郭勍
海军驻昆明七五〇试验场军事代表室 云南昆明 650000
摘要：介绍潜艇主要噪声源分类，有针对性地阐述降低潜艇机械噪声、螺旋桨噪声和水动力噪声的技术现状，论述潜艇降噪技术的发展趋势。
关键词：潜艇 噪声 降噪措施
1 引言
降噪是舰艇研发的重点工作之一，也是潜艇隐蔽性的设计核心。为适应未来海战的需求，美、俄、法、德、英等海军强国大力开展潜艇综合降噪技术研究。我国要借鉴其研制的成功经验，提高潜艇研制的整体水平。同时，应加快潜艇减振降噪隐身测试试验场的建设，不仅可以有效发现潜艇噪声问题，而且可以对降噪改进措施进行合理评价，进一步促进潜艇降噪技术发展。
2 潜艇主要噪声源分类
2.1 按噪声来源分类
潜艇的主要噪声源，包括机械噪声、螺旋桨噪声、水动力噪声、空气噪声等[1]。
2.1.1 机械噪声
潜艇的各种机械装置，如主机、副机、辅机、电机、减速装置、泵、空气压缩机等，以及管路系统，在运转过程中，因冲击、碰撞、摩擦和运动不平衡等原因，产生振动并通过各种途径将其传至艇体，引致艇体壳板的弯曲振动，最后以声波形式传播，形成机械振动噪声，是潜艇自噪声的一种。这种噪声，传播到舱内，引起舱室空气噪声；传播到水中，构成潜艇的辐射噪声。
2.1.2 螺旋桨噪声
螺旋桨噪声包括空泡噪声和非空泡噪声。空泡噪声即螺旋桨运转所生成的空泡破碎，频谱覆盖20Hz到50000Hz，是主要的高频噪声；非空泡噪声包括来流对桨叶的桨拍噪声，和桨叶受来流激励而共振的单频声。此外，螺旋桨还诱导艇体振动，产生噪声。
2.1.3 水动力噪声
艇体周围的高速水流，使艇体附近的流压出现极不规则的变化即涡流，产生水动力噪声。例如：海上高速行驶时的首波与尾流就是两个重要的水动力噪声源；高速水流在流经艇体突出部分、上层建筑的情况下产生水动力噪声；潜艇下潜和上浮时，因舰桥、艇体及上层建筑的某些空间进水或排水的情况下也会产生水动力噪声。
2.1.4 空气噪声
空气噪声主要包括舱室空气噪声和柴油机水下排气等噪声。
3 潜艇降噪技术现状
潜艇动力装置和机械设备产生振动是不可避免的。因此，如何最大限度地减少振动，便成为了各国潜艇设计师矢志不渝追求的目标和时刻梦想攻克的难关。
3.1 降低机械噪声
降低潜艇机械噪声主要有两个方面：一是减振降噪，即控制振源；二是消声降噪，即控制传播途径，屏蔽和衰减噪声辐射的能量。
3.1.1 减振降噪
潜艇的主要噪声源是机械噪声，减振降噪技术是潜艇隐身的关键技术。对常规潜艇来说，主要是降低柴油机的噪声。潜艇的所有机械设备，设计时都通过机械绝缘和减振的方法减小机械振动，制造过程和制造后也都严格检测。
3.1.1.1浮筏减振技术
浮筏减振技术是一种可以全面降低潜艇艇机械噪声的高新技术。所谓减振浮筏减振，就是：把潜艇内以主机为首的可能产生噪音的绝大多数设备，安置在一个筏形基座上；筏形基座一般由减振橡胶或双弹性材料制成；筏形基座与艇体，也采用柔性连接而不是刚性连接方式：与主机相连的各种管道和电缆等均采用波纹管或缓动件；桨轴与主机之间采用弹性联轴节；主机外壳覆盖隔音层等。这样，主机及其他设备工作噪音的绝大部分就不会再通过基座传到艇体上，从而大幅度降低潜艇向周围海水辐射出去的噪音。
国外使用情况表明，浮筏减振提供了更好的减振效果、较小的附加重量、更高的抗冲击能力和优异的系统稳定性，减振效果可达40dB以上(振级落差)，水下辐射噪声下降可达10dB以上(插入损失)，在美国、俄罗斯等国潜艇上都有广泛应用。
3.1.1.2管路系统噪声控制
潜艇管路系统也是噪声的一个重要来源。一方面会传递给其它结构并激励其产生噪声；另一方面通过管壁向水中辐射噪声。系统管路中，应尽可能减少流体冲击，隔绝此种振动传到艇体上：与艇体相接，尽量采用弹性连接管；对流体作用强烈的管路，尽量降低流速；局部采用阻尼软管和加消音器等。
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3.1.2 消声降噪
3.1.2.1艇内消声
降低潜艇内部噪声，主要措施有：壳体内部和舱壁上敷设吸声材料；噪声强的设备上加装隔声罩、消音器，或设立独立隔声室。
3.1.2.2艇外消声
艇外表面敷装消声瓦和吸声涂料，不但可以降低潜艇自噪声，且可吸收敌舰和鱼雷发出的主动声纳脉冲信号，使潜艇的行动更加隐蔽。
海水的声阻抗远远小于金属介质的声阻抗。用接近海水声阻抗的材料，敷设于潜艇金属壳体表面，可以弹性吸收声能并将声能转化成热能而衰减掉。
消声瓦就是这样一种具有粘性机能的橡胶材料做成的，其内部还做成一些空洞，当水中入射声波到达这些空洞时，气泡发生剪切变形而吸收掉声能。消声瓦敷设在潜艇外壳上，既能吸收对方主动声呐的控测声波，从而降低主动声纳探测回波的反射强度即降低目标强度，又能隔绝本艇的噪声向外传播，实现隐身的目的。
3.2 降低螺旋桨噪声
螺旋桨是潜艇航行时的主要噪声源。
3.2.1 改进螺旋桨结构
采用大侧斜、变距、多叶螺旋桨，可以改善桨叶处的水流和压力状态空泡，降低螺旋桨噪声。
现在国外已经研制出了双反转螺旋桨、7叶大直径螺旋桨、香蕉型桨叶大侧斜螺旋桨等。例如俄罗斯K级636潜艇采用的7叶大侧斜桨。虽然比传统五叶桨的推进效率有所降低，但由于其大侧斜的结构，叶根不会同时到达潜艇尾部尾流场的高压区或低压区，既不会造成整个螺旋桨处在高压一低压一高压的循环状态，可有效地抑制螺旋桨的振动，从而降低螺旋桨的振动噪声；又因其叶片较多，承受推力的叶片面积大，减小作用在每一叶片上的推力，延迟螺旋桨空化的产生，提高潜艇的临界航速。
3.2.2 改变螺旋桨材料
采用高阻尼材料制造螺旋桨，可以有效地抑制桨叶振动，降低辐射噪声。如英国研制的锰铜铸造合金，日本的铁铬铝合金等，减振效果明显。
3.2.3 气幕降噪
（下转第410页）
在螺旋桨工作区域内注入一定压力的气体，延缓空泡的产生，减少潜艇噪声辐射。
4 潜艇降噪技术发展趋势
4.1 新概念潜艇技术
潜艇噪声水平的高低，与潜艇设计全过程密切相关[3]。新概念潜艇技术以进一步降低潜艇总体噪声水平为重点，探索新概念艇型（圆柱型、扁平型等）、结构形式、动力形式、推进方式和总体布置等。目前世界各国在不断优化水滴线型的同时，纷纷探索未来新概念艇型，其中采用扁平外形，取消指挥台围壳是新概念艇型的重要特点之一[4]。
4.2 新型安静型动力技术
为寻求效率高、激励力小、噪声低及空化性能好等综合性能集一体的新型推进装置，国外正在开发仿生推进、磁流体推进和无源磁浮推进等新概念推进方式。
4.3 动态隐身技术
潜艇在使用过程中的噪声是动态变化的。为实现潜艇作战使用全工况噪声控制，减振降噪设计更加系统化，减隔振器产品逐步系列化，包括潜艇噪声监测系统技术、发射噪声控制技术在内的潜艇动态隐身技术已成为未来潜艇隐身技术发展的重点。
4.3 声学智能结构技术
智能结构是集感知结构和响应或驱动结构为一体，采用声学智能材料设计艇体结构，可以实现潜艇结构动力特性的智能控制，有效降低水下结构声辐射水平。声学智能结构已有采用压电材料激励器和PVDF传感器的复合材料，以及采用形状记忆合金纤维的复合材料。目前，声学智能结构已成为舰艇有独创性的声隐身重点发展技术领域。
5 结束语
随着综合反潜体系的不断拓展和反潜技术水平的不断提高，全面降低潜艇的噪声强度显得日益重要。潜艇浮筏减振系统与消声瓦技术，被普遍认为是未来减振降噪的两种重要措施。我国对潜艇综合降噪方面的研究起步较晚，研究国外综合降噪措施，将加快我国在此领域的技术进步，从而更好地适应未来海上高技术战争的需要。
参考文献:
[1]王磊. 潜艇噪声与综合降噪技术的应用[J]. 航海技术, 2013(2).
[2]葛孚宁. 潜艇建造工艺中关于减振降噪的几点想法[J]. 舰船科学技术, 2008(8).
[3]刘兴章等. “柯林斯”级潜艇噪声分析及其减振降噪措施[J]. 舰船科学技术, 2010(9).
[4]高峰. 欧洲国家海军潜艇减振降噪技术发展展望 [J]. 舰船科学技术, 2015(10).
作者简介：郭勍（1976－），男，大学本科，工程师，主要从事项目管理工作。
论文作者:郭勍
论文发表刊物:《防护工程》2018年第32期
论文发表时间:2019/2/26
标签：噪声论文; 潜艇论文; 螺旋桨论文; 降噪论文; 减振论文; 技术论文; 结构论文; 《防护工程》2018年第32期论文;