船舶噪聲的案例
船舶結構振動噪聲分析及其進展
在對船舶噪聲控制時還應注意到，在實際中往往受到船舶造價和造船廠技術條件的限制，因此在船舶設計階段就應考慮船舶噪聲控制的因素，并在船舶建造過程中注意噪聲控制設計工藝的實施。
ProNas能量有限元法在船舶中高頻噪聲預測的應用
在上一期的文章《中高頻噪聲仿真的新科技—自主研發能量有限元軟件ProNas》中，我們介紹了ProNas能量有限元法產生的背景、原理、優勢，以及基于ProNas能量有限元理論，安世亞太自主研發的ProNas軟件的特點和優勢。
本文，結合具體應用，介紹ProNa能量有限元法在船舶中高頻噪聲預測中的應用。以ProNas能量有限元理論為基礎，建立了船舶的ProNas能量有限元計算模型，采用安世亞太大型商用軟件ProNas對復雜激勵在船舶各艙室產生的中高頻結構噪聲及空氣噪聲進行仿真計算，得到船舶各艙室聲壓級，并利用ProNas軟件后處理功能確定激勵源及傳遞路徑處的能量分布云圖，對不滿足噪聲目標的艙室進行了聲學優化，最終解決了大型實際船舶工程的中高頻噪聲預測與控制問題。
復雜結構的中高頻噪聲的控制一直以來都是各工業領域研究的重點與難點問題，尤其對于大型船舶其內環境相比其它工業產品更加獨特：結構形式縱橫交錯，艙室眾多，噪聲誘因復雜，聲源品種繁多密集，噪聲強度較大，噪聲頻域帶寬且持續穩定，結構噪聲與空氣噪聲相互轉化。以上這些特點，就使得船舶噪聲控制起來更加困難。
2014年7月國際海事組織（IMO）簽訂生效的新的《船上噪聲等級規則》要求居住區部分艙室聲壓級在舊規范的基礎上降低5dB(A),這就要求船舶工程設計人員需要采取更加有效的控制手段來降低船舶噪聲。
傳統的以有限元（FEA）、邊界元（BEA）、統計能量分析（SEA）等算法為基礎而發展起來的商用軟件工具，在計算效益上存在不足和瓶頸，很難滿足來自噪聲振動工程界及學術科研的越來越復雜、精細及多學科綜合解析優化的工程設計和技術發展需求。
展開 完美“聲優” | ProNas在大型船舶中高頻噪聲預測的應用
船舶噪聲[9-10]主要包括主機噪聲、螺旋槳噪聲及水動力噪聲。
船舶機械噪聲控制對策的探討
目前，我國的船舶機械行業發展勢頭非常好，而人們不僅對于船舶機械的舒適性有了更高的要求，同時要求船舶機械能夠有更小的噪音。相關研究表明，船舶機械產生噪聲的根源就是振動，在振動的頻率較大時，除了會使機械的各種零件出現老化和損害，而且會縮減設備的使用壽命。作者通過研究如何對船舶機械行業實施有效的控制，其主要目的是促進我國船舶機械行業的更好發展。
一、船舶機械噪音可能導致的危害
船舶機械噪音首先危害的就是人的聽力，長期處于這種環境中，還會損害人的血管和神經系統。長此以往，使得人的身心發育都受到極大的危害。不僅如此，船舶機械噪聲對于人的聽覺、視覺等的影響都是破壞性的，有時還會使人出現頭暈眼花等問題，若反應比較大的人員還可能會患上高血壓或者各類心腦血管疾病。
導致上述這些問題的根源就是船舶機械工作期間出現的振動，振動的頻率越高則噪聲對于人們的危害也就越大，還會導致船舶機械的各個零件產生疲勞損壞，這便會使得船舶機械的壽命也隨之大大縮減，導致船舶機械在工作過程中產生各類安全事故。不僅如此，機械設備在工作期間，其本身的平順性以及耐久性對于噪聲大小也有著很大的影響。
二、船舶機械噪聲限值和控制的重點
要想使船舶機械的噪聲問題得到很好的解決，更好的改進環境水平，就必須要針對船舶機械噪聲出臺相關的限制法案。我國在數年前就制定了這一法案，一直使用到今天，機械設備必須在滿足法案中的基本要求后才能夠投入使用。
1.
展開 
ProNas能量有限元方法在船舶中高頻振動噪聲分析預測的應用
本文以能量有限元理論為基礎，建立船舶能量有限元計算模型，采用國產自主商用軟件ProNas，對復雜激勵下船舶各艙室產生的中高頻結構噪聲及空氣噪聲進行仿真計算，得到船舶各艙室聲壓級，并利用ProNas后處理功能顯示激勵源及傳遞路徑處的能量分布云圖。據此，對不滿足噪聲目標的艙室進行聲學優化，最終解決了大型實際船舶工程的中高頻振動噪聲預測與控制問題。
關鍵詞： 能量有限元；船舶；中高頻振動噪聲；ProNas軟件；聲學優化
1. 引言
結構中高頻噪聲的控制一直以來都是各工業領域研究的重點與難點問題，相比其它工業產品，船舶結構復雜、艙內環境更加獨特[1]：船舶結構形式縱橫交錯，艙室眾多，噪聲誘因復雜，聲源品種繁多密集，噪聲強度較大；船舶結構中的振動噪聲問題基本都在中高頻范圍；結構噪聲與空氣噪聲可以相互轉化。以上這些特點，使得船舶噪聲控制起來十分困難。并且，國際海事組織（IMO）出于對船艇人員舒適性和健康的考慮，2014年簽訂生效的《船上噪聲等級規則》，對船上振動和噪聲指定了更嚴格的限制，與原有規則相比，要求居住區部分艙室聲壓級降低5dB(A)，這就要求船舶工程設計人員需要采取更加有效的控制手段來降低船舶噪聲。
目前，噪聲預測的理論體系相對完善，并已將理論應用于大量實際工程中。按激勵源頻率及具體工業產品，可將振動和噪聲的問題劃分為低頻、中頻及高頻。低頻結構的響應具有確定性，工程中常用的數值方法有：有限元法（FEM）、邊界元法（BEM）；理論上，上述兩種方法可計算任意結構、任意頻率下的振動場。
展開 ProNas能量有限元方法在船舶中高頻振動噪聲分析預測的應用
本文以能量有限元理論為基礎，建立船舶能量有限元計算模型，采用國產自主商用軟件ProNas，對復雜激勵下船舶各艙室產生的中高頻結構噪聲及空氣噪聲進行仿真計算，得到船舶各艙室聲壓級，并利用ProNas后處理功能顯示激勵源及傳遞路徑處的能量分布云圖。據此，對不滿足噪聲目標的艙室進行聲學優化，最終解決了大型實際船舶工程的中高頻振動噪聲預測與控制問題。
關鍵詞： 能量有限元；船舶；中高頻振動噪聲；ProNas軟件；聲學優化
1. 引言
結構中高頻噪聲的控制一直以來都是各工業領域研究的重點與難點問題，相比其它工業產品，船舶結構復雜、艙內環境更加獨特[1]：船舶結構形式縱橫交錯，艙室眾多，噪聲誘因復雜，聲源品種繁多密集，噪聲強度較大；船舶結構中的振動噪聲問題基本都在中高頻范圍；結構噪聲與空氣噪聲可以相互轉化。以上這些特點，使得船舶噪聲控制起來十分困難。并且，國際海事組織（IMO）出于對船艇人員舒適性和健康的考慮，2014年簽訂生效的《船上噪聲等級規則》，對船上振動和噪聲指定了更嚴格的限制，與原有規則相比，要求居住區部分艙室聲壓級降低5dB(A)，這就要求船舶工程設計人員需要采取更加有效的控制手段來降低船舶噪聲。
目前，噪聲預測的理論體系相對完善，并已將理論應用于大量實際工程中。按激勵源頻率及具體工業產品，可將振動和噪聲的問題劃分為低頻、中頻及高頻。低頻結構的響應具有確定性，工程中常用的數值方法有：有限元法（FEM）、邊界元法（BEM）；理論上，上述兩種方法可計算任意結構、任意頻率下的振動場。
展開 船舶噪聲仿真分析
船舶噪聲來源主要有三個，分別是艙室噪聲、水下輻射噪聲以及自噪聲，分別介紹如下：
01
艙室噪聲
艙室噪聲是由船舶的結構噪聲和空氣噪聲共同引起的。除空氣聲源艙室和鄰近艙室中的艙室噪聲主要由空氣噪聲決定外，其它艙室的艙室噪聲主要由結構噪聲決定。
02
水下輻射噪聲
船舶在海上航行時引起的水下輻射噪聲，主要由機械設備振動產生的水下噪聲、螺旋槳噪聲、螺旋槳脈動壓力作用在艉部結構產生的水下噪聲和水動力噪聲組成。
03
自噪聲
自噪聲是指聲納接收換能器所接收到的其載體產生的噪聲和聲納設備本身產生噪聲的總和。
目前噪聲仿真分析技術已擁有聲振耦合分析功能，適用于仿真計算船體設備的振動引起的聲輻射、水下艦艇的聲輻射、阻尼與隔振等問題，并可以通過合理地優化船舶總體結構與各部件，達到減振降噪的目的。圖中是水下某艦艇聲輻射仿真分析應用示例。
展開 聲學仿真：船舶噪聲仿真分析
來源：舟山虛擬仿真驗證平臺
船舶噪聲來源主要有三個，分別是艙室噪聲、水下輻射噪聲以及自噪聲，分別介紹如下：
01
艙室噪聲
艙室噪聲是由船舶的結構噪聲和空氣噪聲共同引起的。除空氣聲源艙室和鄰近艙室中的艙室噪聲主要由空氣噪聲決定外，其它艙室的艙室噪聲主要由結構噪聲決定。
02
水下輻射噪聲
船舶在海上航行時引起的水下輻射噪聲，主要由機械設備振動產生的水下噪聲、螺旋槳噪聲、螺旋槳脈動壓力作用在艉部結構產生的水下噪聲和水動力噪聲組成。
03
自噪聲
自噪聲是指聲納接收換能器所接收到的其載體產生的噪聲和聲納設備本身產生噪聲的總和。
目前噪聲仿真分析技術已擁有聲振耦合分析功能，適用于仿真計算船體設備的振動引起的聲輻射、水下艦艇的聲輻射、阻尼與隔振等問題，并可以通過合理地優化船舶總體結構與各部件，達到減振降噪的目的。圖中是水下某艦艇聲輻射仿真分析應用示例。
展開 船舶四大主要噪聲源概述
柴油機高壓油管內的油壓變化幅度非常大，更會產生不容忽視的液壓沖擊噪聲。
二、輔助機械的噪聲
輔助機械包括各種艙室機械如水泵、油泵、風機、鍋爐等，甲板機械如貨物裝卸設備、錨絞設備以及各種挖泥機等工作機構等。
鍋爐噪聲主要在燃燒室附近較明顯，自然通風時空氣卷入火焰及可燃物小團粒隨機爆裂；人工通風時通風機是主要的噪聲源。液壓系統的噪聲，可來自液體動力引起的沖擊力、脈動、氣穴聲和機械振動及管道、油箱的共嗚聲等。空調通風系統也是船舶艙室主要噪聲源之一。
三、螺旋槳噪聲
螺旋槳噪聲的強度較主輔機噪聲的強度要弱，影響范圍也主要限于尾部艙室。其噪聲性質可分為兩種：一是低頻噪聲，由槳葉和流體相互作用的流體動力效應及水流沖擊尾柱而引起的；另一種是“空泡”引起的葉片振動而產生的高頻噪聲。
四、船體振動的噪聲
船體振動的噪聲是由主輔機及螺旋槳的擾動和各種機械及波浪的沖擊引起的振動而產生。船體周期性的變形使殼板之間產生摩擦聲，及因此而使船體結構發出各種傾軋聲等。
摘自《中國水運（理論版）》2006年第7期《船舶噪聲污染及其控制》，作者：羅孝學、余運茂、許庭春、葉進。
展開 LMS Virtual.Lab 4月16-17日武漢船舶噪聲NVH培訓資料
這是LMS 4月16-17號在武漢舉行的船舶噪聲方面的培訓，涉及的內容比較廣，涉及到了基本的聲學計算和一些高級問題的分析方法，例如聲振耦合計算、動力系統消聲器、聲振傳遞向量（VATA）、流體噪聲、水聲、螺旋槳噪聲等各個方面，是非常難得的資料！由于文件相對較大，因此提供外鏈下載，希望這個資料能對您有所幫助！謝謝！
下載地址：http://www.kuaipan.cn/file/id_4630314047505272.htm
船舶應用 | 如何使用自噪聲監測系統管理聲學隱身？
為了確保這種新型戰艦的聲學隱身，BAE系統公司需要一個世界級的自噪聲監測系統。
世界級的海軍工程
BAE系統公司是一家全球性的國防、航空航天和安全公司，其員工遍布40多個國家/地區，與技術嫻熟的合作伙伴有著密切的合作。BAE系統公司在空中、海上、陸地以及網絡世界中提供競爭優勢，設計、制造和支持復雜的水面艦艇、潛艇、魚雷、雷達以及指揮和作戰系統。
26型護衛艦是一艘旨在保護強大的新型航空母艦的新型戰艦，將取代英國的23型反潛戰（ASW）護衛艦。8艘26型護衛艦的設計使用壽命至少為25年，在2060年之前都將作為皇家海軍水面艦隊的中堅力量。
“聲學探測和識別技術正變得越來越先進和復雜，我們必須確保獲得符合T26嚴苛要求的尖端解決方案。”
——Andy Kellett，英國MOD的T26需求經理
管理船舶的聲學特征
聲隱身的重要性在苛刻的海洋條件下不容小覷，因為海上的生命取決于其未被發現的時間。由于其ASW角色，T26護衛艦必須保護艦隊免受潛在入侵潛艇的威脅，因此船舶安靜并且機組人員能夠精確監控產生的噪聲與振動非常重要。聲學特征，即船舶及其船上設備和系統在水中產生的噪聲與振動，是此類船舶的關鍵要求，必須盡可能低，以避免被發現。
基本監控
為保持聲學上的自由行動權，應考慮船舶的所有噪聲源，包括人員、船上設備和空化以及整個船舶的輻射噪聲特征。降低船舶的輻射噪聲特征是其戰術部署的關鍵因素，而自噪聲監測系統對于管理船舶的聲學特征至關重要。
BAE系統公司非常重視聲學隱身，基于早期幾個項目的成功經驗，BAE再次選擇由Brüel & Kj?r為前三艘26型護衛艦提供商用現貨（COTS）的自噪聲監測系統（SNMS），也稱為船體振動監測設備（ HVME）。
展開 
極地科考破冰船水下輻射噪聲分析
引言
近年來, 隨著船舶航運事業的發展, 海洋噪聲污染帶來的問題日益突出, 由船舶引起的水下噪聲是人類活動對水下環境噪聲產生影響的重要因素。隨著海洋資源利用程度的增加及經濟全球化水平的發展, 船舶水下輻射噪聲嚴重威脅著海洋生物的生存發展, 噪聲對海洋生物特別是哺乳動物的影響, 引起了國外環境保護組織和科學家的高度關注, 國際海事組織也不斷有提案涉及要求商用運輸船控制水下輻射噪聲的內容[1]。另一方面, 在兩極特殊環境下運行的極地科考破冰船要求在不干擾海洋生物正常活動的前提下開展兩極和大洋的科學考察, 更需要在特定頻率范圍內對水下輻射噪聲進行嚴格控制, 以期獲得自身探測設備較佳的環境場。然而尤其是高等級破冰強度的極地科考破冰船, 其所具備的破冰船型、大功率主機、高強度螺旋槳以及可能安裝于船體外的全方位推進器都給水下輻射噪聲控制帶來了極大的挑戰。采取適當的技術措施, 以使得極地科考破冰船的水下輻射噪聲接近或達到國際上對新一代海洋科考船水下輻射噪聲最高要求, 成為國內科學研究者追求的目標。對于船舶控制水下輻射噪聲的研究, 公開發表的文章不多, 國際上針對不同船型的控制方法也僅處于結合工程實際的探索階段。國際海洋勘察理事會(international council for the exploration of the sea, ICES)為此在1995年發布的編號為209的《考察研究報告》(Cooperative Research Report) 即ICES 209[2]中提出了水下輻射噪聲的控制限制線, 報告中指出當時對于新船或改裝船只的水下噪聲控制策略和注意事項, 但對于采用吊艙全回轉、齒輪全回轉或直葉槳推進等全方位電力推進的破冰船、科考船卻并無提及。
展開 使用自噪聲監測系統管理聲學隱身
為了確保這種新型戰艦的聲學隱身，BAE系統公司需要一個世界級的自噪聲監測系統。
世界級的海軍工程
BAE系統公司是一家全球性的國防、航空航天和安全公司，其員工遍布40多個國家/地區，與技術嫻熟的合作伙伴有著密切的合作。BAE系統公司在空中、海上、陸地以及網絡世界中提供競爭優勢，設計、制造和支持復雜的水面艦艇、潛艇、魚雷、雷達以及指揮和作戰系統。
26型護衛艦是一艘旨在保護強大的新型航空母艦的新型戰艦，將取代英國的23型反潛戰（ASW）護衛艦。8艘26型護衛艦的設計使用壽命至少為25年，將成為20世紀60年代皇家海軍水面艦隊的支柱。
管理船舶的聲學特征
聲隱身的重要性在苛刻的海洋條件下不容小覷，因為海上的生命取決于其未被發現的時間。由于其ASW角色，T26護衛艦必須保護艦隊免受潛在入侵潛艇的影響，因此船舶安靜并且機組人員能夠精確監控產生的噪聲與振動非常重要。聲學特征，即船舶及其船上設備和系統在水中產生的噪聲與振動，是此類船舶的關鍵要求，必須盡可能低，以避免被發現。
基本監控
為保持聲學上的自由行動權，應考慮船舶的所有噪聲源，包括人員、船上設備和空化以及整個船舶的輻射噪聲特征。降低船舶的輻射噪聲特征是其戰術部署的關鍵因素，而自噪聲監測系統對于管理船舶的聲學特征至關重要。
BAE系統公司非常重視聲學隱身，隨著早期幾個項目的成功，再次選擇由Brüel & Kj?r為前三艘26型護衛艦提供商用現貨（COTS）自噪聲監測系統（SNMS），也稱為船體振動監測設備（ HVME）。
26型供應鏈總監Chris Curtis說：“Brüel & Kj?r之前為BAE系統公司提供高質量產品的歷史記錄支持了HVME的合同簽訂。
展開 國外水下噪聲試驗手段發展趨勢
1975年，美國海軍開始測量貨船的窄帶譜，通過測量一艘基準商船建立精確地商船噪聲參數模型，然后測試多艘商船來擴展此參數模型使其適用于世界上大多數商船。
回歸分析得到航速、吃水、馬力、船長及主機類型等工程參數與輻射噪聲源級之間的擬合關系。美國水面戰艦中心的Arveson (2000)[18]對現代貨船的輻射噪聲特性進行了試驗研究。
位于巴哈馬的實驗區深度1830m,底部布放水聽器和跟蹤陣，表面有雷達表面測距系統。
作者釆用球面波
(20log)
衰減對測量結果進行修正。作者對柴油發電機、主推進器發動機點火頻率、葉頻、推進器噪聲波形、低頻連續譜、高頻連續譜、甲板振動監測等做了分析，并得到了輻射噪聲的指向性，給出了推薦器葉頻譜級的預報模型。
2001
年美國海軍研究試驗室的
Wales
建立了商船輻射噪聲源譜模型。
圖24 Arveson貨船輻射噪聲特性試驗
海洋及內河運輸業的發展使營運船舶迅速增加，船舶運輸尤其是船舶水下噪聲污染嚴重影響了水生生物的生存環境。隨著環境保護意識的提高，船舶水下輻射噪聲問題越來越受到關注。
1995年Mitson對試驗船的輻射噪聲和對魚類的影響進行了研究。2004年伍茲霍爾海洋研究所海洋政策中心McCarthy出版了水下噪聲的國際章程，建立法律和標準來限制海洋噪聲污染。國際海事組織已經開始著手研究水下噪聲限制規范，ISO也在為船舶水下噪聲測試著手建立一系列標準性文件。
DNV為工程船建立了水下輻射噪聲測試標準和限值標準[21]。
展開 Siemens PLM Software高頻振動聲學仿真解決方案專項培訓邀請函
列舉典型的高頻統計能量分析應用范圍如下：
? 飛機全機的艙內高頻噪聲（大于150Hz）
? 列車全車艙內部高頻噪聲（大于200Hz）
? 衛星發射和分離過程中的噪聲（大于600Hz）
? 船舶噪聲（大于100Hz）
? 車內關于聲學包和車身設計的中高頻噪聲（大于300Hz）
? 卡車、客車內部更高頻率的噪聲（大于200Hz）
與有限元和邊界元不同，統計能量分析方法不需要劃分網格，而是把系統離散為若干大的組件或子系統（門、地板、頂部、空腔…），并模擬各個子系統之間的振動聲學能量流動。統計能量分析對如下情況特別有用：
? 高頻（模態密集）的振動聲學問題
? 概念階段，不具有設計細節時（CAD、有限元網格）
技術特點：
?
SEA+（N-P05.00.1）：統計能量分析的核心產品，用于創建、運行和后處理統計能量分析模型。對于統計能量模型的創建，支持三維網絡顯示功能，支持各種單元類型（梁、板、曲殼、空腔等）和單元間的連接（點、線、面連接、聲泄露等），并支持最廣泛的振動和聲源庫：從標準振動能量輸入、到高度復雜的湍流邊界層等等。SEA+產品的核心功能和獨特價值正在于這些庫：功能強大且經過系統的驗證，內嵌了最豐富的先進技術。在后處理模式中，可以將標準結果可視化，如振動級和聲壓級。此外，功率流圖表可以給出更多振動能量如何在系統內部流動的信息，能夠更加有效地優化振動噪聲行為。
SEA_Virt（N-P05.10.1）：采用獨有的子結構劃分技術，能夠自動將現有的有限元模型轉換成中頻統計能量分析模型，并自動識別所有的模型參數。如果不采用該模塊，用戶需要手動創建可靠的統計能量模型，這對于不熟練的或者新用戶是非常不容易實現的。
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