舰船管路系统声振控制技术评述与声子晶体减振降噪应用探索

沈惠杰， 李雁飞， 苏永生， 章林柯， 宋玉宝

(1. 海军工程大学 动力工程学院，武汉 430033；2. 海军工程大学 舰船动力工程军队重点实验室，武汉 430033；3. 武汉理工大学 能源与动力学院，武汉 430063；4. 中国空气动力研究与发展中心 气动噪声控制重点实验室，四川 绵阳 621000)

舰船管路系统声振控制技术评述与声子晶体减振降噪应用探索

沈惠杰1, 2， 李雁飞1, 2， 苏永生1, 2， 章林柯3， 宋玉宝4

(1. 海军工程大学 动力工程学院，武汉 430033；2. 海军工程大学 舰船动力工程军队重点实验室，武汉 430033；3. 武汉理工大学 能源与动力学院，武汉 430063；4. 中国空气动力研究与发展中心 气动噪声控制重点实验室，四川 绵阳 621000)

舰船管路系统的低频振动和噪声控制问题是当前舰船设计和制造中亟待解决的重难点问题和研究热点。浅析了舰船管路系统振动与噪声产生的原因，综述了国内外管路系统减振降噪治理技术，指出当前振动和噪声控制技术中存在的瓶颈问题，结合近年来凝聚态物理领域新兴的声子晶体减振降噪研究，提出利用声子晶体周期结构设计技术解决舰船管路系统的低频减振降噪问题，并对国内外声子晶体理论在管路系统的减振降噪应用探索进行了概述，最后给出将声子晶体引入舰船管路系统低频减振降噪仍需深入研究和探讨的几个方面问题。

舰船管路系统；减振降噪；低频；声子晶体；周期结构

作为舰船重要组成部分的管路系统，其在舰船整体中扮演着重要角色——动力系统冷却、重量补偿和二氧化碳吸收等。它犹如舰船的“血管系统”，维系着舰船的生命力[1-2]。舰船管路系统主要由各种阀件、管路、管内介质、泵、滤器和热交换器等组成，它们通常与船内动力机械设备、运动部件、壳体等直接或间接相连，因此，舰船管路系统在工作过程中不可避免地产生振动和噪声。振动和噪声极易沿着舰船管路系统在船内传播，这不仅造成噪声污染，恶化工作环境，而且还可能使管路系统的配套或相连接设备(如往复式压缩机、泵和阀片等)过早损坏、管路结构及其附件产生疲劳破坏，严重时甚至使管路爆裂或系统失效而酿成灾难[3]。此外，舰船管路系统又与舰船板壳等结构连接，而板壳尺寸较大，一但被激振便形成一个很大的辐射器，其噪声消减困难[4]。因此，舰船管路系统的振动和噪声已严重影响到舰船的安静性、安全性设计，成为舰船设计和制造中亟待解决的关键问题之一[5-7]。

随着电子技术和信号处理技术的迅猛发展，当前声纳对目标的识别和跟踪能力大大增强，工作频段趋于低频(如拖曳式阵列声纳的工作频率可达500 Hz以下)的方向发展，作用距离越来越远。由于中高频振动及其诱发的噪声在水中衰减较快且多表现为船体局部的振动和声辐射现象，故而中高频噪声对舰船整体的声隐蔽性能影响通常不大；而低频噪声不仅传播距离远、衰减小，而且其能量主要集中在低频段，低频谱线特征明显，控制难度大[8-9]。因而舰船管路系统的低频声振控制技术，成为了当下舰船管路系统减振降噪的重难点问题。

近年来，凝聚态物理领域中新兴的声子晶体概念的提出引起了减振降噪研究学者的浓厚兴趣。声子晶体特有的弹性波带隙特性能在预期频段内对波传播进行人为的调节控制，为舰船管路系统减振降噪的理论和技术突破提供了新的契机[10]。值得一提的是，最近的理论和实验研究发现通过结构设计和参数调节，声子晶体可以在相当低的频率范围内，实现超宽低频带隙[11]，这有望为当前急需解决的舰船管路系统声振控制问题提供新的解决思路。

本文简要分析了舰船管路系统振动与噪声产生的原因，综述了现有的管路系统声振控制技术，指出了现有减振降噪技术存在的瓶颈问题，并对声子晶体在舰船管路系统的减振降噪应用进行了总结和展望。

1 管路声振分析与控制

1.1 振动分析与控制

在振动控制问题的解决上，首先必须了解振动的产生原因和传播机理。引起舰船管路系统振动主要源自机械振动和流致振动两个方面[12-13]。机械振动是舰船管路系统中机电设备(如发电机组、电机、马达)、泵、移动部件、节流装置等产生的振动。机械振动的产生一般可以归结为以下两个主要原因：一是机电设备运转振动。如电机与泵安装不准确或长期运行磨损会使得电机轴与泵轴不在同一中心线上，引起转动部件不平衡进而产生振动[14]。机械设备工作引起的管路结构振动是其最直接和主要的振源[15]；二是管路辅件引起的振动。譬如舰船管路系统经常为调整船体的运动姿态，会突然改变系统中一个或几个元件的工作状态(控制阀的启闭、海水泵的启动等)，这将造成管内流体瞬间产生非常大的压力变化并引起管壁结构剧烈振动[16]。流致振动是流体运动不稳定(如湍流及空化等)所产生的管壁结构振动。通常，以下三种情况下管内流体会诱发结构振动[17]：①海水离心泵出水口的脉动流体诱发结构振动；②湍流、空化现象等非层流态动力行为诱发结构振动；③颤振等不稳定动力学行为导致结构剧烈振动。

对管路系统的振动控制一般从振源及振动传递途径两方面进行。管路系统振动大多是由机械设备产生的，设法降低振源振动是管路系统振动控制的首要问题。对于机械设备，如电动机和离心泵等振源产生的机械振动，可以通过转动部件的动平衡找正、轴承与电动机过盈量调整、泵轴直线度校准和弹性联轴器使用等措施减小振源对舰船管路系统的振动激励，但受限于国家的工业基础和设计水平，以及材料和加工工艺等条件，效果欠佳。特别是在设备使用一定时间后，振动会更加明显。此外，舰船工况复杂多变，这使舰船管路系统流体运动状态瞬息万变，伴随的流激振动无法避免。因此，在振动传递途径上对管路系统实施减振隔振控制不失为一种切实可行的途径。

舰船管路系统通常与船内动力机械设备、壳体等相连接，是机械设备工作产生的振动能量传递到船体结构的第二通道。因此，在技术可行的条件下，可以首先考虑在动力设备与管系之间串接挠性接管。挠性接管由于其有良好的隔振、抗冲击性能，可以较为有效地隔离动力设备机械振动能量向管系的传递[18]。其次，管路与船壳体、隔板之间的安装采用橡胶减振器(减振马脚)或弹性吊架[19]，以衰减、隔离管系的振动能量，避免管系振动能量直接传递到舰船板壳等结构并引起后者产生更加严重的振动和噪声辐射。同时，在非高温的管路段，还可以在管路表面粘贴或涂上黏弹性高阻尼材料。弹性高阻尼材料具有内损耗、内摩擦大的特点，能有效耗散管路振动能量，同时对管路噪声还具有一定的消声作用[20]。还应注意的是，在管路结构设计和安装时，应尽量避免急弯头及减小弯头的转弯角度，提高管路固有频率，以降低脉动压力幅值，抑制管路振动。此外，管路系统的减振隔振技术还有管壁结构不连续设计[21-22]、安装动力吸振器[23]、附加阻振质量[24]等。管壁的不连续可以产生阻抗失配，使振动弹性波部分被反射或被抑制掉，有一定的减振降噪效果；安装动力吸振器可以吸收衰减某一窄段频率的结构振动；阻振质量对弯曲声波有较好的反射作用，可以阻碍管路振动传递、在一定程度上降低结构振动及声辐射。

1.2 噪声分析与控制

舰船管路系统噪声主要来自管壁结构振动噪声和管内流噪声。舰船管路的结构振动噪声由管壁结构振动引起。对结构噪声控制主要通过抑制管壁结构振动进行消减。管内流噪声则是由流体运动状态的不稳定会引起的，管内噪声在沿着管路系统传播过程中，一部分能量通过管壁向外辐射，一部分通过进出口处舷侧阀直接向水中辐射。噪声在管内流体介质中传播不仅衰减小而且传播距离远，在管口总辐射噪声中，管路流噪声影响最大。

流噪声声源主要有泵流噪声、阀门噪声以及流动激声等[25]。首先是泵流噪声。泵在吸、排水配流过程泵叶片间液体通过泵舌时流量会发生脉动变化，造成流体速度分布不均、压力脉动变化产生流噪声。此外，泵运转中还可能存在汽蚀噪声、低频压力脉动以及低频脉动喘振等噪声[26]。这些泵内流体噪声在30赫兹到几千赫兹频率范围内均有频谱峰值存在，但噪声能量主要集中在低频段。其次是阀门噪声[26]。阀门在启闭过程中将在短时间内造成管内流体压力的急剧降低或升高，产生水锤噪声，而且阀门的节流作用将使经过阀门的流体发生流速突升、压力骤降，以致于阀门后部产生气穴噪声。通常，阀门噪声表现为高频宽带特征。再者是流动激声，其主要由不定常流中柯氏加速度造成的涡激声及其“分布不均”的流体动能造成的声场所构成[27-28]。

对舰船管路系统噪声进行控制的基本途径一般也是从噪声源的控制和噪声传播途径控制入手。控制流噪声声源可以采用和设计低噪声泵、低噪声阀门等。然而，由于离心泵本身的结构特性、阀门等控制元件功能特点以及我国制造和加工工艺基础条件限制，泵和阀门等引发的噪声源只能在一定程度上减小，不可能完全消除。而且工程实际中，驱动液体流动的动力源往往很难维持在一个稳定的工况下工作，不定常流很常见。一些设备即使在额定功率下稳定工作，由于其本身的性质，也很难产生定常流速。此外，即使是定常运动，其在流动过程中也容易由于边界黏滞摩擦、管道流向变化、截面突变等外界因素干扰而形成湍流、流动分离、流动失稳等不定常流动。再加之舰船工况多变，泵、阀门等突然启闭(产生水锤噪声)而引发的噪声难以避免。在这种情况下，在流噪声传播途径上对其进行控制变得十分必要而且可行。

目前舰船管路流噪声传播控制措施主要有以下几种：①在管道中布置弹性接头、波纹管等元件[21-22]。通过结构不连续对入射波进行波反射，使部分反射波直接反射回去或与入射波、透射波发生相互干涉而达到减振降噪的目的；②安装消声弯头[29]。消声弯头一方面能将部分声能反射回去而起到消声作用，一方面能使旁管与主管的声波在某些频率段产生180°的相位差而产生相消干涉消声。为实现利用较短的消声弯头就能达到相消干涉效果，常用慢波速材料制成消声弯头。如用聚乙烯材料制成的消声弯头接入管路后，传递损失能在一定的频带范围内实现高达8 dB的衰减。不过，消声弯头同时也是一个噪声源，管内流动的液体会在旁支节点处产生再生噪声；③在阀后安装节流板孔。节流孔板一方面可起到抗性消声的作用，另一方面分担了阀门一部分压力降，使阀门节流援降减小，从而降低了管内流体流经阀门产生的噪声；④减少管路急弯头、支管，用以减小流体方向、状态的突然变化而产生的噪声，并在管壁外敷设阻尼材料吸收并耗散振动能量[20]；⑤在管道中安装管道消声器[30-31]。在管路系统中噪声源传播下游位置加装消声器不仅可以有效吸收和衰减流噪声，而且通过计算优化改变消声器的安装位置，可以获得最小的管路输入阻抗，使泵出口的压力脉动降到最低。值得一提的是，在泵和阀门等主要噪声源下游依次安装短弹性连接管和消声器，能取得较好的流噪声吸收效果。此外，对于若干谱线特征特别明显的噪声，可以基于声波的叠加原理，在管路内人为地发射一个与原声场强度相同但是相位相反的声场，使它与原声场发生相消干涉消声，亦可以达到消声的目的[32]，也即管道主动消声技术。

在这些噪声控制方法中，安装管路消声器是目前应用最广泛，效果最显著的一种方法。在舰船管路系统中引入消声器，可以降低管路系统中的流噪声。研究表明，在舰船舷间管路通海口处加装消声器，可以有效地抑制、隔离舰船管路系统的噪声向舰外辐射。

1.3 总结评述

振动源和噪声源的控制是舰船管路系统声振控制中最积极、最彻底的治本措施。目前的技术水平和条件决定了大多数机器设备产生的振动及噪声仍然较大，这使得在振动和噪声的传播路径上采取控制措施变得十分必要而且切实可行。当前管路系统声振传播控制研究虽取得了一定进展，但仍存在诸多不足。

在振动传递控制上：如安装减振马脚和弹性吊架等减振技术常受船内空间限制，难以奏效，而减振马脚和弹性吊架太软则减振效果不明显，太硬则难以对中低频振动进行减振；贴覆阻尼材料虽对中高频振动衰减较好，但对低频衰减效果较差；接入挠性接管，过软的接管则有可能产生谐振，出现压力振荡现象，过硬的挠性软管则中低频振动控制效果欠佳，并且挠性接管的长度一般都较短，短的挠性接管隔振减振能力十分有限；而附加阻振质量实现低频振动抑制需要较大质量，这大大增加了管路的额外质量。

在噪声传播控制上：如主动控制技术虽可以对低频噪声进行较好控制，但其研究还处于理论及试验研究阶段，且控制复杂度高，有效消声频段较窄；普通消声器的外形尺寸和结构或是低频消声频带过窄(如共振腔式消声器虽然可以在较低频带内对流噪内传播进行衰减抑制，但其消声频带窄)，或是消声频率过高(如扩张式消声器虽然在中高频段内消声效果较为明显，但其低频消声效果受船内空间严格限制，效果有限)，仍难以满足舰船管路系统噪声的低频宽带控制要求。

此外，现有的管路振动和噪声控制技术研究相对独立开展，管路系统声振耦合效应考虑较少，少有管路系统的减振降噪综合控制技术。然而工程实际的舰船管路系统在舰船空间内分布复杂、走向曲绕、附加管路辅件数量众多，管壁结构振动与管内流噪声在传播过程中相互耦合：一方面管壁振动会引起结构噪声并沿管内流体介质传播；另一方面管内流噪声也会引起管壁结构振动。可以说，舰船管路系统是一个典型的多源强耦合系统，振动和流噪声相互耦合，互为激励源。对舰船管路系统的振动和噪声传播进行控制，需要对结构振动和流体噪声两方面同时着手，才能达到效果。因此，当前仍迫切需要发展管路的声振综合控制技术和低频减振降噪技术，借助现代管路系统声振传播整体性能预报仿真计算技术和管路声振实验测试技术，推进实现管路系统减振降噪由“治理技术”向“设计技术”的管路系统一体化设计。

2 声子晶体与减振降噪

2.1 声子晶体概况

声子晶体特有的带隙特性能对相应频率内的弹性波传播进行衰减抑制，这为工程结构的减振降噪提供了新的技术途径。声子晶体一般指一类人工结构单元经周期有序排列构成的具有弹性波带隙、定向传播、负折射与声聚焦、声吸收等特性的材料/结构[33]，它是凝聚态物理领域中晶体概念在弹性波意义下的延伸，是在光子晶体研究的基础上提出的一个新的物理概念。

声子晶体的典型结构特征是其周期性结构，如图1所示。图1中(a)、(b)和(c)分别对应一维、二维和三维声子晶体周期结构。受声子晶体内部周期结构的作用，弹性波在声子晶体中传播时，由于入射波、反射波和传递波之间相互耦合作用得到增强而形成特殊的色散关系，色散曲线之间的频率范围因弹性波无法传播而被称为带隙(也称为波止带、禁带或阻带[34-35])，如图2能带结构图和频响图中的灰色带所示；在带隙外，弹性波可以自由无衰减地传播(不考虑材料阻尼情况下)，如图2中图2中灰色带以外区域所示，因此称为通带。

(a)(b)(c)

图1 各维声子晶体结构示意图

Fig.1 Schematic diagram of phononic crystals of various dimensions

目前声子晶体的带隙形成机理大体上可分为布拉格散射和局域共振两种带隙机理。相应地，声子晶体被分为布拉格和局域共振声子晶体两种类型。布拉格声子晶体一般由散射体周期有序地嵌埋于基体材料中构成，散射体和基体可以为不同的材料/结构。其带隙产生的主要原因是周期元胞中的入射波、反射波和传递波之间相互耦合，并在若干频段内产生干涉现象，从而阻止相应频率的弹性波继续向前传播。局域共振型声子晶体周期结构分布形式与布拉格散射型类似，不同的是局域共振型的散射体一般由“软弹性材料”附加或包覆于“硬质材料”构成。该散射体的物理等效模型可视为“弹簧-质量”振子。局域共振带隙的产生主要是各个“局域振子”在特定频率的弹性波激励下产生谐振并与基体弹性波长波行波相互作用，抑制波的传播，带隙最大衰减峰值位置一般与单个散射体固有频率一致。笔者认为，带隙机理及带隙特性研究是声子晶体研究的核心基础内容，带隙是声子晶体最重要而且应用最广的特性。从声子晶体理论层次指引周期结构设计，可以在预期频段获得弹性波带隙，进而人为操控弹性介质及结构中的波传播，实现工程结构的减振降噪设计。

(a) 能带结构 (b) 频率响应函数

Fig.2 Vibration characteristics of two-dimensional phononic crystals of lead/silicone rubber affirmative lattice

2.2 管系减振降噪应用探索

管路系统的振动和噪声控制一直是动力学领域的研究热点。声子晶体概念一提出便引发了大量学者利用弹性波带隙对管路系统的减振降噪应用探索。

在管路振动传递控制应用研究方面：丹麦Sorokin教授带领的团队，前后将充液管路系统设计成沿轴向交替分布的复合材料周期结构和不同弯管沿轴向阵列分布的几何周期结构，分别如图3(a)和(b)所示。然后基于壳模型理论计算了周期管路中振动能量传递特性，研究发现充液管路系统在某些频段存在一些“波阻带”现象[35-36]，在波阻带频率范围内，振动能量在系统中传递将得到显著抑制。Shen等[37]进一步研究了三维周期复合材料管路(图4)在不同振动激励下的振动传输特性。研究表明，在三维空间弯管情况下，周期管路依然保持了其原有的带隙特性，如图5所示。Ruzzene等[34]从充液/浸液圆柱壳模型出发，将管壁设计成主/被动周期结构，研究了带隙对振动能量的抑制作用和带隙调节机理。温激鸿等[38-39]进一步丰富和发展了声子晶体理论在充液管路系统的减振隔振研究，他们将声子晶体的布拉格散射和局域共振两种带隙机理引入管路系统的结构设计中(如图6所示)，较为系统地研究了周期管路的布拉格带隙机理、参数调节规律以及布拉格带隙和局域共振带隙的耦合条件，并在较低频率范围内获得了振动强衰减带隙，如图7所示。

(a) 复合材料周期管路结构

(b) 周期弯管结构示意图

图3 周期管路结构示意图

Fig.3 Structure sketch of the periodic pipe

图4 三维周期复合材料管路结构示意图

图5 三维周期复合材料管路振动频率响应函数

除此之外，还有相当一部分学者，通过在管壁以一定间隔距离加环肋[40]、质量环[41]或安装弹性支撑形成周期结构[42-43]，同样也可获得了弹性波带隙，以抑制管路振动能量传递。

(a)

(b)

Fig.6 Sketch of a periodic pipe structure based on the coupled mechanism of Bragg and locally-resonant gaps

图7 布拉格和局域共振耦合机理周期管路频响函数

Fig.7 Vibration response function of a periodic pipe with the coupled mechanism of Bragg and locally-resonant types

图8 声学短管周期管路声透射特性曲线

Fig.8 Sound transmission characteristics of the pipe with short acoustic pipe attached periodically

不过当时他未能对这个现象进行深入描述，只给出了一些实验结果。这些研究是早期利用周期结构进行管路噪声传播控制研究的最初应用探索。

随着近年来声子晶体应用探索的逐步深入，基于声子晶体理论的管路系统噪声传播控制应用探索研究工作逐步增多。Fang等[46]研究了波导管中周期附加亚波长Helmholtz共鸣器的声波带隙特性，并揭示了这种声压带隙的产生机理，指出在声压带隙对应的频率范围内，该周期管内流体介质具有等效的负材料特性(如负体积模量)。Wang等[47]设计了周期附加亚波长Helmholtz共振器的一维波导管，计算了无限周期波导管的能带结构和有限周期波导管的声透射曲线。研究结果表明，周期附加亚波长Helmholtz共振腔的声波导管能在较宽频率段上对声波传播产生较强衰减作用，而且频率范围可以通过Helmholtz共振腔的几何参数进行调控；进一步，他们还研究了这种周期结构波导管的等效体积模量和等效密度。同年，Boudouti等[48]基于格林函数法和连续介质的表面响应理论，研究了周期附加Fano共鸣器的管路系统声带隙特性，并给出了此种结构的声透系数解析表达式以及分析了Fano共鸣器数目对声波衰减带隙的影响。Lee等[49-50]研究了周期设计旁支短管和共振腔的波导管的声透射带隙特性(图9)，初步探讨了带隙对应频率范围内的等效负杨氏模量、负密度特性，解释了声子晶体管声波带隙的产生机理。最近，Li等[51]在研究周期附加Helmholtz共振腔的周期管路中发现(结构示意图如图10(a)所示)，该周期管路中存在的布拉格带隙和局域共振带隙可以通过参数调节实现精确耦合，如图10(b)所示，从而在低频段形成一条超宽强衰减声波带隙以控制管路系统低频噪声传播。

图9 旁支短管周期设计的波导管声透射特性曲线

Fig.9 Sound transmission characteristics of the waveguide pipe with short-branch pipe attached periodically

总之，上述声子晶体的减振降噪应用研究探索，或从本身结构设计出发，或从附加子结构(如局域振子、Helmholtz共鸣器等)出发，探索了不同周期结构形式的声子晶体结构在充液管路的减振降噪应用探索研究。研究结果验证了声子晶体带隙理论在管路系统减振降噪的可行性。这些研究为舰船管路系统声振控制问题奠定了理论基础，有望为舰船管路系统的减振降噪提供一条切实可行的技术途径。

(a)

(b)

Fig.10 Wave attenuation constant and schematic diagram of the pipe with Helmholtz resonance attached periodically

3 结论和建议

舰船管路系统的振动和噪声已严重影响到舰船的安静性、安全性设计，减振降噪需求迫切, 特别是低频振动和噪声。低频振动和噪声能量大、传播距离远、特征谱线明显、控制难度大，且在传播中相互耦合，声振综合控制困难，已成为当前舰船管路系统声振控制技术中的重难点问题之一。由于机械设备在使用过程中的磨损、老化，以及复杂多变的舰船工况，机械运转振动和流体运动状态突变引发的流激振动等振源和噪声源问题无法避免，故而在振动和噪声传播途径上对管路系统进行减振降噪不失为一条切实可行的途径。

当前管路系统传播途径上的减振降噪技术虽取得了长足发展，但仍存在诸多不足，如低频振动和噪声的有效治理和控制，是当前众多减振降噪技术中的瓶颈问题。而在声振传播整体性能预报、减振降噪综合控制和管路系统一体化设计等方面，研究欠缺，有待深入。

将声子晶体思想引入到梁、板和充液管路等工程结构的结构设计中，得到具有声波传播和振动传递衰减特性的带隙，可以达到一些频段减振降噪的目的。但实际的舰船管路系统工况远比简单的梁板类结构和载有静止流体的管路要复杂得多，要实现工程实际的舰船管路系统振动传递和管内噪声传播的有效控制，还有以下几个方面问题需要进一步研究和探讨：

(1)声振传播整体性能预报技术。这是开展舰船管路系统减振降噪综合治理研究的基础和推向工程实际应用的关键所在。它包含工程边界、复杂工况、流固耦合和声固耦合等条件下振动和噪声传播特性计算技术。工程实际的舰船管路系统边界条件复杂、工况多变，存在多振源、多声源、流固耦合、外部载荷、液体流速、液体压力等诸多因素的影响。目前声子晶体理论在充液管路系统的减振应用探索基本都基于理想边界条件下展开，考虑的工况相对简单。流固耦合方面考虑相对简单，一般只研究静止流体情况，少有针对一定流速下周期结构的流固耦合振动研究。

(2)周期结构带隙的低频设计和优化。管路低频振动和流噪声能量大、传播距离远、控制难度大是当前舰船管路系统声振控制面临的棘手问题。当前周期管路的减振降噪研究虽实现了一些结构弹性波和声波带隙，但对带隙形成机理认识不足，低频宽带设计研究欠缺，有待更进一步的研究。

(3)管路减振降噪一体化设计技术。对管路系统的振动和噪声传播进行控制，需要对结构振动和流体噪声两方面同时着手，才能达到效果。当前周期管路中噪声传播和振动传递的控制研究，基本上都是分开考虑，少有声振综合控制研究。减振降噪综合治理可充分利用周期结构的振动和噪声传播控制功能，进一步优化设计周期结构，同时实现结构弹性波带隙和声波带隙，达到管路系统声振传播控制的一体化设计。

以上是本文对舰船管路系统声振控制技术和声子晶体减振降噪应用的探讨研究，不足之处全当引玉之砖，望各位同仁斧正。

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Review of sound and vibration control techniques for ship piping systems and exploration of photonic crystals applied in noise and vibration reduction

SHEN Huijie1,2, LI Yanfei1,2, SU Yongsheng1,2, ZHANG Linke3, SONG Yubao4

(1. College of Power Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China； 2. Military Key Laboratory for Naval Ship Power Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan, 430033, China；3. School of Energy and Power Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430063, China; 4. Key Laboratory of Aerodynamic Noise Control, China Aerodynamics Research and Development Centers, Mianyang, 621000, China)

The low-frequency sound and vibration control problems for ship piping systems are key and difficult ones to be solved in current ship design and manufacturing. Here, the causes for sound and vibration of ship piping systems were briefly analyzed. The bottleneck problems of current sound and vibration control techniques were presented after reviewing foreign and domestic noise and vibration reduction techniques for piping systems. Combining with the newly developed photonic crystals (PCs) technique for noise and vibration reduction in condensed matter physics area, PCs periodic structure design technique was proposed to solve the low-frequency sound and vibration control problems for ship piping systems. The explorations for applying the PCs theory in noise and vibration reduction of piping systems at home and abroad were reviewed. Finally, several problems to be needed further studying and exploring were presented for better sound and vibration control of ship piping systems via the PCs theory.

ship piping system; noise and vibration reduction; low frequency; photonic crystals; periodic structure

国家自然科学基金(51205404；51306205)

2016-03-25 修改稿收到日期：2016-06-20

沈惠杰 男，博士，讲师，1984年生

李雁飞 男，博士，1978年生 E-mail: liyanfe0862@sina.com

TH12; TH14

A

10.13465/j.cnki.jvs.2017.15.025