浅析现代潜艇最关键、最致命的技术：降噪

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　　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。这种振动辐射到舱室引起舱室空气噪声，辐射到水中，构成潜艇的辐射噪声、自噪声。


　　对于机械噪声，一般采取两种途径进行降噪处理。一方面是通过各设备的合理设计，减少各设备的振动，即对噪声源的降噪处理，如采取措施降低柴油机的噪声等;另一方面，在传播途径上隔离和吸收噪声，从而使得噪声向外辐射的能量尽量减少。


　　由于噪声源是不可能消除的，因此如何在噪声传播途径上采取有效措施来抑制噪声的传播成为降噪问题中的很重要的课题。比如采用先进工艺精心加工减速齿轮箱，并对减速齿轮箱和所有的辅机设备采用减震隔震技术。


　　1)隔振

　　隔振是降低艇上机电设备通过基座传递结构噪声的主要手段。对于主机设备，一般采用双层隔振技术，即两层隔振的弹性材料间夹用中间物质，利用弹性元件的阻尼和中间物质的设计来抑制和衰减波的传播，获得较好效果。


　　如西德柴油机的双层隔振装置。对于辅机设备，如泵、电机、风机等，国外大量采用了“浮筏隔振降噪技术”，即把多个不同的机械、设备以紧凑的空间布置安装在一个共同的筏体或筏架上，柔性地支撑或悬挂在艇体结构上。


　　一般浮筏装置的设计应注意以下几点：

　　  · 设备、筏体及隔振器应布置得十分紧凑，充分利用舱室的立体空间;

　　  · 筏体通过适当的隔振器支撑在艇内甲板或隔壁上的强结构上，有动力的辅机通过隔振器安装在筏体上，从而形成双层隔振;

　　  · 筏体和隔振器的设计因不同的设备而异;

　　  · 筏体上应尽量敷设阻尼材料。


　　2)阻尼

　　阻尼也是目前降噪的主要手段之一。即在艇设备基座和艇体外部敷设吸声、阻尼材料，尤其是在艇体外表面敷设消声瓦。消声瓦的主要特点是可以吸收对方主动声纳发射的探测声波，而且可以抑制艇壳振动，隔离艇内噪声向外辐射，因此敷设消声瓦可以大大提高潜艇的隐蔽性，改善本艇声纳的工作环境，提高其作用距离。


　　敷设消声瓦应注意以下几点：

　　  · 在艇体设计时，充分考虑消声瓦的安装需要。艇体尽可能光顺，减少曲率的突变和开孔。流水孔、可拆板、舾装件在结构上作适应性设计，以保证其上表面与消声瓦一致。

　　  · 对于敷设消声瓦要制定一套严谨的工艺措施，以保证粘贴的牢固性。

　　  · 对消声瓦要有一套成熟、严格的维护保养规定。


　　2. 螺旋桨噪声

　　螺旋桨噪声一般是潜艇中高速航行时的主要噪声源，即使在较低速度航行时，螺旋桨噪声也是潜艇的主要噪声源。与机械噪声不同，螺旋桨噪声产生在艇体外面，是由螺旋桨转动所引起的，即主要是由螺旋桨叶片振动和螺旋桨空泡产生的。


　　众所周知，潜艇的尾部是有伴流场存在的，而且伴流场在周向是不均匀的，这样螺旋桨叶片在不均匀伴流场中工作就产生非定常的推力和转矩，这种载荷就引起螺旋桨叶、轴系的振动。螺旋桨的空泡噪声是潜艇辐射噪声高频部分的主要成分。空泡的产生除了与潜艇的下潜深度及螺旋桨转速有关外，还与尾部螺旋桨区域的伴流场是否均匀有关。


　　基于上述原因，降低螺旋桨噪音的最有效方法之一是采用七叶大侧斜螺旋桨，这在发达国家的潜艇中已经普遍采用。虽然七叶大侧斜螺旋桨比传统的五叶桨在效率上有所降低，但由于它的大侧斜，使叶片的叶根和叶梢不会同时到达伴流场的高压区或低压区，即不会造成整个桨处在高压——低压——高压的循环状态，因此有效地抑制了螺旋桨的振动，从而降低了螺旋桨的噪声;又因为它比五叶桨的叶数增加，使得承受推力的叶片面积增大，导致每一叶上的推力减少，从而延迟了空泡的产生，达到降低噪声的目的。


　　3. 水动力噪声

　　水动力噪声是由不规则或起伏的水流流过运动着的潜艇产生的。当不规则的水流流过艇体时，与之有关的压力起伏，作为声波直接辐射出去。更为重要的是不规则或起伏的水流还可能激起艇体上某些空腔、板和附体的共振，从而辐射声波，这是重要的水动力噪声源。


　　在一般情况下，水动力噪声产生的辐射噪声并不重要，它往往被机械噪声和螺旋桨噪声所掩盖。但是，在特殊情况下，如在结构部件、空腔等处被激励而出现共振时，就会对潜艇的总噪声贡献很大。为了防止这种噪声线谱的出现，一般尽量减少突出体、舷外孔和舱口的数量，对于艇上穴孔、指挥台围壳大开口采用覆盖或启闭装置，等等。


　　本文由声振之家根据百度文库《关于潜艇减噪》一文摘抄整理而成，版权归原作者所有