螺旋桨船舶振动辐射噪声分析讲解共23页

船舶轮机振动噪声控制综述

【摘要】

船舶轮机振动噪声是船舶运行中不可避免的问题，给船舶乘员和周围环境带来了巨大的危害。为了控制船舶轮机振动噪声，研究人员提出了多种技术和方法，如隔振装置、减振材料等。通过案例分析可见这些技术和方法在实际应用中取得了一定的效果。船舶轮机振动噪声控制仍面临着挑战，需要不断探索创新。现代技术的发展为船舶轮机振动噪声控制提供了新的机遇，如智能控制系统等。控制船舶轮机振动噪声不仅是为了提升船舶运行的舒适性和安全性，也是为了减少对周围环境的影响，保护海洋生态环境。船舶轮机振动噪声控制具有重要的现实意义和发展前景。

【关键词】

興船舶、轮机、振动、噪声、控制、技术、方法、案例分析、现状、展望、重要性

1. 引言

1.1 研究背景

船舶轮机振动噪声是船舶运行中不可避免的问题，其产生主要源自于船舶轮机的运转所引发的振动和噪声。随着航运业的发展和船舶规模的不断增大，船舶轮机振动噪声对船员健康、设备完整性和海洋环境造成的影响越来越受到关注。

研究表明，船舶轮机振动噪声会对船员的听力、睡眠以及长期健康造成影响，也可能导致设备的故障和损坏，甚至对海洋生态环境产生负面影响。控制船舶轮机振动噪声对于保障船员健康和船舶设备正常运行至关重要。

目前对于船舶轮机振动噪声的控制技术和方法仍存在一定的局限性和挑战，需要进一步深入研究和探索。本文旨在对船舶轮机振动噪声的控制进行综述和分析，以期为相关领域的研究和实践提供参考和借鉴。

1.2 研究意义

船舶轮机振动噪声控制是船舶工程领域的重要研究课题，具有重要的实际意义和广泛的应用价值。船舶轮机振动噪声会对船舶设备和船员健康造成影响，严重时可能导致设备故障和人员生理疲劳。对船舶轮机振动噪声进行控制可以有效降低设备损耗和维修成本，保障船员的健康安全。

船舶结构振动噪声分析与控制措施

摘要：目前中国在船舶的振动影响研究方面的研究工作进行得还没有很完善，因此需要得到比较准确地来了测量方法的手段，例如Uzzato等人提到的耦合变

量理论，已经能够被运用到不同的噪声频率中，不过在噪声研究中，关于研究结

论的精度以及研究的有效性都还有待于继续考证。

关键词：船舶结构；振动噪声；进展

相对而言，EFEA法—能量有限元算法在实际的使用环境中相较于SEA算法更

有优势，因为其目标能够落在离散点上，因此可以更加逼真地模拟出船体结构的

受力状态，也减少了过去在船体噪声振动中的不稳定影响，同时利用计算机系统

也可以表现出更加逼真的数值结果，把传统算法的计算结果转变为空间矢量。

1噪声及其对人的危害

噪音，通常包括两种意思：从物理学角度来讲，噪声是所有不同频带和声压

的不规则混合；从生理学和心理学的角度来看，人们不需要的噪音被称为噪音，

因为噪音水平太高，影响身心健康，或者因为噪音水平不高，使人疲劳，影响人

类的休息、睡眠、工作等。它的损害也是多方面的：（1）噪音对语言理解的影响：噪音水平越强，语言理解能力越低。在80 dB的噪声环境中彼此交谈非常困难，但在90 dB的噪声中彼此交谈是完全不可能的。（2）噪声环境对人类听力

的损害：最常见的是“听力疲劳”，即在噪声的影响下，人们的听力敏感度会暂

时降低，但很快就会恢复。这种情况也被称为“暂时性听力损失”。然而，如果

听觉系统长期暴露在强烈的噪声中，直到听力敏感度逐渐降低并变得永久，无法

再完全恢复，就会出现“永久性听力损失”的现象。（3）强噪声影响人体健康：长期暴露于强噪声会导致中枢神经系统功能紊乱，主要表现为自主神经衰弱综合征；强烈的噪音刺激中枢神经系统，往往导致消化不良和厌食，进而引发胃肠道

船舶结构的振动及预防措施分析

摘要：本文通过对船舶结构振动的原因进行分析，结合船舶行驶的具体过程，进一步提出预防船舶结构振动的措施，提高船舶运行过程中的安全性。

关键词：船舶；振动；预防措施

船舶在运行的过程中，会受到各种外在因素的影响，这些外在影响，可能直接作用在船体的外部结构上，也可能通过间接的作用在船体的表层，从而对船舶本身造成影响。很多外力因素的对船舶的直接表现形式是引起船舶动荡，造成船舶结构的振动。影响较小的振动可能会影响船内成员的身体不适，造成乘客的烦恼，降低乘客乘船体验感，但不会对船舶本身造成比较大的危害。如果出现了比较大的振动，可能会使船舶在运行的过程中出现比较大的损伤，影响船舶的整体结构和各类零部件，造成零部件之间的剧烈的摩擦，使某个部位出现故障，影响船舶整体的运营情况，后期工作人员在维修的过程中，也需要投入大量的资金和人力，来对受振动影响的工作设备进行维修。为了尽量避免这种情况的发生，我们需要对船舶结构的振动进行分析，提出相应的解决措施，减少对船舶结构造成的危害。

一、船舶结构振动产生的原因

通过分析，船舶结构的振动主要原因是螺旋桨，主机，辅机以及其他的外在因素。这些原因构成了船舶结构振动的振动源，让船舶在行使的过程中产生振动。由于辅机所造成了振动比较小，所以这里对辅机造成的振动不进行主要的说明。

（一）螺旋桨造成的振动

螺旋桨对船舶结构造成的振动有具体的不同的实现路径，通过研究调查，发现主要是以下几个方面。

第一，螺旋桨在旋转的过程中传递给船舶结构的力与力矩。螺旋桨在运动的过程中，不可避免的会产生振动，在振动过程中，螺旋桨产生的力就会通过轴系传递出去，让船舶因螺旋桨而产生振动。

小型船舶船体振动的原因及对策

摘要：船体是一个弹性体，在主机、螺旋桨等各种干扰力的作用下，船舶航

行时，都存在着不同程度的振动。轻微的振动是正常的，也是允许的。但如果干

扰频率与系统的固有频率相同，或因干扰幅值过大，就会引起共振或剧烈的振动，甚至影响到船舶的正常航行，这种振动视为有害振动。

关键词：小型船舶；船体振动；原因及对策；

引言

而船舶在运行的过程中，会受到各种因素的影响，这些外在影响，可能直接

作用在船体的外部结构上，也可能通过间接的作用在船体的表层，从而对船舶本

身造成影响。很多外力因素的对船舶的直接表现形式是引起船舶动荡，造成船舶

结构的振动。影响较小的振动可能会影响船内成员的身体不适，造成乘客的烦恼，降低乘客乘船体验感，但不会对船舶本身造成比较大的危害。如果出现了比较大

的振动，可能会使船舶在运行的过程中出现比较大的损伤，影响船舶的整体结构

和各类零部件，造成零部件之间的剧烈的摩擦，使某个部位出现故障，影响船舶

整体的运营情况，后期工作人员在维修的过程中，也需要投入大量的资金和人力，来对受振动影响的工作设备进行维修。因此，对于小型船舶船体振动的研究，已

经具备非常重要的意义。

一、振动的危害及其原因

严重振动对船舶的危害主要有以下几点：

1.

使船体结构或机械设备在向力过大时产生我疲劳破坏影响航行安全。

2.

影响船员和旅客的居住舒适性，影响船员的工作效率，危害身体健康。

（3）影响船上设备仪表的正常工作降低使用精度编短使用寿命。

另外振动还会激发噪声因此研究船舶振动的原因，采取有效措施进行减振十

分必要。

船体作为自由漂浮在水上的空心弹性梁，在营运过程中必然会受到各种激励

第二章船舶辐射噪声及计算方法

•
M
f e
1 c2
V
NN T dV
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K
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BT BdV
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•
Ref NnT NT dS
S
为流体的质量矩阵；为流体的刚度矩阵；为流体面上的耦合矩阵。
有限元法及边界元法
在流体与结构的交界面上，声压对结构同时也产生一个面力的作用，将其变换到节点上，于是结构方程可以写成下列形式：
M esue Cesue K esue Fes Fef
声振动级与相对振源的距离关系声源的衰减规律
船体结构的振动传导性
(1)随着相对振动源的距离的增大，其振幅不断减小。一是，一部分振动能量被结构吸收；二是，散波波前的扩大（在就近，相距声振动源大致几米处）。
船体结构的振动传导性
(2)船体结构中的振动振幅的下降，主要和这些结构的损耗系数、波数，以及相对振源的距离有关。欲降低振幅，需提高损耗系数（例如，借助于吸收振动的结构）和增大波数（例如，减小结构的刚度），以及加大同振源的相对距离。
水下振动噪声及控制技术 2017年8月
1
第2讲潜艇和船舶噪声的主要来源及计算方法
坐过船吗？你对噪声的感觉是什么？除了噪声，坐船最厌烦的是什么？
船舶噪声的主要来源及计算方法
船舶噪声由其自身设备工作时以及外界风浪等拍击船体时发出的不同频率和不同强度的声音无规律地组合而成。它包括：存在于舱室部位的空气噪声、存在于船体结构中的结构噪声、存在于船体周围水介质中的噪声（水声）。

船舶振动及减振措施探讨

船舶是一个自由漂浮在水中的弹性体，只要螺旋桨或主机工作，总是会引起船体不同程度的

振动。轻微的振动是允许的，也是不可避免的。但船体振动过大会导致船体结构产生疲劳破坏，影响船上设备和仪器的正常工作，降低使用精度，缩短使用寿命，严重时还会导致船体

断裂乃致沉没；同时船体振动还严重影响着船员和旅客的居住舒适性、船员的工作效率和身

体健康。船舶振动不但与其振源有关，而且与船舶总布置、尾部线型和船体结构直接有关。

而激起船体振动的主要振源（也称激励源）是螺旋浆和主机，它们在运转时将激起周期性干

扰力，使船体发生稳态强迫振动，若激励幅值过大或引起了共振，就会产生剧烈的振动。

一、船舶振动产生的原因

船体振动分总振动和局部振动，总振动较少出现，而局部振动则较为普遍。船舶振动产生的

主要原因有以下几个方面：

（一）线型：因为尾部线型对伴流的分布起决定性作用，直接影响螺旋桨来流和去流产生漩涡、伴流等方面的状况，这些都直接与船体振动有关。

（二）船体结构：如船体结构布置、构件取材不合理、刚度不足、结构不连续，这些都会使

船体板格固有频率太小，或产生应力集中和惯性矩不能满足要求，特别是若机舱、尾部结构

不合理或板材、构件取材太小，刚度不足；另外，甲板开口宽度超过3/4B的内河浅水大开口船，在航行中产生较大扭矩，使轴系偏移，也都会引起船体振动。

（三）螺旋桨的选择及与船体线型匹配。螺旋桨诱导的表面力和空泡是导致剧烈尾振的原因，而这两者又与螺旋桨的设计如桨叶的倾斜度、盘面比、螺距、厚度分布和叶片数等有关，因

而螺旋桨的选择直接影响到船体振动；同时螺旋桨与船体线型是否匹配、间隙是否足够，均

关于船舶减振降噪的原理与措施

段世忠

(黑龙江省航道局)

摘要:船舶噪音的污染源主要是由于船舶的动力装置及其它辅助装置自身振动及吸排气引起的,并提出了传播的的途径及应采取的措施来减振降

噪.

关键词:船舶;噪音;控制方法

一

,

船舶噪音源

1.空气动力噪音

1.1由主机空气流动产生的噪音.如果进气管直径为0.35m,则其平

均流速可达64m/8,再考虑到各缸的进气必然存在间断性和不均匀性,于

是在进气管中会出现空气动力噪音并向四周传播,形成空气动力噪音场.

1.2排气产生的噪音.主要有排气压力脉动噪音,气流通过气阀等处发

生的涡流声,边界层气流扰动发生的噪音和排气出口喷流噪音.在多缸柴油

机排气噪声的频谱分析中,低频处有一明显的噪声峰值,即低频噪声.这时

由于柴油机每一缸气阀开启时,缸内燃气突然高速喷出,气流冲击到排气阀

后面的气体上,使其产生压力巨变而形成压力波,从而激发噪声,由于各缸

排气阀是在指定的相位上周期性运行,因而这是一种周期性的噪声.

另外排气系统中气体的共振是在主机与烟囱之间的排气管中形成的强

烈压力脉动,除了引起涡轮鼓风机和排气管系统的振动外,还可以在船舶烟

囱附近产生振动.

1.3来自增压器气流的噪音.对废气涡轮增压器来讲,空气与压气机叶

片之间的相对速度很大,在叶片附近必然会出现大量涡流,在形成强烈而尖

厉的空气动力噪音的同时,激励叶片振动而发出噪音.

2.柴油机的噪音

柴油机主要是由于气动,机械两方面产生的噪声.燃烧过程中气体在气

缸中产生声驻波,声压起伏通过换气过程等直接辐射并通过气缸壁以结构声形式传播和辐射.燃烧过程中冲击波激励的机械振动通过活塞,连杆,曲

船舶螺旋桨鸣音现象分析

Voa.48D9c.2019

第48卷2019年12月船海工程

SHBP&OCEANENGBNEERBNG

DON 10. 3963/j. isn. 1671-7953. 2019. S2.023

船舶螺旋桨鸣咅现象分析

郭世玺，周运凯，刘刚

（上海外高桥造船有限公司，上海200137）

摘要:通过对一型油船试航中发生的螺旋桨异响进行分析，通过时域和频域方法分析后确定为螺旋桨鸣音。结合本船螺旋桨的特点,在码头对螺旋桨的抗鸣边进行修改，并进行试航验证$经试航测试，螺旋桨经过抗鸣边修改,鸣音现象消失$

关键词:油船;螺旋桨;异响;鸣音;卡门涡街;抗鸣边;随边

中图分类号:U664. 33 文献标志码:A 文章编号：1671-953（2019）S2-0088-04

卡门涡街在流体动力学上有很多经典案例, 船舶最容易产生卡门涡街现象的位置便是螺旋

桨，在螺旋桨桨叶的随边边缘产生的涡街脱落导致的螺旋桨鸣音会产生较大的噪音。螺旋桨鸣音是一种异常的单节奏单频声响，在螺旋桨附近较大范围均可听见。制造厂通常在加工螺旋桨时会

引入一定的措施进行预防，当实船出现鸣音现象

时，也可以采取类似方法对鸣音进行消除。

1螺旋桨的鸣音现象及特点

船舶航行过程中，当流体流经螺旋桨时，由于螺旋桨的阻碍，在螺旋桨后面的尾流中，将会出现顺时针和逆时针交替旋转的卡门涡，并由此在螺

旋桨上产生一个垂直于流向的卡门力。当该力的频率与螺旋桨的固有振动频率一致时，即产生共

振。卡门涡街交替脱落时会产生振动，并发出声响效应，这种声响是由于卡门涡街周期性脱落时

船舶环境噪声的数值分析模型研究

模型应用：将建立的数值分析模型应用于船舶环境噪声的分析和控制中，为实际工程提供参考和指导
船舶动力系统：分析船舶动力系统产生的噪声船舶结构：研究船舶结构对噪声的影响船舶推进系统：评估船舶推进系统产生的噪声船舶设备：分析船舶设备对噪声的影响
船舶环境噪声的数值分析模型
声学模型的基本原理船舶环境噪声的声学模型构建声学模型的数值计算方法声学模型的应用与展望
流体动力学模型的基本原理船舶环境噪声的流体动力学模型建立流体动力学模型在船舶环境噪声分析中的应用流体动力学模型的优势与局限性
引言：介绍船舶环境噪声及其对船舶航行安全和人员健康的影响
数值分析模型：详细介绍船舶环境噪声的数值分析模型，包括声学原理、数值计算方法和模型验证等方面
数值模拟方法：介绍船舶环境噪声的数值模拟方法，包括有限元法、边界元法、有限差分法等，并比较各种方法的优缺点
声的数值分析模型研究 ” 的 P P T, 现在准备介绍 “ 未来研究方向 ” , 请帮我生成 “ 未来研究方向 ” 为标题的内容未来研究方向
● 我正在写一份主题为“船舶环境噪声的数值分析模型研究”的PPT,现在准备介绍“未来研究方向”,请帮我生成“未来研究方向”为标题的内容 ● 未来研究方向
数值模拟结果：展示船舶环境噪声的数值模拟结果，包括声压级分布、声源识别、传播路径分析等方面，并分析其对船舶航行安全和人员健康的影响

船舶噪声与振动控制

船舶噪声与振动控制是船舶设计和运行中非常重要的方面。船舶在海上航行时，会受到各种因素的影响，产生噪声和振动。这些噪声和振动不仅对船舶的运行效率和安全性产生影响，还会对船员和乘客的舒适度产生影响。因此，对船舶噪声与振动进行控制是非常必要的。

船舶噪声的来源

船舶噪声的来源主要有两个方面，一是船舶的机械设备，二是船舶的流体动力学特性。

机械设备

船舶的机械设备包括主机、辅机、发电机、泵等，这些设备在运行过程中会产生噪声。噪声的主要原因是设备中的零件在运动过程中产生的碰撞、摩擦和振动。此外，设备的冷却系统、排气系统等也会产生噪声。

流体动力学特性

船舶在海上航行时，会受到海水的冲击，产生流体动力学噪声。这种噪声主要是由于船舶的船体、螺旋桨、舵等部件与海水相互作用产生的。流体动力学噪声的频率范围较广，可以从几十赫兹到几千赫兹不等。

船舶振动的来源

船舶振动的来源主要有两个方面，一是船舶的机械设备，二是船舶的流体动力学特性。

机械设备

船舶的机械设备在运行过程中会产生振动。振动的主要原因是设备中的零件在运动过程中产生的碰撞、摩擦和振动。此外，设备的冷却系统、排气系统等也会产生振动。

流体动力学特性

船舶在海上航行时，会受到海水的冲击，产生流体动力学振动。这种振动主要是由于船舶的船体、螺旋桨、舵等部件与海水相互作用产生的。流体动力学振动的频率范围较广，可以从几十赫兹到几千赫兹不等。

船舶噪声与振动的控制方法

船舶噪声与振动的控制方法主要有以下几种：

隔振降噪

隔振降噪是通过隔离船舶机械设备和船体之间的振动传递，降低船舶噪声的方法。常用的隔振降噪材料有橡胶隔振器、空气隔振器等。

船舶的噪声与振动控制

构破坏问题，而且船员在此种工作环境下工作容易出现身体健康问题，所以船舶噪声和振动控制处理非常重要，要求研究人员可以对船舶发出的噪声与振动进行研究，找出有效控制的办法，指导船舶设计人员可以在后续的设计工作中利用控制噪声与振动元件，合理设计船舶结构，从而确保设计出的船舶有着较长的使用寿命，船员可安全的在船舶上开展各项海上生产及作业工作。

1 振动源与噪声源分析

船舶结构中的主机、柴油机、主推进及主螺旋桨等装置是造成船舶振动源（噪声源）的主要因素，分析多因素与振动源（噪声源）之间的相关性，发现柴油机、螺旋桨装置为重要的影响因素，其中柴油机运转期间可以为船舶提供运行动力，会产生修复力矩、惯性力等振动（噪声）干扰力，而螺旋桨则可以在工作中产生轴承力、叶频干扰力等影响振动振幅大小的激振力。分析船舶发出的噪声可知主要包括三类：空气动力、电磁、机械噪声，划分依据为发出噪声的声源，还可以依照船舶上噪声发出的具体位置，将噪声划分为船体振动、结构激振、螺旋桨噪声等多类。研究船舶振动源、噪声源期间，需要对船舶作以局部结构模态分析，从而可让研究人员充分掌握船舶结构阻尼、振型及频率等参数，进而依据参数明确船舶出现振动及噪声期间，是否同时出现谐振现象，并且通过参数还可以对船舶频率、振型的正确性进行测试，从而可结合多项分析结果来预测船舶振动源位置[1]。

2 常用船舶振动与噪声模拟

以往开展船舶噪声与振动问题模拟的方式包括数学公式、模型计算、海上船舶试验等，研究人员依次利用上述方式进行问题模拟工作，能够在掌握噪声、振动发出位置的情况下良好的模拟噪声振动控制情况，但是分析常规方式的应模拟，该种模拟方式具体操作时可以依照下面方法完成模拟工作：

船舶结构的振动问题及防范措施

摘要：随我我国经济的高速发展，社会日趋进步的背景下，交通工具出现的方

式也越加复杂化，近年来，随着我国交通事业和对外经济的高速发展，船舶行业

的发展速度也随之提升，进而为国民出行以及商业用品运输提供了一定的便捷性，然而在我国可持续发展战略背景下，人们对船舶行业的发展也提出了更高的要求，基于此，本文针对船舶结构的震动问题进行研究调查，阐述其中存在的问题并提

出符合实际要求的防范措施，意在为船舶行业发展提供良好帮助。

关键词：船舶结构；振动问题；防范措施

前言：国有经济高速发展背景下，船舶行业的发展也得以提升，当前时期，

船舶行业不仅能够为国民出行提供一定的帮助，还能够为我国对外经济发展奠定

基础，虽然我国船舶事业发展得到提升，但是构成船舶的设备仍然需要进一步完善，本文所阐述的船舶结构振动问题就是其中的重要一项，船舶振动问题的产生

原因较多，影响也较为的广泛，因此，本文针对船舶结构的振动问题进行研究，

并采取有效措施解决此项问题，进而为人民出行提供更舒适的环境，使我国可持

续发展更有意义。

一、船舶结构振动造成的影响及改善的重要性分析

船舶行业高速发展背景下，我国经济效益以及人民出行也得到一定的发展，

但随之也带来一定的影响。一方面，为能够保障船舶的航海速度，主机的功率也

随之提升。另一方面，部分船舶公司为能够在短期时间内追求到经济效益的提升，船舶结构存在质量问题，用料的厚度以及骨架材料的选择没有达到标准。进而导

致船体的振动加剧，此种现象不仅影响船内人员的身体健康，而且对环境也造成

一定的影响。由于船舶结构振动问题的产生，其相对的影响也会出现，例如。振

第二章船舶辐射噪声及计算方法

船舶辐射噪声是指船舶在运行过程中产生的噪声，主要由发动机、机

器设备、涡轮机、推进器以及水动力与气动力的相互作用引起。船舶辐射

噪声对海洋生物生存和水下声纳系统的正常工作都会造成一定的影响，因

此对船舶辐射噪声的研究与控制具有重要意义。

船舶辐射噪声的计算方法包括理论计算、试验测量和数值模拟等。其中，理论计算是通过建立船舶辐射噪声的数学模型，计算船壳振动、流体

动力与辐射噪声的关系，从而得到辐射噪声的预测值。试验测量是利用实

际船舶进行噪声测量，通过分析测得的噪声数据，获得船舶辐射噪声的特

性参数。数值模拟则是利用计算机对船舶辐射噪声的产生过程进行模拟，

通过对流体动力与结构振动的相互作用进行计算分析，得到辐射噪声的预

测结果。

船舶辐射噪声的计算方法需要考虑以下几个方面：

2.流体动力：船舶在航行中会产生流体动力，包括湍流、压力波动等，这些流体动力会对船壳产生激励，引起振动。因此需要对流体动力进行分析，可以利用计算流体力学方法模拟船舶流体动力，计算出激励力。

3.节流噪声：船舶的推进器在工作时会产生节流噪声，即推进器排放

水体中的废水形成的压力波。节流噪声的计算需要考虑推进器的结构和工

作参数，可以利用试验测量和数值模拟方法进行计算。

4.水动力与气动力的相互作用：船舶在航行中会受到水流和风力的作用，这些力的作用会对船壳产生激励，引起振动和辐射噪声。因此需要考

虑水动力与气动力的相互作用，并进行相应的计算分析。

总之，船舶辐射噪声的计算方法是通过分析船壳振动、流体动力与辐射噪声的相互作用关系，进行理论计算、试验测量和数值模拟，得到辐射噪声的预测和分析结果。这些方法可以用于船舶噪声控制的设计和优化，从而减少船舶对海洋生物和水下声纳系统的影响。

基于振动分析的船舶螺旋桨鸣音故障诊断

第37卷第2期

技术交流

中国修船

基于振动分析的船舶螺旋桨鸣音故障诊断

叶文荣，于忠杰，王婉莹，高洪滨

（92601部队，广东湛江

524000）

摘要：文章针对某船在试航过程中艉部区域出现的不明金属敲击异响，通过测量异响区域船体的振动信号，分析异响出现和消失时振动频谱结构特征，确定故障原因是螺旋桨鸣音。研究发现，附着在螺旋桨上的海生物发展到一定程度后，会改变桨叶的随边形状，流体在螺旋桨背后形成卡门涡街，作用于桨叶发出金属敲击声。

关键词：船体振动；卡门涡街；金属敲击声；螺旋桨鸣音中图分类号：U672

文献标志码：A

doi ：10.13352/j.issn.1001-8328.2024.02.002

Abstract ：In response to the abnormal metallic sound in the stern area of a certain ship during its sea trials ，

this paper measures the vibration signals of the hull in the area of the noise and analyzes the frequency spectrum struc⁃ture changes of the vibration velocity at the measurement point when the abnormal sound occurred and disappeared.It determines that the propeller singing creates the sound.The study finds that when marine organisms attached to pro⁃

螺旋桨桨叶涡激振动引起机舱噪声的预报与分析

20

基金项目：海洋工程国家重点实验室（上海交通大学）开放课题资助项目（编号1605）作者简介：欧礼坚（1974-），男，博士。研究方向：绿色船舶技术研究。张自帆（1998-），男，主要从事船舶船体设计工作。收稿日期：2020-07-22

螺旋桨桨叶涡激振动引起机舱噪声的预报与分析

欧礼坚1，张自帆2

（1. 华南理工大学土木与交通学院，广州 510640；2. 友联船厂（蛇口）有限公司，深圳 518052）

摘要：螺旋桨高速转动时，随边产生周期性脱落旋涡，其频率接近叶片某一阶固有频率时会诱导叶片产生涡激共振。对于电池推进新型船舶，螺旋桨涡激振动引起的舱室噪声属于主要噪声源。为了提高新型船舶的绿色度和噪声舒适度，采用统计能量法对螺旋桨涡激振动产生的舱室噪声进行预报，并研究分析噪声治理措施，提出噪声治理优化设计方案。螺旋桨桨叶涡激振动引起的舱室噪声预报方法和降噪治理措施，可供新型船舶减振降噪设计参考。

关键词：螺旋桨；涡激振动；舱室噪声

中图分类号：U661.31 文献标识码：A

Prediction and Analysis of Engine Room Noise Caused by Vortex-Induced Vibration of Propeller Blade

OU Lijian 1, ZHANG Zifan 2

( 1. South China University of Technology, Guangzhou 510640; 2. Yiu Lian Dockyards (Shekou) Limited, Shenzhen 518052 )

船舶振动和噪音

高速船的振动与噪声控制

时间：2007-6-8

引言

随着社会经济的发展，人们生活水平的提高，在当今社会的快节奏运动中，作为水上高速运输的高速船愈来愈受到人们的重视，已成为当今世界上主要发展船型之一.改革开放为发展我国高速水上客运提供了良好的机遇，随着国民经济的发展和国内外贸易往来的增长，以及旅游业的兴起和发展，近一二十年来，高速船在我国得到了迅速的发展.与此同时，高速船的振动与噪声控制也日益受到用船、造船和船检等部门的关注和重视.

1高速船振动特点

目前各种类型的高速船，除了各自的水动力性能外，从船体强度和振动角度，其共同特点是对船体的重量要求极严，刚度相对较弱.船舶航行时的阻力大致与船舶排水量成正比，故对于高速船来说，要提高航速最有效的办法之一是减轻船舶自重，控制自重是高速船设计成败的关键之一.当主机、设备等重量难以再较大幅度减轻后，减轻船体结构自重就成了设计的重点.除了按规范外，常采用理论方法设计，在满足强度的条件下尽可能减少板材和骨架的尺度，因而其船体刚度相对常规船型要弱.高速船的另一共同特点是因主机功率大，且皆为高速机，机电设备又相对较多，因而作为船舶振动的主要激振源——柴油机和螺旋桨，其激励幅值要较常规船大得多，且激励频率又较高。

刚度弱、激励大、频率高，造成高速船的船体振动较常规船更为突出.不仅影响旅客的舒适性和船员的工作效率，而且由于高速船船体构件尺寸小，板薄，振动幅值大，频率高，较常规船舶更易在应力过大部位产生疲劳破坏，从而影响结构强度和航行安全.以往船舶振动的研究集中于军用舰艇及排水型常规民船，要将其成果直接用于高速船还有一定距离.例如船舶设计时的振动预报，防止船舶产生船体低阶总振动共振，这是船舶设计时振动控制的一个重要手段.由于高速船一般主尺度较小，容易造成不会引起船体总振动的错觉，实则不然.如单体钢质高速客船，由于船体线型瘦削，L/D较大，仍然会激起船体总振动.某60客位单体钢质高速船，实船激振试验测得其船体垂向弯曲振动固有频率为1阶7.81 Hz，2阶12.79 Hz，3阶24.9 Hz，该船主机额定转速为1 744 r/min，齿轮箱减速比为2.077.因而在主机转速1 620 r/min时，沿船长各测点测得由轴频激励激起的船体2阶三节点振形，且共振幅值较大.实测振形腹点处船底板动应力最大峰值σmax=20.63N/mm2，已接近许用应力.但高速船由于主机转速高，因而激励频率高，以我们对若干艘高速船的振动计算表明，一般不会产生船体低阶总振动共振.如船长20～35 m的单体钢质高速船，计算所得的二节点1阶和三节点2阶船体垂向弯曲振动固有频率一般均小于12 Hz，而最低激励频率——轴频激励频率在额定转速时都常大于14Hz.因而即使在常用转速下，也不会发生1阶共振，发生2阶共振的机率也不多，实船测试也证实了这一点.但发生船体高阶(如3阶)总振动的可能性是存在的.故对高速船振动预报有意义的是2阶和3阶固有频率.而目前工程上常用的迁移矩阵法和一维有限元法，计算所得的总振动垂向弯曲1阶固有频率精度较高，3阶计算误差就较大.这是因为高阶振动时节点距离缩短，梁横截面发生翘曲，剪切变形影响增大，基于梁理论的迁移矩阵法及一维有限元法其高阶固有频率计算误差自然增大.计及流固耦合的三维有限元法计算精度可大大提高，但由于计算准备工作量大，需计算机的容量高，耗机时多，计算费用高等特点，难以在一般工程设计中应用.故寻求既能提高船体高阶固有频率的计算精度，又计算方便能满足不同设计阶段工程需要的实用计算方法，对高速船设计与振动控制来说就非常必需.另外，相对于总振动，高速船局部振动较为突出，局部振动共振的机会也增多，除了一般内河船常见的底板共振外，我们在实船测试曾发现尾舱船底板架共振，