CN115465428A - 一种水下航行器艉部动力舱减振降噪装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水下航行器艉部动力舱减振降噪装置，根据水下航行器低噪声航行要求，对动力舱内主机等高噪声设备进行多级减隔振处理。动力舱设备不与水下航行器壳体结构直接接触，其下部安装在减振基座上，前部与减振舱壁相连，尾部与推力舱壁相连，并在四周设置限位装置固定。减振舱壁与推力舱壁均不与水下航行器壳体结构直接相连，而是通过减振器连接。水下航行器正常航行时，动力舱设备产生的振动能量很难通过板壳结构传递到壳体外置，从而达到降低其水下辐射噪声的目的。本发明方案合理可行，应用前景广阔，适用范围广，能较好地控制水下航行器水下辐射噪声，达到隐蔽航行的目的。

Description

一种水下航行器艉部动力舱减振降噪装置

技术领域

本发明公开了一种水下航行器艉部动力舱减振降噪装置，属于水下航行器减振降噪领域。

背景技术

随着海洋开发日益重要与海洋战略地位日渐上升，水下航行器的研究越来越得到各国重视。水下航行器的振动噪声是其重要性能指标，水下航行器的振动噪声会使其易于被敌方发现，同时会干扰自身制导与导航系统等设备的精确度，严重制约其作战性能和生存能力。

大量研究表明，水下航行器噪声主要来源于其动力装置、推进系统运转和流体动力运动。根据振动噪声来源，现阶段减振降噪的主要措施包括：1）在动力设备和基座间增加隔振系统，对机械设备进行主动隔振；2）对推进系统轴系进行校准和固位，减少其转动产生的噪声；3）对航行器外壳型线进行光顺，覆盖特殊的材料涂层，减少流体激振产生的噪声。以上减振降噪措施一定程度上保证了水下航行器的较安静航行，但对于有更高振动噪声要求的水下航行器来说，仍需要通过其他减振降噪措施来进一步减弱其工作过程中的辐射噪声。可见，进一步控制水下航行器内部由于机械结构振动所产生的噪声在工程中具有重要意义。

发明人检索了相关专利文献，中国专利文献CN108622342B公开了一种多级可分离式无人水下航行器，包括航行器外壳体，外壳体两端分别设有航行器头部和尾部，其中航行器头部和尾部采用柔性对接机构及对接锁紧机构，使得航行器在必要时进行组合或分离，分离航行时扩大搜索范围，增强侦察能力和渗透力，组合航行时提高推进功率，采用柔性对接和双桨推进器的思路来降低噪声。

中国专利文献CN104843163B公开了一种带有复合材料结构的U型隔振装置，在设备安装底座与艇体间采用夹芯复合材料隔振筏架、隔振器与三向限位机构的组合设计，在较宽的频带范围内产生显著的隔振效果，降低因动力机械设备振动传递到艇体结构而引发的水下噪声。

中国专利文献CN104265433B公开了一种圆柱形孔道式水下多相射流消声降噪装置，用于水下航行器排气，可直接安装于排气管系统内，消除气流脉动、湍射流噪声以及气泡噪声。

综上所述，目前已公开发表的文献及专利与本发明均存在较大差异，且目前尚无与控制动力舱水下辐射噪声的低噪声水下航行的申请专利。

发明目的

水下航行器动力舱设备是其水下辐射噪声的主要激励源，通过控制动力舱来简单有效的控制水下航行器的水下辐射噪声。

技术方案

本发明提供一种水下航行器艉部动力舱减振降噪装置，该水下航行器采用内层耐压壳与外壳非耐压的双层壳体机构，耐压壳与非耐压壳通过环肋连接；

所述耐压壳包括功能舱与动力舱，将主机、发电机等高噪声设备布置在航行器尾部动力舱内；

所述动力舱整体经过限位装置与艇体间接联接，所述限位装置选用是隔振器或弹簧减振系统。

在保证正常航行的前提下，尽可能降低动力舱设备激励导致的水下辐射噪声，动力舱总体不与耐压相连，而是通过全域减振支撑连接，动力舱强振动能量难以通过板壳结构传递至外部流体介质。

具体是将水下航行器内部空间划分为功能区域与动力舱两部分，其中功能区域作为水下航行器的主要功能舱室或为水下航行器驾驶员的工作与生活区，将主机、发电机等高噪声设备布置在航行器尾部动力舱内。

水下航行器动力舱设备是其水下辐射噪声的主要激励源之一，从控制振动噪声来源出发，对动力舱内主机等高噪声设备进行多级减隔振处理。

将动力舱内设备下部安装在减振基座上，前部与减振舱壁相连，尾部与推力舱壁相连，并在设备上部、左侧、右侧设置限位装置固定，而不与水下航行器壳体结构直接接触。

航行器行进时，动力舱内设备工作所产生的振动能量，经减振舱壁、推力舱壁与水下航行器耐压壳的缓冲，很难通过板壳结构传递到壳体外置，从而降低了水下航行器对外界的辐射噪声，提高其声隐身性，达到隐蔽航行的目的。对上述技术方案做如下解释：

1）所述减振降噪方案，整体上需保证水下航行器各设备正常运行及总布置要求。

2）所述水下航行器耐压壳，与水下航行器非耐压壳通过环肋连接，不仅作为减隔振过程中的重要一环，且其较之非耐压壳形状更为规整，有利于满足总布置要求。

3）所述减振降噪方案，总体上采用舱筏减振方案，即将动力舱所有设备置于舱筏之上，同时，舱筏同时沿艇长及艇宽方向被分割成若干子结构，每个子结构之间采用铰链连接，实现设备振动激励与舱筏子结构阻抗适配的同时，减小振动能量的纵向传递。并在舱筏位置设置分布式动力吸振器，动力吸振器固有频率与舱筏上设备激励主要激励频率相同或相近，实现设备振动能量的耗散。

4）所述减振舱壁，包括不与外壳直接连接的舱壁平板、若干个沿平板径向布置的用于固定平板位置的弹性装置以及右侧浮筏式隔振系统。减振舱壁与动力舱前端分舱舱壁在周向方向采用多点减振处理，以减小振动能量通过舱壁结构传递到耐压壳，并在减振舱壁几何中心位置开设行人孔，行人孔与分舱舱壁开孔采用软连接贯通。

5）所述推力舱壁，与动力舱后端分舱舱壁之间采用减振处理，一方面减小振动能量通过舱壁结构传递到耐压壳，另一方面减小螺旋桨激励力对通过轴系向水下航行器结构内传递。

6）所述隔振器类型不唯一，根据公式：

（式中： T _A 为振动传递率，X ₀ 为弹性支承物体的振动幅值，U ₀ 为基座本身振动幅值，ω/ω _n 为扰动频率/系统固有频率，C/C _C 为阻尼系数/临界阻尼系数。）

结合实际情况，选择满足隔振要求的隔振器。

发明原理：该水下航行器在保证正常航行的前提下，尽可能降低动力舱设备激励导致的水下辐射噪声，动力舱总体不与耐压相连，而是通过全域减振支撑连接，动力舱强振动能量难以通过板壳结构传递至外部流体介质。

技术效果 与现有技术相比，本发明的有益效果是：对主机、发电机等高噪声设备进行多级减隔振处理，通过控制主要噪声来源，尽可能降低对外界辐射噪声；总体上采用舱筏减振方案，同时将舱筏沿艇长与艇宽方向分为若干子结构，子结构通过铰链连接，并在舱筏位置设置动力吸振器；设置不与外壳固结的减振舱壁和推力舱壁，使动力设备、螺旋桨及轴系工作产生的振动和推力直接作用在减振舱壁与推力舱壁上，进一步的提升水下航行器的噪声性能。本发明方案合理可行，适用范围广，可有效降低水下航行器工作时的振动噪声，提高其隐身性能，达到隐蔽航行的目的。

附图说明

图1 是本发明实施例中艉部动力舱减振降噪装置的低噪声水下航行器的方案整体示意图；

图2 是图1的结构分区示意图；

图3是图1的纵剖视图；

图4是图1的水线面剖视图；

图5 是图2中动力舱的结构示意图；

图6 是减振舱壁结构示意图；

图7 是减振结构示意图；

图8是经仿真计算采用本发明设计前后水下航行器水下辐射噪声的对比图；

图中：1.水下航行器非耐压壳，2.水下航行器耐压壳，3.水下航行器动力舱设备，4.动力舱设备减振基座，5.限位装置，6.减振舱壁，7.推力舱壁，8.螺旋桨，9. 垂向弹性固位装置，10.横向弹性固位装置，11.45度弹性固位装置，12舱壁平板，13.减振弹性装置，14.圆环形筏架，15.阻尼器，16.支柱，17.连接结构，18.子结构，19.铰链，20.分布式动力吸振器。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

结合图1，对本发明提出的一种水下航行器艉部动力舱减振降噪装置方案主要结构进行介绍。本发明主要包括水下航行器非耐压壳1、水下航行器耐压壳2、水下航行器动力舱设备3、动力舱设备减振基座4、限位装置5、减振舱壁6、推力舱壁7、螺旋桨8。

结合图2，水下航行器非耐压壳1是水下航行器与外界流体介质的直接接触面，动力舱内主要动力设备的工作振动通过水下航行器内部结构件向外壳传递，进而将振动能量散发到水中。水下航行器非耐压壳1为封闭的回转体结构且具有一定的流线型，所产生的流激噪声小。

结合图3与图4，水下航行器非耐压壳1与水下航行器耐压壳2通过环肋连接固定，保证两壳体间相对位置不发生大的变化。

结合图3、图4与图5，在水下航行器动力舱设备3与尾部外壳间设置刚度较大的垂向弹性固位装置9、横向弹性固位装置10以及45度弹性固位装置11，对主机的垂向、横向位置进行固定，防止水下航行器动力舱设备3与外壳体间相对位置发生大的变化而对螺旋桨轴系产生位置偏移和结构破坏。

结合图6，减振舱壁6由不与外壳直接连接的舱壁平板12、若干个沿平板径向布置的用于固定平板位置的减振弹性装置13及右侧浮筏式隔振系统组成。其中右侧浮筏式隔振系统由圆环形筏架14、若干个阻尼器15、若干个受力支柱16和软连接结构17组成，减振舱壁上开行人孔，与动力舱前端分舱舱壁开孔通过软连接结构贯通。水下航行器耐压壳2与筏架14通过若干个阻尼器15弹性连接，舱壁平板12左侧与水下航行器动力舱设备3连接，右侧与浮筏式隔振系统弹性连接，并在舱壁平板12与水下航行器耐压壳2间设置横向稳定性好的受力支柱16，减少推力损失，提高水下航行器快速性。

结合图7，结构由多个沿艇长方向分布的子结构18、连接各个子结构18的铰链19与分布式动力吸振器20组成，其中动力吸振器20固有频率与舱筏上设备主要激励频率相同或相近，实现设备振动能量的耗散。

根据设计要求，动力舱水下辐射噪声的低噪声水下航行器的参考尺寸：水下航行器中部为圆柱体结构，直径沿中心线向首尾收缩，长宽比为7：1。水下航行器耐压壳2长度占水下航行器总长的65%，动力舱长度约占总长的1/3。减振舱壁6设置在距船尾35%处。该方案中所提及隔振器，刚度不唯一，结合实际情况，根据隔振器的最低自振频率、横向稳定性、抗腐蚀性能、安装工艺性等进行选择。

限位装置可以采用本实施例中的弹簧减振系统，也可以是隔振器，其它参数完全相同条件下，分别建立了是否考虑弹簧减振系统两套数值仿真模型，激励水下航行器主机实测数据，具体模型开发方式及加载方式可参考博士论文《船舶结构噪声截断模型数值预报方法研究》，结果表明，考虑本发明动力舱减振方案可有效降低水下航行器辐射噪声达3-5dB。

Claims (7)

1.一种水下航行器艉部动力舱减振降噪装置，其特征在于：该水下航行器采用内层耐压壳与外壳非耐压的双层壳体机构，耐压壳与非耐压壳通过环肋连接；所述耐压壳包括功能舱与动力舱，将主机、发电机等高噪声设备布置在航行器尾部动力舱内；所述动力舱整体经过限位装置与艇体间接联接，所述限位装置选用是隔振器或弹簧减振系统。

2.根据权利要求1所述的一种水下航行器艉部动力舱减振降噪装置，其特征在于：动力舱内设备下部安装在减振基座上，前部与减振舱壁相连，尾部与推力舱壁相连，环绕设备布置垂向弹性固位装置、两侧布置横向弹性固位装置与45度弹性固位装置。

3.根据权利要求1所述的一种水下航行器艉部动力舱减振降噪装置，其特征在于：总体上被分割成若干子结构，每个子结构之间采用铰链连接，实现设备振动激励与舱筏子结构阻抗适配的同时，减小振动能量的纵向传递。

4.根据权利要求1所述的一种水下航行器艉部动力舱减振降噪装置，其特征在于：动力舱前段舱壁不与水下航行器耐压壳结构直接相连，增加了减振舱壁，减振舱壁与原有分舱舱壁在周向方向采用多点减振处理，以减小振动能量通过舱壁结构传递到耐压壳，并在减振舱壁几何中心位置开设行人孔，行人孔与分舱舱壁开孔采用软连接贯通。

5.根据权利要求1所述的一种水下航行器艉部动力舱减振降噪装置，其特征在于：动力舱后端舱壁不与水下航行器耐压壳结构直接相连，增加了推力舱壁，推力舱壁与原有分舱舱壁之间采用减振处理，一方面减小振动能量通过舱壁结构传递到耐压壳，另一方面减小螺旋桨激励力对通过轴系向水下航行器结构内传递。

6.根据权利要求1所述的一种水下航行器艉部动力舱减振降噪装置，其特征在于：减振舱壁由不与外壳直接连接的舱壁平板、若干个沿平板径向布置的用于固定平板位置的减振弹性装置及右侧浮筏式隔振系统组成；其中右侧浮筏式隔振系统由圆环形筏架、若干个阻尼器、若干个受力支柱和软连接结构组成，减振舱壁上开行人孔，与动力舱前端分舱舱壁开孔通过软连接结构贯通；水下航行器耐压壳与筏架通过若干个阻尼器弹性连接，舱壁平板左侧与水下航行器动力舱设备连接，右侧与浮筏式隔振系统弹性连接，并在舱壁平板与水下航行器耐压壳间设置起横向作用的受力支柱。

7.根据权利要求1所述的一种水下航行器艉部动力舱减振降噪装置，其特征在于：结构由多个沿艇长方向分布的子结构、连接各个子结构的铰链与分布式动力吸振器组成动，动力吸振器固有频率与舱筏上设备主要激励频率相同或相近，实现设备振动能量的耗散。

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