船舶低噪声建造工艺发展思考

孙宜强， 王 波， 陶江平， 陈 炜

(上海船舶工艺研究所， 上海 200032)

0 引 言

现代战争表明，船舶的安静性在战斗中往往决定着生死存亡，因此世界各海军强国在船舶设计研究中都不遗余力地发展声隐身技术，把船舶尤其是一些执行特殊任务船舶的安静性作为重要的战术指标。据有关资料：美国20世纪80年代中期水下船的噪声已经降至118 dB，进入21世纪以来，其噪声级降至90～100 dB，已经低于三级海况海洋背景噪声，成为“淹没在海洋里的幽灵”；苏联在1975-1985年间使特种船的噪声降低30 dB，总噪声低于海洋背景噪声[1]。

振动噪声控制技术作为实现船舶水下辐射噪声降低的重要技术手段，一直属于研究的热点和前沿问题。我国优先发展振动噪声控制设计和材料技术，经过30多年的努力，在基础理论、关键技术、材料和元器件技术等方面已形成技术体系。然而，在总装建造技术领域由于比国外发展起步迟，行业面广而且船厂多，建造进度的压力较大，作为核心建造技术的低噪声建造工艺缺乏体系化发展，与国外相比还有较大的差距。总装建造作为船舶研制的最后一道环节，必须从建造工艺角度加快低噪声建造工艺的发展，并与设计和材料技术有效融合，从而实现振动噪声指标控制的稳定性和持续改进。

目前，我国船舶总装建造层面对低噪声建造工艺还难以形成统一的认识：有的认为低噪声是基于船舶减振降噪设计的概念，属于总体设计范畴，与建造关系不大；有的认为船舶低噪声建造很重要但缺乏标准，难以有效实施。实践表明，对于设计上完全相同的两条船，承建单位、建造方式及建造人员的不同都会使船舶振动噪声水平存在差距。由此可知：低噪声建造工艺与总体减振降噪设计是有区别的，属于船舶建造工艺的范畴，其存在是有必然性的，也是实现船舶低噪声建造所必需的。

1 低噪声建造工艺内涵与工艺因素

1.1 工艺内涵

低噪声建造工艺是基于建造的目标——低噪声而提出的，是指以贯彻声学理论为基础，以减小建造结果与设计值的离散度为原则，以建造安静型船舶为目标的建造工艺方法、规则和手段的总称。因此，低噪声建造工艺具有下列特点：

(1) 低噪声建造工艺是声学理论在船舶建造中的实践，需要通过贯彻声学设计理念开展工艺研究，建立工艺理论支撑。

(2) 低噪声建造工艺的基本原则是减小建造后的噪声值与设计噪声值的离散度，船舶噪声设计值是振动噪声控制的目标，建造工艺是实现途径，因此需要工艺与设计、材料必须充分融合。

(3) 低噪声建造工艺涉及的工艺因素复杂，可变因素多，工艺实施范围涵盖完整的建造过程，因此必须基于过程控制要求，形成完整的工艺体系、技术方法和标准规范。

(4) 低噪声建造工艺涉及各个建造技术专业，需要各专业配合和遵循，属于总体工艺范畴。

1.2 工艺因素

由振动和噪声的传播理论可知：影响船舶某处振动和噪声量级的因素有二，即振源(噪声源)的干扰量级和传递路径的传递效率。振源的干扰量级属于建造工艺不可控的范畴，传递效率则在很大程度上依赖于建造工艺的优劣。低噪声建造工艺的目的就在于通过对建造过程中工艺参数的控制和匹配达到降低振动和噪声传递效率的目的。

在船舶建造过程中，影响传递路径的工艺因素数量多且复杂，还存在多种工艺参数耦合的现象。图1 和图2分别为旋转(往复)型机械设备和管系的振动传递路径示例。由图1和图2可知：安装过程中涉及的每个零部件和安装步骤都需要有相应的安装工艺参数相匹配，包括对中精度、紧固力矩、阻抗特性、刚度、柔度等。参数多、范围广是传递路径中涉及工艺参数最大的特点，工艺因素无处不在，工艺控制与施工工艺方法密切相关。

2 低噪声建造工艺发展现状

2.1 国外现状

欧美海军强国在船舶振动噪声研究过程中十分重视设计、材料及工艺一体化发展，在先进的声学设计基础上，同时开发低噪声建造工艺作为保障。在提高船舶总体性能的同时，全面强化声学设计，并将声学设计贯穿在船舶设计和建造的全过程中。国外声学设计过程和船舶设计同步，如图3所示，分为5个阶段：概念设计、初步设计、详细设计、建造、检测与评估。各阶段层次分明、目标明确，而且每个阶段又自成一个闭环控制链，确保阶段目标的实现，最终实现总体声学目标[2]。

美国在某型号船舶的建造过程中，特别重视振动噪声传递路径的控制，采用主动隔振装置、智能弹簧、主被动联合支座等主动控制技术，有效地降低船舶水下辐射噪声，量级已与海洋背景噪声相当。法国某型号特种船的建造，在围绕“安静”这一概念上几乎花费建造总工作量的80%，才达到“安静”目标，整个研制过程中所使用的设备、材料及采用的工艺全都围绕着“安静”要求开展工作，如消声覆盖层选用、泵喷推进装置的设计和安装、浮筏安装、大型机械设备的安装、管道的减振安装连接、电缆的减振安装连接等。

2.2 国内现状

在船舶减振降噪技术研究领域，设计层面和新材料研发层面取得较大成就，主要体现在低噪声设备的研究、隔振器的研究及新材料的应用等方面[3-10]；但设备安装工艺研究层面仅有少量关于某些特性工艺参数的研究。吴江海等[11-12]、舒礼伟[13]通过试验和仿真分别研究典型工艺参数(管路介质、支撑位置、支撑刚度等)对管系振动噪声的影响；王鹏等[14]通过仿真研究隔振系统中垫片表面的工艺质量与隔振器刚度之间的关系，并给出垫片表面加工精度的建议值；于李洋等[15]通过试验和仿真，研究设备基座垫片厚度和接触面积等工艺参数对设备振动传递特性的影响。

近年来，国内各总装船厂越来越重视低噪声建造工艺的研究，少数船厂还成立专门的减振降噪工艺研究室，但总体而言，低噪声建造工艺的发展存在不平衡、不充分的现象。主要表现在下列4个方面：

(1) 建造工艺与设计、材料技术发展不平衡。建造上主要依据设计和材料的技术要求进行，大多依赖经验，定性为主，工艺有效性难以测评，而且限于局部，缺乏体系性研究。针对噪声预报，主流商业软件及一些行业特殊软件比较适合于设计层面，尚未有效开展针对建造工艺参数对噪声的影响预报，缺乏有效数据积累，工艺参数的设置也较为模糊。

(2) 水面与水下发展不平衡。除了工艺本身外，低噪声建造工艺还牵涉许多生产管理意识问题，总体来看，由于水下船舶噪声指标要求更严，水面、水下造船单位在工艺意识和施工要求上还有一定差距。

(3) 工艺研究的条件和数据积累不充分。国内船舶建造行业能够开展减振降噪工艺试验的专业设施不足，难以有效支撑工艺试验研究。工艺试验、实船建造的数据积累不充分，难以对船舶的工艺状态与振动噪声水平建立对应关系，难以剖析工艺参数的影响水平。

(4) 建造行业技术交流和专业技术人才培养不充分。从事低噪声建造工艺的研究人员主要是轮机专业兼职，一般依靠经验积累，缺乏对低噪声建造工艺的系统性分析、研究，亟需加强低噪声工艺技术人才队伍的培养。

另外，由于低噪声建造工艺是核心工艺，国外资料难搜索，国内船厂都视为工艺法宝，有限的工艺数据难以实现技术共享，甚至有的工艺问题没有得到有效的甄别。

3 低噪声建造工艺的发展思路

结合我国船舶行业低噪声建造工艺现状，为加快低噪声建造工艺发展，提高建造工艺对型号研制的技术贡献度，对低噪声建造工艺的发展做出下列思考：

(1) 建立完善低噪声建造工艺技术体系。噪声主要包括水下辐射噪声和舱室噪声2个方面，结合船舶的建造流程[16]，可从5个方面建立船舶低噪声建造工艺技术体系，包括船体建造、机械设备安装、管路安装、舱室内装及减振消声元器件安装等。技术体系框架如图4所示。

图4 船舶低噪声建造工艺技术体系框架

(2) 分步分阶段建立试验条件。低噪声建造工艺研究必须有足够的试验数据支撑。目前行业内相关的工艺研究试验条件仍很匮乏，严重制约低噪声工艺技术的研究，后续需逐步建立减振降噪工艺试验室，为低噪声建造工艺研究提供保障。

(3) 加强合作进行数据积累。建立低噪声建造工艺数据库，需要测试数据支撑。测试包括实船测试和试验室测试两部分。

实船测试包括建造阶段测试和服役阶段测试。建造阶段测试可由相关船厂与工艺所联合实施，测试数据作为建造工艺分析改进的依据；服役阶段测试主要依靠船舶装备自带的噪声振动监测设备和维修厂测试，从而形成完整的测试数据，便于总体所、工艺所、船厂等单位开展数据分析。

试验室测试分为3个方向：一是针对实船测试仅能获取既定状态下振动和噪声数据的局限性，试验室开展关重设备的复原和扩展测试，挖掘更优化的工艺参数区间；二是针对实船测试不能持续进行但对整船的振动噪声持续有贡献的设备，在试验室开展测试，研究其持续运行过程中的振动和噪声量级的变化并总结变化规律；三是针对一些特征比较简单的设备，直接研究其低噪声安装工艺，用所获取的参数指导船厂的工作实施。

(4) 成立组织加强技术交流。低噪声建造工艺技术是一项综合技术，须加强设计、建造工艺团队之间的技术交流合作、充分沟通，及时发现问题、解决问题，促进工艺技术与设计技术、材料技术的融合，共同推进振动噪声控制技术的突破，为我国建造新一代安静型船舶共同发挥作用。

(5) 结合建造需求加快制订工艺标准。依托型号需求，重点围绕振动噪声较大的动力设备及相关系统，研究编制如动力设备基座、隔振器、管路系统等低噪声安装工艺规程，并结合实船建造进行反馈验证，形成低噪声建造工艺及检验验收系列标准，规范后续船实施低噪声建造。

(6) 基于数据分析开发工艺研究工具。建立低噪声建造工艺模型和工艺数据库，通过对工艺方法和数据分析，获取低噪声建造的工艺规律，进而开发低噪声工艺研究数值仿真工具。利用数值仿真工具预测更优化的工艺参数，制订新的工艺措施，指导船厂的工作实施，从本质上提高低噪声建造工艺技术水平。

4 结 语

船舶振动噪声控制是一项系统工程，主要涉及设计、材料、建造等3个方面。随着现代船舶对静音要求越来越高，作为振动噪声系统工程最后一道环节，低噪声建造的重要性日益凸显。提炼低噪声建造的工艺内涵和工艺因素，分析国内外低噪声建造工艺的发展现状，结合我国船舶总装建造方面的技术基础，对加快船舶低噪声建造工艺的发展有一定借鉴作用。