CN113968308A - 一种小水线面双体船的低噪声支柱结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种小水线面双体船的低噪声支柱结构，包括上层船体，上层船体底部下方分别通过支柱间隔平行安装有潜体；单个支柱外壁面上均包裹有柔性覆盖层，支柱为中空结构并在内壁面上间隔设置有加强筋和动力吸振器；本发明从降低波浪拍击力、增加结构阻尼损耗、提高支柱局部板格结构谐振频率以及设置动力吸振器四个方向上，来大大降低了双体船所产生的波浪拍击自噪声，有效助力于双体船上水声设备的可靠、稳定使用。

Description

一种小水线面双体船的低噪声支柱结构
技术领域
本发明涉及双体船技术领域，尤其是一种小水线面双体船的低噪声支柱结构。
背景技术
小水线面双体船与常规的单体船不同，其是由两个水下潜体、连接水下潜体与上层船体之间的双支柱体、以及高出水面的上层船体三部分组成。小水线面双体船独特的船型使得其耐波性能十分优越，尤其适合作为远洋科学考察的平台。
作为海洋科考用的小水线面双体船一般都配备有水声设备，水声设备的工作性能与其所处水域环境的背景噪声有较大关系；背景噪声越大，对水声设备的干扰越强。其中背景噪声的主要来源之一则是由小水线面双体船产生的自噪声。
尤其是，当小水线面双体船在较高风浪环境中，采用水声设备进行测试作业时，因波浪拍击支柱引起船体结构振动导致的水中自噪声会对其低中频段的水声测量存在较大干扰。因此，研制出振动量值小的低噪声支柱结构，使得其在波浪拍击下产生的自噪声很低，不影响水声设备的正常工作，这已经成为一项迫切的实际需求。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的小水线面双体船的低噪声支柱结构，从而大大降低了双体船所产生的波浪拍击自噪声，有效助力于双体船上水声设备的可靠、稳定使用。
本发明所采用的技术方案如下：
一种小水线面双体船的低噪声支柱结构，包括上层船体，所述上层船体底部下方分别通过支柱间隔平行安装有潜体；单个支柱外壁面上均包裹有柔性覆盖层，支柱为中空结构并在内壁面上间隔设置有加强筋和动力吸振器。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述柔性覆盖层为内外双层结构，包括贴合包覆于支柱外壁面的橡胶层，橡胶层外部包裹有板材层，板材层外壁面与水接触。
所述橡胶层贴合于支柱的内侧面上间隔开设有多个方形结构的空腔。
所述橡胶层上空腔的体积占总体积的比率大于50％。
所述橡胶层采用软橡胶材料，其厚度为3cm～5cm；所述板材层采用船用玻璃钢材料，其厚度为0.5cm～1cm。
所述动力吸振器包括安装于支柱壁面上的弹簧组件，弹簧组件内端部安装有质量块；所述质量块的数量为一个、贴合连接的二个或是多个。
所述潜体前后方向设置为流线型结构，支柱为中空扁平结构。
所述支柱为钢板，其顶部和底部分别与上层船体、潜体焊接连接，加强筋焊接于支柱侧面。
所述支柱单侧壁面上纵向间隔设置有两组动力吸振器。
所述支柱内壁面上沿纵向间隔设置2～4组加强筋。
本发明的有益效果如下：
本发明结构紧凑、合理，通过降低波浪拍击力、增加结构阻尼损耗、提高支柱局部板格结构谐振频率以及设置动力吸振器四个方向上，来大大降低了双体船所产生的波浪拍击自噪声，有效助力于双体船上水声设备的可靠、稳定使用；
本发明还包括如下优点：
在受到波浪拍击的支柱外表面区域敷设内部含方形空腔的柔性覆盖层；一方面柔性覆盖层可以有效缓减波浪拍击力，另一方面柔性覆盖层可以有效提高支柱局部板格结构的阻尼损耗、抑制其振动；
板材层具有较大的硬度和刚度，一方面可使波浪拍击力更加均匀地传递到空腔橡胶层上，使橡胶层起到更好的缓冲与隔振作用；另一方面板材层起到了阻尼约束层的作用，它与空腔橡胶层组合后，相当于在支柱钢板表面敷设了约束阻尼，能大幅提高整个支柱结构的阻尼损耗，有效衰减其振动；
动力吸振器的主要作用在于抑制高峰值频段内的结构振动和水下自噪声，可以使两个动力吸振器之间发挥联合作用，从而使得产生动力吸振效果的频段更宽；另一方面，通过调整质量块的数量，来方便地改变动力吸振的频率，从而根据不同工况的频率特征整体上达到优越的吸振效果。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1中A部的局部放大图。
图3为本发明支柱内侧加强筋布设前后效果对比示意图。
其中：1、上层船体；2、支柱；3、柔性覆盖层；4、潜体；5、加强筋；6、动力吸振器；
31、橡胶层；32、板材层；
61、质量块；62、弹簧组件。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本实施例的一种小水线面双体船的低噪声支柱结构，包括上层船体1，上层船体1底部下方分别通过支柱2间隔平行安装有潜体4；单个支柱2外壁面上均包裹有柔性覆盖层3，支柱2为中空结构并在内壁面上间隔设置有加强筋5和动力吸振器6。
如图2所示，柔性覆盖层3为内外双层结构，包括贴合包覆于支柱2外壁面的橡胶层31，橡胶层31外部包裹有板材层32，板材层32外壁面与水接触。
橡胶层31贴合于支柱2的内侧面上间隔开设有多个方形结构的空腔，空腔可以有效减少橡胶层31的重量、提高橡胶层31的柔软度、增加橡胶层31的剪切阻尼损耗，大幅提升橡胶层31的缓冲与减振效果。
橡胶层31上空腔的体积占总体积的比率大于50％。
橡胶层31采用软橡胶材料，其厚度为3cm～5cm，软橡胶材料便于该橡胶层31的加工以及敷设到支柱2钢结构表面，且对波浪拍击力的缓冲效果较好；板材层32采用船用复合板材料，其厚度为0.5cm～1cm。
在受到波浪拍击的支柱2外表面区域敷设内部含方形空腔的柔性覆盖层3；一方面柔性覆盖层3可以有效缓减波浪拍击力，另一方面柔性覆盖层3可以有效提高支柱2局部板格结构的阻尼损耗、抑制其振动。
板材层32具有较大的硬度和刚度，一方面可使波浪拍击力更加均匀地传递到空腔橡胶层31上，使橡胶层31起到更好的缓冲与隔振作用；另一方面板材层32起到了阻尼约束层的作用，它与空腔橡胶层31组合后，相当于在支柱2钢板表面敷设了约束阻尼，能大幅提高整个支柱2结构的阻尼损耗，有效衰减其振动。
此外，船用复合材料板重量轻、价格便宜，便于保养和更换，贴敷在空腔橡胶层31表面可以作为一个保护层，起到防污、有效延长使用寿命等作用。
动力吸振器6包括安装于支柱2壁面上的弹簧组件62，弹簧组件62内端部安装有质量块61；质量块61的数量为一个、贴合连接的二个或是多个。
根据不同工况下，波浪拍击力的频谱特征以及支柱2局部板格结构谐振频率的特征，可调整动力吸振器6上质量块61的个数，以此实现较好的吸振效果，从而有效降低波浪拍击自噪声。
动力吸振器6的主要作用在于抑制高峰值频段内的结构振动和水下自噪声，可以使两个动力吸振器6之间发挥联合作用，从而使得产生动力吸振效果的频段更宽；另一方面，通过调整质量块61的数量，来方便地改变动力吸振的频率，从而根据不同工况的频率特征整体上达到优越的吸振效果。
潜体4前后方向设置为流线型结构，支柱2为中空扁平结构。
支柱2为钢板，其顶部和底部分别与上层船体1、潜体4焊接连接，加强筋5焊接于支柱2侧面。
支柱2单侧壁面上纵向间隔设置有两组动力吸振器6。
支柱2内壁面上沿纵向间隔设置2～4组加强筋5；实际中，先采用船舶三维声弹性分析方法，建立支柱2局部板格结构的声弹性计算模型，计算出其水下谐振频率和辐射声功率传递函数；然后在限制重量增加量和空间布置的约束条件下，从加强筋5的数量、尺寸以及设置位置进行寻优计算，目标是尽可能提高第一个声辐射峰值所对应的模态谐振频率，如图3所示，为优化后的效果体现，在支柱2钢板上焊接加强筋5是改变支柱2局部板架结构谐振模态的有效手段，从而来有效降低水下自噪声的量值。
本发明中，通过降低波浪拍击力、增加结构阻尼损耗、提高支柱局部板格结构谐振频率以及设置动力吸振器四个方向上，来大大降低了双体船所产生的波浪拍击自噪声，有效助力于双体船上水声设备的可靠、稳定使用。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (10)

1.一种小水线面双体船的低噪声支柱结构，包括上层船体(1)，其特征在于：所述上层船体(1)底部下方分别通过支柱(2)间隔平行安装有潜体(4)；单个支柱(2)外壁面上均包裹有柔性覆盖层(3)，支柱(2)为中空结构并在内壁面上间隔设置有加强筋(5)和动力吸振器(6)。
2.如权利要求1所述的一种小水线面双体船的低噪声支柱结构，其特征在于：所述柔性覆盖层(3)为内外双层结构，包括贴合包覆于支柱(2)外壁面的橡胶层(31)，橡胶层(31)外部包裹有板材层(32)，板材层(32)外壁面与水接触。
3.如权利要求2所述的一种小水线面双体船的低噪声支柱结构，其特征在于：所述橡胶层(31)贴合于支柱(2)的内侧面上间隔开设有多个方形结构的空腔。
4.如权利要求3所述的一种小水线面双体船的低噪声支柱结构，其特征在于：所述橡胶层(31)上空腔的体积占总体积的比率大于50％。
5.如权利要求2所述的一种小水线面双体船的低噪声支柱结构，其特征在于：所述橡胶层(31)采用软橡胶材料，其厚度为3cm～5cm；所述板材层(32)采用船用玻璃钢材料，其厚度为0.5cm～1cm。
6.如权利要求1所述的一种小水线面双体船的低噪声支柱结构，其特征在于：所述动力吸振器(6)包括安装于支柱(2)壁面上的弹簧组件(62)，弹簧组件(62)内端部安装有质量块(61)；所述质量块(61)的数量为一个、贴合连接的二个或是多个。
7.如权利要求1所述的一种小水线面双体船的低噪声支柱结构，其特征在于：所述潜体(4)前后方向设置为流线型结构，支柱(2)为中空扁平结构。
8.如权利要求7所述的一种小水线面双体船的低噪声支柱结构，其特征在于：所述支柱(2)为钢板，其顶部和底部分别与上层船体(1)、潜体(4)焊接连接，加强筋(5)焊接于支柱(2)侧面。
9.如权利要求7所述的一种小水线面双体船的低噪声支柱结构，其特征在于：所述支柱(2)单侧壁面上纵向间隔设置有两组动力吸振器(6)。
10.如权利要求1所述的一种小水线面双体船的低噪声支柱结构，其特征在于：所述支柱(2)内壁面上沿纵向间隔设置2～4组加强筋(5)。
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