声。

它是由潜艇自身的动力装置和船体运动等所引起的水噪声。

不同型号的潜艇自噪声源也不一样，但一般来讲，艇的首部自噪声最低，越往后越高，因为越靠近螺旋桨，所以从干扰声纳工作的角度来说，最大噪声源来自螺旋桨。

所以声纳装置一般尽量装在前部。

（对泵喷水推进的潜艇，原来螺旋桨的噪声矛盾不太突出了，最大噪声源有时在指挥台后部，可能是甲板上凸起的围壳产生的湍流所致，因此很多潜艇的指挥台围壳做成低矮圆滑的形状，俗称飞机舱盖形）。

噪声来源及其控制方法这个世界上有能力造出核动力潜艇得也就5家，所以核动力潜艇可不普通。

至于噪声问题，那是潜艇最重要的生存和作战工具，噪声的具体数值绝对是最高机密。

不过可以给一些参考，美国的上一代核潜艇洛杉矶级的噪声大概在110-120分贝，当然这是平均值，不同的运行状态下，潜艇的噪声会有很大差异。

潜艇噪声主要来自于机械噪声、螺旋桨噪声和水动力噪声。

这些噪声在潜艇的不同航速下，对潜艇的辐射总噪声有不同的影响。

潜艇在电力推进工况下，低速时噪声主要来自机械噪声，而中高速时螺旋桨噪声是主要噪声源。

1. 机械噪声机械噪声是由于潜艇内主、辅机和轴系的运转，以及与其相连的基座、管路和艇体结构的振动而引起的。