基于船舶声振性能数值模拟预报可靠性的试航实测验证研究

焦自权+孙勇敢+王侨

摘 要：船舶及海洋结构物在设计过程中，通常会对其进行声振数值模拟分析。由于数值模拟具有不确定性，为了验证其数值结果是否可靠。本文制订了针对船舶数值模拟可靠性的试航实测验证，通过对比实测数值与数值模拟分析结果，为以后船舶设计阶段过程中的全频段声振预报研究提供借鉴意义。

关键词：船舶声振、试航实验

0 引言

船舶与海洋结构物声振预报研究涉及其结构的可靠性和工作人员的安全生产等方面，声振会引起结构共振及应力疲劳，同时也会影响到船上工作人员的心情，损害听力，给安全生产带来隐患。它的设计与建造在一定程度上反映了船舶及海工行业的技术水平，而声振水平作为船舶的一项重要性能指标，已被越来越多的船厂和船东所重视[1]。一些船东，特别是欧美国家的船东，在设计任务书中对船舶声振性能水平提出了严格的要求。

在国际和国内绿色造船的大趋势下，我国船级社规定在设计阶段必需计算其声振性能。而在船舶与海洋结构物的设计过程中，不可能进行相关的现场实测试验，也就很难得到其声振数据，因此大多数情况下会使用声学相关软件进行数值模拟来预测各区域的噪声水平依据数值模拟的噪声分析结果来进一步优化船舶及海洋平台上的设备合理布局，进而采取经济可行的减振降噪措施来满足各区域噪声标准的具体要求[2-3]。

而目前，广西区内各船舶及海工企业对声振问题均未有足够的重视，以致使船舶与海洋结构物在完工后的声振性能有可能达不到相关规范及标准。本文通过试航实测试验来对其声振性能进行验证，在为广西区内海工企业提供声振技术支持的同时，降低企业船舶设计和建造成本，并对提高区内船舶及海工产品核心竞争力和优化产业结构升级方面有着重要的现实意义。

1 试航试验研究意义

通过参加广西造船协会举办的相关会议，以及多次对广西区内船舶及海工企业进行调研，发现目前大多数海工企业对设计阶段的声振性能研究并未保持足够的认识，以致使船舶在完工后的声振性能有可能达不到国家标准或者船东要求，需要重新对其进行减振降噪处理，这不仅增加了建造成本，延长了建造周期，而且降噪效果不明显。

在船舶海试测量检验阶段，运用声振仪器对船舶进行现场实测试验，统计出船上各区域的实测声振水平，进而与数值仿真模拟分析的结果对比验证。通过对比得出的数据结果，为以后船舶设计阶段过程中的全频段声振预报研究提供借鉴。

2 试航试验研究内容

2.1 试验目的

利用船用声振仪器，在船舶海试阶段采集其各区域声振性能的原始数据，并对数值模拟分析结果的可行性和有效性进行验证。

2.2 试验要求

a）波高要求：小于等于1米

b）水深要求：大于等于5倍船舶吃水

c）风速要求：小于等于蒲氏4级

d）舱室状态：舱室门和窗关闭

2.3 试验仪器

a）振动分析仪--TV310（动态频谱测量模式）

b）声级计--NV28（1/3倍频程、A计权）

2.4 试验标准

a）试验参照国际海事组织（IMO）第91届海安会（MSC91）决议

b）《船上噪声等级规则》

2.5 试验方案

a）试验工况：正常工作工况、应急工况

b）环境条件确认：条件满足上述试验要求

c）测量点要求：尽量选择被测区域的中央位置

d）仪器校准：满足ISO 17025（2005）标准要求

e）背景噪声：测量并记录，以便对船舶声振结果进行修正

2.6 试验记录

将各工况下船舶各区域声振性能实测数据结果整理后记录在表1中。其中，Position为测量区域，LM和LB分别表示实测值和背景噪声，LC和LL分别表示修正值和限制值。

注：a）测量人员在试验中均须佩戴护耳装置

b）测量人员在试验中均须船上工作人员陪同

c）测量人员在试验中均须遵从海试大纲安排

3 试航试验研究分析

本文通过文献资料检索、区内外企业实地调研等方式，对船舶声振预报研究在现代设计建造生产中的应用情况、现有的研究条件、国内外研究现状以及今后的发展趋势有了一个较为充分的认识。在总结有关项目的工作经验和研究成果的基础上，通过海试测量检验，形成了一个完整的船舶声振系统性试验研究。

本文依托钦州学院省级工程技术研究中心——“广西船舶数字化设计与先进制造工程技术研究中心”，与中船集团第十一研究所（上海船舶工艺研究所）共建“数字化造船国家工程实验室钦州基地”以及在建的船舶设计与建造实验室等实验平台，并与上海交通大学海洋工程国家重点实验室、大连理工大学船舶振动噪声实验室、重庆交通大学航海学院船舶声振实验室开展长期合作研究，同时在山东省科学院海洋仪器仪表研究所船舶研究室的大力支持下，拥有的各种实验设备、仪器和专业软件完全能满足本文开展实施的需求。

通过海试测量检验，将数值仿真模拟分析的结果与实测值进行对比，为船舶总体设计和详细设计阶段提供重要参考依据，还为以后的船舶设计提供试验依据，并形成系统报告提交主管部门验收。

科研课题：

1.广西高校科学技术研究项目“超大型导管架油气平台声振预报研究”（编号：KY2015LX512）

2.钦州市船舶先进设计制造重点实验室开放课题“30万吨级原油船总体振动性能研究”（编号：2016MADMB01）

参考文献

[1] 焦自权，孙勇敢，马骏. 大型导管架平台声振预报研究[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版），2014，33（5）：77-79.

[2] 焦自权，孙勇敢，刘文静. 基于统计能量方法的海洋平台噪声控制[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版），2015，34（1）：62-65.

[3] 王术新， 王斌， 黄兴华. 船舶机舱噪声控制[J]. 舰船科学技术， 2003， 25（5）： 29-30.

作者简介

焦自权，男（1986.08—），汉族，籍贯 河北石家庄，硕士，讲师，研究方向：船舶振动与噪声控制

孙勇敢，男（1985—），汉族，籍贯 河南周口人，硕士，讲师，研究方向：船舶振动与噪声控

王侨，男（1981—），汉族，籍贯 山东青岛人，硕士，工程师，研究方向：船舶建造與设计