摘要：随着我国水运的不断兴起，对船舶远、近机械噪声进行准确及时的预报，对于确保船舶结构安全，维护船舶的正常航运有着十分重要的意义。为此，本文依据船舶机械噪声预报系统的响应传导特性，构建了响应-响应传导函数模型，通过该传导函数模型的应用，弥补了以往力-响应传递函数模型在进行机械噪声预报时的响应不足问题。同时，借助理论来进一步推导出机械噪声预报时的相关约束条件，并依据工况联合法来对传导函数进行求解，以此深入研究传导函数在船舶机械噪声预报中的相关应用。最后，利用船舶的双层圆柱壳体模型对传导函数的应用效果进行了验证。
关键词：船舶机械；噪声预报；传导函数；应用
引言
近年来，我国越来越重视水运发展，这也使船舶数量不断增多，水运交通也变得日益繁荣，特别是在珠江地区，水运更是在很大程度上带动了当地的经济发展。由于船舶的结构复杂，这也使船舶在运行过程中会难以避免的发生故障，而故障发生的最主要表现便是大量机械噪声的产生，对船舶机械噪声进行准确及时的预报，对于保障船舶航行安全、维护水运畅通有着十分重要的意义。在以往的船舶机械噪声预测方法中，主要是以解析法与数值法为主，但这两种方法却存在一定的限制，这也使其在对机械噪声进行预报时存在响应不及时、预测结果不精确等问题，这无疑会给船舶的水运安全带来不利影响。因此，必须要对这些预测方法进行相应的改进，以此更加精确及时的实现船舶机械噪声预报。
1.船舶机械设备噪声概述
1.1船舶噪声的主要来源
引起船舶机械设备的噪声种类有很多，主要分为三种类型的船舶机械噪声：水动力噪声、主机噪声、螺旋桨噪声。对水动力噪声来说，水动力噪声的产生原因主要是因为海流的不规则起伏运动对船体的振动作用引起。水动力噪声分为两类：一类是海流对船下壳板振动所产生的噪声，这类噪声是由于因为海流压力的变化引起的不规则振动活动噪声；另外一类是海流对船体表面的振动作用所引起的噪声。主机噪声是船舶噪声中最大的噪声，对船舶的运行和机械设备的维修保养有着重要的影响。主机噪声主要分为两种：一种是机械噪声，另一种是空气噪声。对机械噪声来说，机械噪声的产生主要是由主机运转时不同机械构件相互摩擦或撞击所产生的噪声。机械噪声的噪音强弱、噪声级别与主机的机械材料、结构、性能、转速有着密切关系。空气噪声主要是燃油在汽缸内燃烧的噪声以及排气、空气系统所产生的噪声。空气系统又被成为进气系统，主要指的是主机所产生的噪声来源。在这个过程中，机舱的气柱脉动、气流阻塞、废弃涡轮中的气流旋转都是产生进气系统噪声的主要因素。主机的机械噪声在船舶运行过程中难以避免，减轻主机的机械噪声，一方面要优化主机机械的设备构造，提升主机机械的结构性能，防止主机机械设备的老化，另一方面还需要在船上安装相应的消音设备，减轻主机噪声对船体的影响。螺旋桨噪声按频率划分，可分为叶频噪声和轴频噪声。叶频噪声的产生与流动体力有关；轴频噪声主要是因为螺旋桨动力不平衡所产生的。在螺旋桨直接产生的噪声中，主要分为谐鸣噪声和空炮噪声。谐鸣噪声随着叶轴噪声产生漩涡，空炮噪声产生的主要原因则是螺旋桨旋转时产生的冲击波冲击船体的声音。空泡噪声是螺旋桨水下噪声的主要成分，也是造成螺旋桨水下噪声噪声强度高、干扰船舶航行的重要原因。
1.2船舶噪声的船舶方式
由于船舶机械设备为刚性连接，因此振动很容易传到船体的各个部门。所以，船体结构具有优良的声音船舶性能。一般来说，当船体为钢结构时，声音的损耗较小，船舶速度快。
噪声主要有两种传播方式，一种是空气传播，另一种是船体传播。空气噪声的传播途径主要为门窗、空隙、通道。结构噪声是由振动凭借一定的物质传递到船体结构以影响船体。结构噪声的主要途径有安装结构、基座、船体结构、基座。
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2.船舶机械噪声预报中传导函数的应用
2.1传导函数的推导研究
在对传导函数进行推导时，需要构建相应的传导函数模型，然后利用数学知识来对机械噪声测量工作中的传导函数应用的可行性进行分析，并根据分析结果来制定出能够满足船舶
机械噪声预报要求的实时预报方案。在该模型中，应对传导函数和响应之间的传递关系进行清晰的反映，同时还要对模型中的受力、频率、加速度等影响因素进行全面的考虑。利用H
来表示力与响应之间的传递关系，利用T来表示响应与响应之间的传递关系，通过对H的推导能够得到T。从本质上来说，H是力和响应之间所存在的一种因果关系，而T则是系统响应和响应之间所存在的一种共存关系，其均是频率 ω 的函数。系统在激励力的作用下所形成的物理模型中，响应可由加速度进行表示，设定系统中的作用力为F，由 A k 作用力下参考点的加速度集，由 A U 表示目标点中的加速度集，这三者全部都是列向量集合。由
此可得出传导函数T的推导公式，即T=A/UK（A）=H-kaHUA根据该公式可知，该函数的约束条件为 H kA 与 H UA 的逆矩阵，当T不便时，其约束条件共包括三个，其一是线性不变时系统能够遵循响应叠加原理，其传递函数的大小值不会受到激励力的大小影响。其二是预报点、激励点与参考点的位置及数量不会发生变化。其三是参考点的数量取值至少要超过激励点的数量。根据上述约束条件，便能根据传导函数来对参考点对目标点的声响应值进行准确的计算。
2.2传导函数的求解研究
通过分析可以了解到，频率 ω 的函数便是传导函数 T，而频率 ω 中激励力所产生的作用力便可由 F（ω 0）表示，由于传导函数 T 同样是频率的倍频函数，因此又可将传导函数 T 表示为 T（ω 0），T（2 ω 0），T（3 ω 0）...，对于预报系统中的宽带激励来说，可将其宽带传导函数进行分解，使其成为 T（ω 1），T（ω 1 +1），T（ω 1 +2），T（ω 1 +3），...T（ω 2），然后对这些分解后的传导函数进行逐一的求解。在对
传导函数进行求解过程中，最重要的便是对船舶的不同工况进行设置，这样才能得到多组与线性无关联性的激励力。可以将船舶工作过程中某一频率下的全部设备进行逐一开启，也
可以通过遍历的方式对设备的开启进行不同组合，然后采用工况联合法来对不同线性无关工况下的传导函数进行计算，以此达到对船舶远场机械噪声进行响应计算的目的。
3.结语
总而言之，对船舶的机械器械声进行准确及时的预报，对于促进我国船舶水运的发展有着十分重大的意义，其不仅能够使船舶的水运环境得到明显改善，还能使船舶的机械性能更加强大，进而提高了船舶机械结构的安全性能，使船舶在水运过程中更能保障人员的生命财产安全。在水运交通压力不断增大的形势下，只有充分应用传导函数模型来对船舶的机械噪声进行预报，使传导函数模型能够对船舶机械噪声数据进行准确的预算，才能进一步使船舶在水运过程中变得更加安全、可靠。
参考文献：
[1]周军伟，何琳，徐荣武，崔立林.响应传导函数在船舶机械噪声预报中的应用及实验验证[J].振动与冲击，2014，（22）：78-82，105.
[2]王超.螺旋桨水动力性能、空泡及噪声性能的数值预报研究[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2010.
论文作者:廖伟
论文发表刊物:《基层建设》2019年第15期
论文发表时间:2019/8/5
标签：噪声论文; 船舶论文; 函数论文; 船体论文; 机械论文; 水运论文; 螺旋桨论文; 《基层建设》2019年第15期论文;