研究船舶辅机振动与噪声控制技术的研究进展

研究船舶辅机振动与噪声控制技术的研究进展

张春君， 陆文冬， 张键

江苏扬子江船业集团   江苏省泰州市  225300

摘要：船舶辅机振动与噪声控制技术一直是船舶工程领域的重要研究方向。针对船舶运行中辅机振动与噪声对船舶结构和船员的影响，研究者们不断探索各种振动与噪声控制技术，并取得了显著的进展。主动振动控制技术通过实时监测和调节振动源，有效减小了辅机振动对船舶的影响；被动振动控制技术利用吸声材料和隔振装置 passively 控制振动，降低了振动的传播和扩散；混合振动控制技术则将主动与被动控制策略相结合，实现了更为全面和有效的振动控制。在噪声方面，主动噪声控制技术和被动噪声控制技术能够有效地降低辅机噪声对船舶结构和船员的影响，而声学隔离技术和声学优化设计则为控制噪声传播提供了重要手段。

关键词：船舶辅机、振动控制、噪声控制、主动控制、被动控制、混合控制

1船舶辅机振动控制技术

1.1 振动源识别与评估

在船舶运行过程中，辅机振动是一个较为常见的问题，其成因复杂多样。首先，振动可能源自于辅机本身的不平衡、磨损、结构设计缺陷等因素，这些问题导致了辅机在运转时产生不规律的振动力，进而引起船舶结构的振动响应。其次，振动还可能来自于船舶与海洋环境的相互作用，如波浪、流体力、船舶姿态变化等因素都会影响辅机的振动特性。此外，船舶载荷变化、航速变化、航向变化等操作因素也可能对辅机振动产生影响。

因此，对辅机振动进行源头的识别与评估尤为重要。通过对辅机振动的频谱分析、时域分析以及振动模态分析等方法，可以确定振动的主要来源，并评估其对船舶结构和船员舒适性的影响。这样的识别与评估过程有助于指导后续的振动控制策略的制定与实施，提高船舶运行的安全性和舒适性。

1.2 主动振动控制技术

主动振动控制技术主要是指通过主动控制器对船舶辅机振动进行实时监测和调节，以抑制或补偿振动的技术手段。主动控制器能够根据振动传感器采集到的数据，实时计算出控制信号，并通过作用于振动源或结构上的执行器来实现振动的控制。常见的主动振动控制器包括PID控制器、模型预测控制器、自适应控制器等。

在主动振动控制技术中，振动补偿系统是一种重要的应用方式。该系统通过实时监测船舶辅机振动，并根据监测到的振动信号发出相应的控制指令，调节振动源的运动状态，以达到减小或抵消振动的目的。常见的振动补偿系统包括主动质量调节器、电液伺服系统、压电陶瓷系统等。

主动振动控制技术具有实时性强、控制效果好等系列优点，能够有效地降低船舶辅机振动对船舶结构和船员的影响，提高船舶运行的舒适性和安全性。

1.3 被动振动控制技术

被动振动控制技术是指通过减振装置或隔振材料等 passively 控制振动的技术手段。这些装置或材料不需要外部能量输入，而是利用其自身的结构和特性来吸收、分散或抑制振动能量，达到减小振动幅度和传递的目的。

常见的被动振动控制装置包括减振弹簧、减振阻尼器、质量阻尼器等。这些装置可以通过改变辅机的固定方式或结构设计来实现对振动的控制。此外，隔振材料如橡胶、聚合物复合材料等具有良好的吸振和隔振性能，能够在船舶结构中起到缓冲和隔离振动的作用。

被动振动控制技术具有结构简单、成本低廉等不同的优点，适用于一些对实时性要求不高的场合。它们在船舶辅机振动控制中发挥着重要作用，可以有效地减小船舶结构的振动响应，提高船舶运行的舒适性和安全性。

1.4 混合振动控制技术

混合振动控制技术将主动和被动振动控制策略相结合，以克服各自单独应用时的局限性，实现更为有效的振动控制效果。在船舶辅机振动控制中，混合振动控制技术通常指将主动控制器与被动减振装置或隔振材料结合起来，共同作用于船舶辅机系统中，以达到更好的振动控制效果。

这种技术可以充分利用主动振动控制技术的实时性和灵活性，同时利用被动振动控制技术的结构简单和成本低廉等优势，实现对船舶辅机振动的全方位控制。

2船舶辅机噪声控制技术

2.1 噪声源识别与评估

船舶辅机噪声是船舶运行中的主要噪声源之一，其来源复杂，主要包括以下几个方面。首先，辅机本身的工作运转会产生机械振动，导致结构振动并进一步产生噪声。其次，辅机的各种机械部件如轴承、齿轮、连杆等在工作过程中会产生摩擦和撞击声，形成噪声源。此外，辅机的流体动力学效应，例如空气流动、水流动等也会引起噪声的产生。另外，辅机的设计缺陷、运行不平衡、磨损程度以及安装位置等因素都可能影响辅机噪声的特点和强度。

因此，对船舶辅机噪声进行源头的识别与评估至关重要。通过对辅机工作状态的实时监测和噪声信号的采集，可以确定噪声的主要来源及其特点，从而为后续的噪声控制提供依据。常用的识别与评估方法包括频谱分析、时域分析、声学模态分析等，这些方法可以帮助分析辅机噪声的频率、幅值、时域特性以及振动模态等，为噪声控制技术的选择和实施提供数据支持。

2.2 噪声消除技术

船舶辅机噪声的消除是船舶噪声控制的重要任务之一。主动噪声控制技术通过对噪声信号的实时监测和分析，利用控制器产生的反向声波，实现对噪声的抵消或补偿。这种技术能够实现对噪声的精确控制，适用于复杂的噪声环境和动态变化的情况。常见的主动噪声控制方法包括声波抵消、相位控制、波束成形等，通过这些方法可以有效地降低船舶辅机噪声对船舶结构和船员的影响。

被动噪声控制技术则是利用吸声材料、隔音材料、隔振装置等 passively 控制噪声的技术手段。这些装置或材料能够吸收、分散或隔离噪声能量，降低噪声的传播和影响。被动噪声控制技术具有结构简单、成本低廉等优点，在船舶辅机噪声控制中具有广泛的应用前景。

混合噪声控制技术将主动和被动噪声控制策略相结合，克服了各自单独应用时的局限性，实现了更为有效的噪声控制效果。混合噪声控制技术可以充分发挥主动噪声控制技术的实时性和精度优势，同时利用被动噪声控制技术的简单性和经济性，实现对船舶辅机噪声的全方位控制。

2.3 声学隔离技术

声学隔离技术是一种控制噪声传播的技术手段，主要通过隔声装置和吸声材料等措施来减少噪声在船舶结构中的传播和扩散。隔声装置通常采用空气隔声、屏蔽罩等形式，通过隔离声波的传播路径，减少噪声的传播范围和影响范围。吸声材料则可以在辅机周围或声源处覆盖，通过吸收噪声能量来减少噪声的反射和传播。这些技术可以有效地降低船舶辅机噪声对船舶结构和船员的影响，提高船舶运行的舒适性和安全性。

2.4 声学优化设计

声学优化设计是在船舶辅机设计阶段，通过优化结构设计和布局，减少噪声产生和传播的技术手段。首先，可以通过改进辅机的结构设计和工艺加工，减少机械运转时产生的振动和噪声。其次，可以通过优化辅机的布置位置和安装方式，减少噪声传播路径，降低噪声对船舶其他区域和船员的影响。此外，还可以通过选择合适的材料和工艺，降低辅机运行时的摩擦和振动，从而减少噪声的产生。

声学优化设计的开展，在船舶辅机的整个生命周期中都具有重要意义，可以有效地降低船舶辅机噪声的产生和传播，提高船舶运行的舒适性和安全性。通过结合上述各项技术手段，可以实现对船舶辅机噪声的全方位控制，为船舶运行提供更加安静和舒适的工作环境。

3结语

总之，船舶辅机振动与噪声控制技术的研究不仅关乎船舶工程的安全性和舒适性，也是为船舶工业的可持续发展做出贡献的重要一环。随着科技的不断进步和研究的深入，我们对于振动与噪声控制技术的理解和应用将会不断提升，为船舶运输行业提供更加安全、舒适和环保的服务。相信在未来的发展中，船舶辅机振动与噪声控制技术将会迎来更加广阔的发展空间，为船舶工程的进步贡献力量。     

参考文献

[1]王迎春,马石,李彦,等.主动控制技术在船舶振动噪声控制中的应用[J].海军工程大学学报,2021,33(04):56-64+94.

[2]王刚毅,石磊,倪凤燕.电力推进船舶机舱振动与噪声控制技术[J].机电设备,2017,34(04):79-82.

张春君，男，生于1982年，汉族，江苏江阴人，本科，工程师