舰用发动机消音降噪结构与设计研究

[摘 要]近几年以来，我国的航海技术迅速发展，船舰的质量与安全至关重要。伴随着设计的不断创新，船舰船只越来越先进。因此，紧随其后的问题迎面而来，为了建造足够大的船舰来容纳更多的人，发动机的设计也会逐渐变大，噪音的影响加剧。为此，本文笔者结合自身多年经历，对于降噪消音进行了探讨。

[关键词]发动机；消音降噪；设计研究

中图分类号：TP 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）23-0041-01

在船舰上，发动机的声音不仅让工作人员无法正常工作，船上的游客更会因为此原因而造成心情不佳，无心旅游，会去找经理理论，为船员带来麻烦。严重的是如果发动机未消音降噪，工作人员的心神不宁，尤其是船长，全船人们的安全就得不到保障。因此，发动机的消音降噪工作应及时完成，达到安全第一，为人民服务的目标。

1. 舰用发动机的噪音类型及产生原理

1.1 噪声类型

发动机发出的噪声主要有三种类型：燃烧噪声、机械噪声和空气动力噪声。发动机的机械噪声，是指在气体压力和惯性力的作用下，使运动部件产生冲击和振动而激发的噪声。空气动力噪声，是气体流动（如周期性进气、排气）或物体在空气中运动，空气与物体撞击，引起空气产生的涡流，或者由于空气发生压力突变，形成空气扰动与膨胀（如高压气体向空气中喷射）等而产生的噪声。

1.2 噪声的产生原理

进气门周期性开闭引起进气管道内空气压力和密度起伏变化，从而形成空气动力性噪声，即发动机的进气系统噪声。对进气消声元件的评价指标主要包括两个方面：消声性能和气体动力性能。消声性能采用传递损失、进气口噪声、插入损失进行评价；气体动力性能采用压力损失进行评价。

2. 舰用发动机的噪音对人体的影响

2.1 舰用发动机噪音对自身船体的影响

舰船本身的噪音对自身声纳系统有一定的影响，但不是致命的。水面船只与潜艇不同，无隐身的必要也无隐身的可能，即使现代化的所谓隐身驱护舰以及快艇，充其量也仅是目标特征略小而已。既无隐身的可能，那么声纳系统也就不用扭扭捏捏，主动声纳模式就是最常用的，这是舰船和潜艇使用声纳的明显区别，主动声纳工作频率甄别就是过滤自身干扰的最有效手段声纳探测系统多用于反潜反水雷以及海底测绘，普遍在自身速度几节（甚至更低）的速度下工作，这时发动机仅输出百分之几左右的总功率，噪声自然也要小许多，频率进一步降低，大约为赫兹级，而主动声纳频率在千赫兹级，频谱相隔较远，自身声干扰影响不大。不管是主动声纳还是被动声纳，工作时都要求载具平台最好能静止不动，被动声纳是要求减弱来自自身的声波干扰，主动声纳则是要减轻多普勒效应对目标位置识别解算所产生的干扰。

2.2 噪声的对人体生理上的影响

接触较强噪声，会出现耳鸣、听力下降，只要时间不长，一旦离开噪声环境后，很快就能恢复正常，称为听觉适应。如果接触强噪声的时间较长，听力下降比较明显，则离开噪声环境后，就需要几小时，甚至十几到二十几小时的时间，才能恢复正常，称为听觉疲劳。这种暂时性的听力下降仍属于生理范围，但可能发展成噪声性耳聋。如果继续接触强噪声，听觉疲劳不能得到恢复，听力持续下降，就会造成噪声性听力损失，成为病理性改变。这种症状在早期表现为高频段听力下降。但在这个阶段，患者主观上并无异常感觉，语言听力也无影响，称为听力损伤。病程如进一步发展，听力曲线将继续下降，听力下降平均超过25分贝时，将出现语言听力异常，主观上感觉会话有困难，称为噪声性耳聋。主观症状有耳痛、眩晕、头痛、恶心及呕吐等。噪声除损害听觉外，也影响其他系统。神经系统表现为以头痛和睡眠障碍为主的神经衰弱症状群，脑电图有改变（如节律改变，波辐低，指数下降），植物神经功能紊乱等；心血管系统出现血压不稳（大多数增高），心率加快，心电图有改变（窦性心率不齐，缺血型改变）；胃肠系统出现胃液分泌减少，蠕动减慢，食欲下降；内分泌系统表现为甲状腺机能亢进，肾上腺皮质功能增强，性机能紊乱，月经失调等。

3. 消音降噪的有效措施

3.1 改进发动机

考虑到吸音材料在高频区域具有吸音效果，在低频区域吸音效果不佳及其在高温作用下易老化的特点，在柴油机降噪设计中一般采用抗性消音器。抗性消音器常用的形式有扩张型消音器和共振式消音器，由于单纯采用单腔扩张室式的抗性消音器受到扩张比、腔长等多方面因素的制约，使该类结构在降噪的频率范围

上受到限制。为了使消音器在较宽的频率范围内达到良好的降噪效果，我们在扩张腔内又增设了一个共振腔，同时采用了迷宫式的布局。考虑到降噪的成本及时间问题，对件如主动三角皮带轮、机油盘、悬挂、排气歧管隔热罩等部件，进行降噪处理，能较快的达到降低发动机噪音、满足国家法规要求这一目标。这些件所产生的噪声，是发动机工作时，由于冲击、摩擦、旋转不均匀和不平衡力作用等原因，激起零部件的机械振动而产生的噪声。因此，改变零部件的自振频率，是减小振动噪音比较有效的方式。

3.2 周围环境的改变

在船体的周围多种植树木，会有一部份被树叶所吸收，所以在噪音多的地方，应多种植树木，可达到静音的效果。在舱壁上安装吸声饰面层，改变各子系统中能量的分布和流动，从而改善舱内噪声的分布特性，降低机舱内的声功率大小，达到降噪的目的，吸声材料的用量与降噪量有直接关系。考虑到机舱空间的大小，为了便于安装和不影响正常工作对空间的要求

3.3 使用有效的三聚氰胺泡沫塑料

三聚氰胺泡沫塑料是一种新型的、以三聚氰胺甲醛树脂液为原料得到的有机泡沫材料，三聚氰胺自身具有很好的阻燃性，因此在生产过程无需添加阻燃剂。三聚氰胺泡沫塑料与聚氨酯泡沫塑料相比，低频吸声系数相近，中高频吸声系数较高，特别是在500～3 000 Hz吸声系数较高，符合船艇机舱噪声频谱特性。随试样厚度增加，第一个共振吸收峰由高频向低频偏移，低于此共振吸收频率，吸声系数提高，在噪声贡献较大的500～3 000Hz吸声系数较高。随试样厚度增加，吸声频带宽度也明显拓宽，在实际应用中，应根据噪声的频谱特性，合理选择材料的厚度，以免造成材料的浪费。

4. 结语

船舰的噪音危害严重影响了船员们的身体健康，噪声对睡眠的干扰。人类有近1/3的时间是在睡眠中度过的。睡眠是人类消除疲劳、恢复体力、维持健康的一个重要条件。噪声又对语言交流的影响，来自噪声对听力的影响。这种影响，轻则降低交流效率，重则损伤人们的语言听力。统计表明，长期工作在90分贝以上的噪声环境中，耳聋发病率明显增加。

参考文献

[1] 马大猷.噪声与振动控制工程手册[M].机械工业出版社，2011. 9： 44， 446.

[2] 张晶.基于统计能量分析法的船艇机舱噪声分析研究与优化[D].装甲兵工程学院，2009.