船舶振动及减振措施探讨
船舶是一个自由漂浮在水中的弹性体，只要螺旋桨或主机工作，总是会引起船体不同程度的振动。轻微的振动是允许的，也是不可避免的。但船体振动过大会导致船体结构产生疲劳破坏，影响船上设备和仪器的正常工作，降低使用精度，缩短使用寿命，严重时还会导致船体断裂乃致沉没；同时船体振动还严重影响着船员和旅客的居住舒适性、船员的工作效率和身体健康。船舶振动不但与其振源有关，而且与船舶总布置、尾部线型和船体结构直接有关。而激起船体振动的主要振源（也称激励源）是螺旋浆和主机，它们在运转时将激起周期性干扰力，使船体发生稳态强迫振动，若激励幅值过大或引起了共振，就会产生剧烈的振动。
一、船舶振动产生的原因
船体振动分总振动和局部振动，总振动较少出现，而局部振动则较为普遍。船舶振动产生的主要原因有以下几个方面：
（一）线型：因为尾部线型对伴流的分布起决定性作用，直接影响螺旋桨来流和去流产生漩涡、伴流等方面的状况，这些都直接与船体振动有关。
（二）船体结构：如船体结构布置、构件取材不合理、刚度不足、结构不连续，这些都会使船体板格固有频率太小，或产生应力集中和惯性矩不能满足要求，特别是若机舱、尾部结构不合理或板材、构件取材太小，刚度不足；另外，甲板开口宽度超过3/4B的内河浅水大开口船，在航行中产生较大扭矩，使轴系偏移，也都会引起船体振动。
（三）螺旋桨的选择及与船体线型匹配。螺旋桨诱导的表面力和空泡是导致剧烈尾振的原因，而这两者又与螺旋桨的设计如桨叶的倾斜度、盘面比、螺距、厚度分布和叶片数等有关，因而螺旋桨的选择直接影响到船体振动；同时螺旋桨与船体线型是否匹配、间隙是否足够，均与船体振动密切相关，因为若螺旋桨与船体、尾柱、舵托、舵之间的间隙太小，螺旋桨诱导的脉动压力将会剧增，加上伴流不均匀，使螺旋桨的激励力较大，使尾振加剧。
（四）主副机的选择。因为柴油机运转时作用在船体上的周期性干扰力主要有两种，一是运动部件的惯性力产生的不平衡力和不平衡力矩；二是气缸内气体爆炸压力产生的对气缸侧壁的侧向压力和倾复力矩；若主副机选择不当，会使以上两种周期性干扰力增大，使船体产生强迫振动。
第１５卷第５期
２０１１年５月 船舶力学 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｈｉｐ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ Ｖｏ１．１５ Ｎｏ．５ Ｍａｙ ２０１１
文章编号：１００７—７２９４（２０１ １）０５—０５６３—０７
推进器激励船舶振动辐射声计算方法
谢基榕 ，徐利刚２ ７沈顺根 ，吴有生
（１中国船舶科学研究中心，江苏无锡２１４０８；２军代表室，江苏无锡２１４０６１）
摘要：文章在铁木辛柯梁的基础上，建立螺旋桨、轴系及船体耦合振动的数学物理模型，采用声极子模型计算各 船体截面振动引起的辐射声压。计算分析了激励力直接作用到船体和经螺旋桨、轴系激励船体振动产生声辐射 的差别，指出轴系振动对螺旋桨激励力激起船体振动并产生声辐射有着关键的影响作用。 关键词：推进器激励；船体振动；轴系；噪声 中图分类号：ＴＢ５３ Ｕ６６１．４４ 文献标识码：Ａ
Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｌ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｒａｄｉａｔｉｎｇ ｓｏｕｎｄ ｅｘｃｉｔｅｄ
ｂｙ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｈｉｐ ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ
Ｘ／Ｅ 一ｒ０ ，ＸＵ Ｌｉ－ｇａｎｇ ，ＳＨＥＮ Ｓｈｕｎ－ｇｅｎ ， Ｙｏｕ－ｓｈｅｎｇ
（１ Ｃｈｉｎａ Ｓｈｉｐ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｗｕｘｉ ２１４０８２，Ｃｈｉｎａ；２ Ａｒｍｙ Ｄｅｐｕｔｙ，Ｗｕｘｉ ２１４０６１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ ｂｅａｍ ｍｏｄｅｌ，ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ，ｓｈａｆｔ
ａｎｄ ｓｈｉｐ ｈｕｌｌ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｏｕｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｅｒｉｖｅｄ ｂｙ ｈｕｌｌ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｉｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｗｉｔｈ
ｍｏｎｏｐｏｌｅ ｏｒ ｄｉｐｏｌｅ ｍｏｄｅ１．Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｓｏｕｎｄ ｄｅｒｉｖｅｄ ｂｙ ｈｕｌｌ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｉｎｄｕｃｅｄ ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ ｅｘｃｉ—
推进轴系纵向振动引起的艇体声振特性分析 １５５
文章编号：１００６．１３５５（２０１２）０３—０１５５—０４
推进轴系纵向振动引起的艇体声振特性分析
张赣波，赵耀
（华中科技大学船舶与海洋工程学院，武汉４３００７４）
摘要：螺旋桨在艇体艉部不均匀伴流场中旋转产生的脉动推力激励起推进轴系纵向振动，振动经推力轴承基座 传递至艇体，引起艇体水下低频辐射噪声。通过建立推进轴系、推力轴承基座和艇体耦合结构模型，分析推进轴系一 艇体的耦合振动模态，结果显示，艇体弹性支撑边界条件对推进轴系的纵向振动特性有一定影响。采用基于模态叠加 法的有限元结合边界元方法分析推进轴系纵向振动激励下的艇体水下辐射声场，分析表明，艇体第１阶纵向振动模态 是参与艇体水下声辐射的主模态。进一步在推力轴承及其基座问安装动力吸振器以减小推进轴系纵向振动向艇体的 传递，使艇体水下辐射噪声得到一定程度上的控制。 关键词：振动与波；纵向振动；模态叠加法；有限元／边界元法；艇体声辐射；动力吸振器 中图分类号：ＴＢ５３３；Ｕ６６４．２ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ编码：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６．１３５５．２０１２．０３．０３６
Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｕｂｍａｒｉｎｅ Ｈｕｌｌ
Ｉｎｄｕｃｅｄ ｂｙ Ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ Ｓｈａｆｔｉｎｇ
ＺＨＡＮＧ Ｇａｎ—ｂｏ．ＺＨＡ０ Ｙａｏ
（Ｈｕａｚｈｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ￣Ｗｕｈａｎ ４３００７４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐｕｌｓａｔｉｌｅ ｔｈｒｕｓｔ ｏｆ ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ ｉｎｄｕｃｅｄ ｂｙ ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ ｗａｋｅ ｆｉｅｌｄ ｃａｎ ｃａｕｓｅ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ ｓｈａｆｔｉｎｇ．Ｔｈｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｗｉｌｌ ｔｒａｎｓｍｉｔ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｓｈａｆｔｉｎｇ，ｔｈｒｕｓｔ ｂｅａｔｉｎｇ ａｎｄ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ｓｕｂｍａｒｉｎｅ ｈｕｌｌ， ａｎｄ ｉｎｄｕｃｅ ｔｈｅ ｌｏｗ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｈｕｌ１．Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｓｈａｆｔｉｎｇ， ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｈｕｌ１．ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ ｓｈａｆｔｉｎｇ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｔｈｅ ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ ｓｈａｆｔｉｎｇ— ｓｕｂｍａｒｉｎｅ ｈｕｌｌ ｃｏｕｐｌｅｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｔｈｅ ｈｕｌｌ ｗａｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｂｙ ＦＥＭ／ＢＥＭ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｍｏｄｅ ｓｕｐｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ ｉＳ ｏｎｅ ｏｆ ｍａｉｎ ｍｏｄｅｓ ｗｈｉｃｈ ｐａｒｔｉｃｉｐａｔｅｓ ｔｈｅ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｒａｄｉａｔｉｏｎ．Ｂｙ ｉｎｓｔｉｌｌｉｎｇ ａ ｄｙｎａｍｉｃ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａｂｓｏｒｂｅｒ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｔｈｒｕｓｔ ｂｅａｒｉｎｇ ａｎｄ ｉｔｓ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ， ｔｈｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ｈｕｌｌ Ｃａｎ ｂｅ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ．Ｔｈｅ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｕｌｌ ｉｎｄｕｃｅｄ ｂｙ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｏｆｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ ｓｈａｆｔｉｎｇ ｃａｎ ｂｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ．’ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｗａｖｅ；ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ；ｍｏｄｅ ｓｕｐｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ；ＦＥＭ／ＢＥＭ；ｓｕｂｍａｒｉｎｅ ｈｕｌｌ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｒａｄｉａｔｉｏｎ；ｄｙｎａｍｉｃ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａｂｓｏｒｂｅｒ
轴系的回旋运动对船舶噪声的影响 ６９
文章编号：１００６—１３５５（２００７）０２～００６９—０２
轴系的回旋运动对船舶噪声的影响
梁向东
（中国舰船研究设计中心，武汉４３００６４）
摘要：船舶的螺旋桨和推进轴组成的轴系在航行时将产生回旋运动。当回旋运动的角频率与轴系的弯曲振 动的固有频率吻合时，能产生高能量的噪声辐射。依据工程实例阐述并证实了这一现象。最后，据此对船舶轴系 的设计提出一些参考建议。 关键词：振动与波；螺旋桨；轴；噪声；回旋 中图分类号：Ｐ７３３．２２ 文献标识码：Ａ
Ｔｈｅ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｐｒｏｐｅｌｌｉｎｇ Ｓｈａｆｔ Ｗｈｉｒｌｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ Ｓｈｉｐ Ｎｏｉｓｅ
ＬＩＡＮＧ Ｘｉａｎｇ—ｄｏｎｇ （Ｃｈｉｎａ Ｓｈｉｐ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｗｕｈａｎ ４３００６４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｓｈａｆｔ ｓｙｓｔｅｍ ｔｈａｔ ｃｏｎｓｉｓｔｅｄ ｏｆ ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ ａｎｄ ｓｈａｆｔ ｃａｎ ｒｏｔａｔｅ ａｒｏｕｎｄ ｔｈｅ ｃｅｎｔｅｒ ｌｉｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈａｆｔ ｗｈｅｎ ｓｈｉｐ ｉＳ ｓａｉｌｉｎｇ． ｒｈｉｓ ｒｏｔａｔｉｎｇ ｍｏｖｅ ｉＳ ｃａｌｌｅｄ ｃｉｒｃｕｍｕｔａｔｉｏｎ．Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ａｎｇｌｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｍｕｔａｔｉｏｎ ｉＳ ｃｌｏｓｅ ｔｏ ｔｈｅ ｎａｔｕｒａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈａｆｔ ｂｅｎｄｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ．ｔｈｅ ｓｈｉｐ ｗｉｌｌ ｒａｄｉａｔｅ Ｖｅｒｙ
ｉｎｔｅｎｓｉｖｅ ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ ｎｏｉｓｅ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．ｔｈｉｓ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ ｉＳ ｃｏｎｖｉｎｃｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｅｘａｍｐｌｅ ｏｆ ａｎ ｅｎｇｉ—
ｎｅｅｒｉｎｇ ｔｅｓｔ．Ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｄ，ｓｏｍｅ ｉｄｅａｓ ａｂｏｕｔ ｌｏｗ ｎｏｉｓｅ ｓｈａｆｔ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ ａｒｅ ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｅｄ．
