CN114117641B - 设备在实船安装条件下引起的水下辐射噪声的评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种设备在实船安装条件下引起的水下辐射噪声的评估方法，涉及船舶技术领域，该方法基于船用机械设备在实验室条件下运行的振动试验数据确定船用机械设备的无约束振动加速度，结合船用机械设备在实船安装条件下的安装参数确定船用机械设备在实船安装条件下运行时引起的实船安装基础的振动加速度，结合声传递函数计算得到水下辐射噪声，该方法采用对船用机械设备出厂时在实验室条件下的振动试验数据进行实船安装条件下的振动激励换算，无需组合建模且克服了传统方法中由于直接使用船用机械设备的实验室振动数据而引入的计算误差，提高了船用机械设备的实船安装条件下的水下辐射噪声的计算效率，节省了计算评估时间。

Description

设备在实船安装条件下引起的水下辐射噪声的评估方法

技术领域

本发明涉及船舶技术领域，尤其是一种设备在实船安装条件下引起的水下辐射噪声的评估方法。

背景技术

水下辐射噪声是船舶各设计阶段一项重要的设计指标，对民用船舶来说，水下辐射噪声对海洋环境和海洋生物有着潜在的负面影响，目前国际海事组织和各国主要船级社都对船舶水下辐射噪声的限值提出了具体限值要求。对于军用作战舰艇来说，水下辐射噪声水平的大小直接决定着船舶被声呐探测到的声隐身能力和其战场生存力。因此，水下辐射噪声是船舶综合性能指标的重要组成之一。

为了评估船用机械设备在实船安装条件下引起的水下辐射噪声大小，一般传统方法是对设备-隔振系统-船体结构-水域进行组合建模，然后在所建分析模型的设备位置处施加设备出厂时实验室试验所测得的机脚振动响应，以此分析计算设备激励而引起的水下辐射噪声。此传统方法存在着二项不足：一是，船用机械设备出厂时实验室安装环境下所测的设备机脚振动水平，由于实验室环境和实船安装条件的差异，并不能真实地反映实船条件的设备振动水平；二是组合建模分析由于涉及到整个设备隔振系统、结构系统和外流场，计算分析周期就会加长，无法快速地分析获取到所需要的水下噪声水平指标。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种设备在实船安装条件下引起的水下辐射噪声的评估方法，本发明的技术方案如下：

一种设备在实船安装条件下引起的水下辐射噪声的评估方法，该方法包括：

基于船用机械设备在实验室条件下运行的振动试验数据确定船用机械设备的无约束振动加速度a₀；

基于船用机械设备在实船安装条件下的安装参数以及无约束振动加速度a₀，确定船用机械设备在实船安装条件下运行时引起的实船安装基础的振动加速度a_f；

根据实船安装基础的振动加速度a_f，以及实船安装基础到水下辐射噪声的声传递函数计算得到船用机械设备在实船安装条件下运行时引起的水下辐射噪声。

其进一步的技术方案为，船用机械设备在实验室条件下运行的振动试验数据至少包括：船用机械设备在实验室条件下运行时的机脚振动加速度a_b以及船用机械设备在实验室条件下的安装参数，安装参数包括船用机械设备的安装机脚的机械导纳Y_m、船用机械设备在实验室条件下安装时采用的实验室隔振系统的参数以及采用的实验室安装基础的参数。

其进一步的技术方案为，实验室隔振系统的参数包括实验室隔振系统中的实验室隔振器的数量N_b以及每个实验室隔振器的机械导纳，实验室安装基础的参数包括实验室安装基础的机械导纳Y_bf。

其进一步的技术方案为，船用机械设备的无约束振动加速度为：

其中，B₁＝(N_bY_bf+Y′₂₂)(N_bY_m+Y′₁₁)，B₂＝Y′₁₁(N_bY_bf+Y′₂₂)，B₃＝Y′₁₂Y′₂₁，Y′₁₁、Y′₁₂、Y′₂₁、Y′₂₂为实验室隔振系统中每个实验室隔振器的机械导纳。

其进一步的技术方案为，船用机械设备在实船安装条件下的安装参数包括船用机械设备的安装机脚的机械导纳Y_m、船用机械设备在实船安装条件下安装时采用的实船隔振系统的参数以及采用的实船安装基础的参数。

其进一步的技术方案为，实船隔振系统的参数包括实船隔振系统的实船隔振器的数量N_e以及各个实船隔振器的机械导纳，实船安装基础的参数包括实船安装基础的机械导纳Y_f。

其进一步的技术方案为，船用机械设备在实船安装条件下运行时引起的实船安装基础的振动加速度为：

其中，E₁＝(N_eY_f+Y₂₂)(N_eY_m+Y₁₁)，E₂＝N_eY_fY₂₁，E₃＝Y₁₂Y₂₁，Y₁₁、Y₁₂、Y₂₁、Y₂₂为实船隔振系统中每个实船隔振器的机械导纳。

其进一步的技术方案为，实船安装基础到水下辐射噪声的声传递函数通过实船振动噪声测试试验获得或者通过数值分析计算获得。

其进一步的技术方案为，确定船用机械设备在实船安装条件下运行时引起的水下辐射噪声为P＝T×a_f，其中，T为声传递函数。

本发明的有益技术效果是：

本申请公开了一种设备在实船安装条件下引起的水下辐射噪声的评估方法，该方法采用对船用机械设备出厂时在实验室条件下的振动试验数据进行实船安装条件下的振动激励换算，无需组合建模，根据船用机械设备在实验室和实船安装条件下的数据即可快速评估船用机械设备在实船安装条件下引起的水下辐射噪声，且克服了传统方法中由于直接使用船用机械设备的实验室振动数据而引入的计算误差，提高了船用机械设备的实船安装条件下的水下辐射噪声的计算效率，节省了计算评估时间。

附图说明

图1是本申请公开的水下辐射噪声的评估方法的流程示意图。

图2是一个实例中船用机械设备在实验室条件下的安装示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

本申请公开了一种设备在实船安装条件下引起的水下辐射噪声的评估方法，请参考图1所示的流程图，该方法包括如下步骤：

1、基于船用机械设备在实验室条件下运行的振动试验数据确定船用机械设备的无约束振动加速度a₀。

将船用机械设备在实验室条件下安装并在预定工况下运行测量船用机械设备在实验室条件下运行的振动试验数据，这里振动试验数据主要包括两类：船用机械设备在实验室条件下运行时的机脚振动加速度a_b以及船用机械设备在实验室条件下的安装参数。船用机械设备在实验室条件下安装时，船用机械设备的安装机脚通过实验室隔振系统安装在实验室安装基础上。则船用机械设备在实验室条件下的安装参数包括：船用机械设备的安装机脚的机械导纳Y_m、船用机械设备在实验室条件下安装时采用的实验室隔振系统的参数以及采用的实验室安装基础的参数。

实验室隔振系统的参数包括实验室隔振系统中的实验室隔振器的数量N_b以及每个实验室隔振器的机械导纳Y′₁₁、Y′₁₂、Y′₂₁、Y′₂₂，实验室安装基础的参数包括实验室安装基础的机械导纳Y_bf。

据此，确定船用机械设备的无约束振动加速度a₀为：

其中，B₁＝(N_bY_bf+Y′₂₂)(N_bY_m+Y′₁₁)，B₂＝Y′₁₁(N_bY_bf+Y′₂₂)，B₃＝Y′₁₂Y′₂₁。

2、基于船用机械设备在实船安装条件下的安装参数以及无约束振动加速度a₀，确定船用机械设备在实船安装条件下运行时引起的实船安装基础的振动加速度a_f。

船用机械设备在实船安装条件下的安装结构与实验室条件下相同：船用机械设备的安装机脚通过实船隔振系统安装在实船安装基础上，则类似的，船用机械设备在实船安装条件下的安装参数包括：船用机械设备的安装机脚的机械导纳Y_m、船用机械设备在实船安装条件下安装时采用的实船隔振系统的参数以及采用的实船安装基础的参数。实船隔振系统的参数包括实船隔振系统的实船隔振器的数量N_e以及各个实船隔振器的机械导纳Y₁₁、Y₁₂、Y₂₁、Y₂₂，实船安装基础的参数包括实船安装基础的机械导纳Y_f。

则可以确定船用机械设备在实船安装条件下运行时引起的实船安装基础的振动加速度a_f为：

其中，E₁＝(N_eY_f+Y₂₂)(N_eY_m+Y₁₁)，E₂＝N_eY_fY₂₁，E₃＝Y₁₂Y₂₁。

3、根据实船安装基础的振动加速度a_f，以及实船安装基础到水下辐射噪声的声传递函数T计算得到船用机械设备在实船安装条件下运行时引起的水下辐射噪声。

其中，实船安装基础到水下辐射噪声的声传递函数T表示实船安装基础处的振动加速度为单位值时的船体水下辐射噪声声源级，声传递函数T通过实船振动噪声测试试验获得或者通过数值分析计算获得。具体的，可以确定船用机械设备在实船安装条件下运行时引起的水下辐射噪声为P＝T×a_f。上述方法中涉及到的变量均为国际单位制。

经过本申请提供的方法，可以在无需建模的条件下，实现实验室振动试验数据与实船安装条件下的振动激励换算，实现水下辐射噪声的评估，为了更清楚的说明本申请的方法，本申请以单一固定频率点100赫兹处的国际单位制数据为例，详细说明某船用机械设备在实船安装条件下引起的水下辐射噪声的计算过程。

(1)获取船用机械设备出厂时实验室的振动试验数据。

船用机械设备1在实验室条件下的振动试验安装示意图如图2所示，船用机械设备出厂时实验室的振动试验数据包括：实验室条件下该船用机械设备1在预定工况运行时的机脚振动加速度a_b＝0.01，该船用机械设备1的安装机脚2的机械导纳Y_m＝0.001，该船用机械设备1采用的实验室隔振器3的机械导纳为Y′₁₁＝0.01、Y′₁₂＝0.001、Y′₂₁＝0.001、Y′₂₂＝0.02，该船用机械设备1安装的实验室隔振器3的数量N_b＝4，该船用机械设备1安装的实验室安装基础4的机械导纳Y_bf＝0.002。

(2)计算得到该船用机械设备的无约束振动加速度a₀为：

其中B₁＝(N_bY_bf+Y′₂₂)(N_bY_m+Y′₁₁)＝0.000392，B₂＝Y′₁₁(N_bY_bf+Y′₂₂)＝0.00028，B₃＝Y′₁₂Y′₂₁＝0.000001。

(3)获取船用机械设备在实船安装条件下的安装参数，安装机脚2的机械导纳与实验室条件下相同为Y_m＝0.001，不同的是，该船用机械设备1采用的实船隔振器的机械导纳为Y₁₁＝0.02、Y₁₂＝0.002、Y₂₁＝0.002、Y₂₂＝0.03，该船用机械设备1安装的实船隔振器的数量N_b＝4，该船用机械设备1安装的实船安装基础的机械导纳Y_f＝0.005。

(4)计算船用机械设备在实船安装条件下运行时引起的实船安装基础的振动加速度a_f为

其中，E₃＝Y₁₂Y₂₁＝0.000004，E₂＝N_eY_fY₂₁＝0.00004，E₁＝(N_eY_f+Y₂₂)(N_eY_m+Y₁₁)＝0.0012。

(5)通过数值分析技术获取声传递函数T＝6。

(6)计算得到船用机械设备在实船安装条件下运行时引起的水下辐射噪声为P＝T×a_f＝0.00351。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种设备在实船安装条件下引起的水下辐射噪声的评估方法，其特征在于，所述方法包括：

基于船用机械设备在实验室条件下运行的振动试验数据确定所述船用机械设备的无约束振动加速度a₀；

基于所述船用机械设备在实船安装条件下的安装参数以及所述无约束振动加速度a₀，确定所述船用机械设备在实船安装条件下运行时引起的实船安装基础的振动加速度a_f；所述船用机械设备在实船安装条件下的安装参数包括所述船用机械设备的安装机脚的机械导纳Y_m、所述船用机械设备在实船安装条件下安装时采用的实船隔振系统的参数以及采用的实船安装基础的参数；

根据所述实船安装基础的振动加速度a_f，以及所述实船安装基础到水下辐射噪声的声传递函数计算得到所述船用机械设备在实船安装条件下运行时引起的水下辐射噪声。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述船用机械设备在实验室条件下运行的振动试验数据至少包括：所述船用机械设备在实验室条件下运行时的机脚振动加速度a_b以及所述船用机械设备在实验室条件下的安装参数，所述安装参数包括所述船用机械设备的安装机脚的机械导纳Y_m、所述船用机械设备在实验室条件下安装时采用的实验室隔振系统的参数以及采用的实验室安装基础的参数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述实验室隔振系统的参数包括所述实验室隔振系统中的实验室隔振器的数量N_b以及每个实验室隔振器的机械导纳，所述实验室安装基础的参数包括所述实验室安装基础的机械导纳Y_bf。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述船用机械设备的无约束振动加速度为：

其中，B₁＝(N_bY_bf+Y₂'₂)(N_bY_m+Y₁'₁)，B₂＝Y₁'₁(N_bY_bf+Y₂'₂)，B₃＝Y₁'₂Y₂'₁，Y₁'₁、Y₁'₂、Y₂'₁、Y₂'₂为所述实验室隔振系统中每个实验室隔振器的机械导纳。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述实船隔振系统的参数包括所述实船隔振系统的实船隔振器的数量N_e以及各个实船隔振器的机械导纳，所述实船安装基础的参数包括所述实船安装基础的机械导纳Y_f。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述船用机械设备在实船安装条件下运行时引起的实船安装基础的振动加速度为：

其中，E₁＝(N_eY_f+Y₂₂)(N_eY_m+Y₁₁)，E₂＝N_eY_fY₂₁，E₃＝Y₁₂Y₂₁，Y₁₁、Y₁₂、Y₂₁、Y₂₂为所述实船隔振系统中每个实船隔振器的机械导纳。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述实船安装基础到水下辐射噪声的声传递函数通过实船振动噪声测试试验获得或者通过数值分析计算获得。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述船用机械设备在实船安装条件下运行时引起的水下辐射噪声为P＝T×a_f，其中，T为所述声传递函数。

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