船舶机械噪声预报中传导函数的应用研究

张以贵

摘 要：随着我国水运的不断兴起，对船舶远、近机械噪声进行准确及时的预报，对于确保船舶结构安全，维护船舶的正常航运有着十分重要的意义。为此，本文依据船舶机械噪声预报系统的响应传导特性，构建了响应-响应传导函数模型，通过该传导函数模型的应用，弥补了以往力-响应传递函数模型在进行机械噪声预报时的响应不足问题。同时，借助理论来进一步推导出机械噪声预报时的相关约束条件，并依据工况联合法来对传导函数进行求解，以此深入研究传导函数在船舶机械噪声预报中的相关应用。最后，利用船舶的双层圆柱壳体模型对传导函数的应用效果进行了验证。

关键词：船舶 机械噪声预报 传导函数 水运

1.引言

近年来，我国越来越重视水运发展，这也使船舶数量不断增多，水运交通也变得日益繁荣，特别是在珠江地区，水运更是在很大程度上带动了当地的经济发展。由于船舶的结构复杂，这也使船舶在运行过程中会难以避免的发生故障，而故障发生的最主要表现便是大量机械噪声的产生，对船舶机械噪声进行准确及时的预报，对于保障船舶航行安全、维护水运畅通有着十分重要的意义。在以往的船舶机械噪声预测方法中，主要是以解析法与数值法为主，但这两种方法却存在一定的限制，这也使其在对机械噪声进行预报时存在响应不及时、预测结果不精确等问题，这无疑会给船舶的水运安全带来不利影响。因此，必须要对这些预测方法进行相应的改进，以此更加精确及时的实现船舶机械噪声预报。

2.船舶机械噪声预报中的传导函数法分析

在船舶机械噪声预报中，主要是对其水下结构中的辐射声进行计算，目前针对船舶水下结构的辐射声计算方法主要包括三种，分别是数值法、解析法与实验测量法，虽然这三种计算方法都能够对船舶的机械噪声进行准确的评估，但数值法和解析法在应用过程中却会受到一定程度的限制，这可能会影响到评估结果。因此，相比之下，实验测量法则无疑更能体现出其应用优势。在实验测量法中，主要是利用传导函数来对船舶机械噪声进行计算与评估的，其在对传导函数进行应用时，首先是依据人工激励实验来得到相应的传导函数（FRF），然后利用传导函数，并结合船舶的实际工况来对结构中产生作用的激励力进行识别，最后再将识别出的激励力与传导函数进行乘积，即可求出船舶的远场机械噪声。不过，由于测量设备及方法等方面的限制，致使实际工况下的结构激励力很难得出，因此可以考虑避开激励力的求得步骤，通过明确对系统中各个点之间的传递关系，同样可以求出预报评估结果。这是因为在约束条件一定的情况下，船舶的远近场目标点之间的传递关系是不变的，所以可以依据这种传递关系和参考点响应来实现远场目标点的实时预报。在对响应-响应之间的传递关系和力与响应之间的传递关系进行区分时，可将约束条件一致情况下的系统响应之间的传递关系称作传导函数，这种方法便是传导函数法。

3.船舶机械噪声预报中传导函数的应用

3.1传导函数的推导研究

3.2传导函数的求解研究

通过分析可以了解到，频率ω的函数便是传导函数T，而频率ω中激励力所产生的作用力便可由F（ω0）表示，由于传导函数T同样是频率的倍频函数，因此又可将传导函数T表示为T（ω0），T（2ω0），T（3ω0）...，对于预报系统中的宽带激励来说，可将其宽带传导函数进行分解，使其成为T（ω1），T（ω1+1），T（ω1+2），T（ω1+3），...T（ω2），然后对这些分解后的传导函数进行逐一的求解。在对传导函数进行求解过程中，最重要的便是对船舶的不同工况进行设置，这样才能得到多组与线性无关联性的激励力。可以将船舶工作过程中某一频率下的全部设备进行逐一开启，也可以通过遍历的方式对设备的开启进行不同组合，然后采用工况联合法来对不同线性无关工况下的传导函数进行计算，以此达到对船舶远场机械噪声进行响应计算的目的。

3.3传导函数在机械噪声预报中的应用

通过上文中对传导函数的应用条件和求解方法的研究，可以明确传导函数在船舶机械噪声预报中的具体应用流程：首先，对船舶中所有的机械设备依据其相应的工作频率进行分组，然后对不同工作频率中开启的机械设备数量进行统计。其次，对不同工作频率中的参考点具体位置及其数量进行统计。再次，在待测区域中的目标点处设置水听器，然后对多组与线性无关联的工况进行训练试验，进而可以得到待测区域中不同工作频率下目标点及参考点的传导函数，然后将其存储到数据库中。最后，根据航舶在水运过程中依据参考点中的数据对数据库中的传导函数进行调用，并利用传导函数与激励力的乘积来得到船舶远场的机械噪声，然后根据机械噪声的预报结果来采取针对性的措施来降低机械噪声所带来的不利影响。

4.船舶机械噪声预报中传导函数的应用效果验证

利用船舶的双层圆柱壳体模型来对传导函数的应用效果进行验证，该双层圆柱壳体模型的外部直径为1.1m，内部直径为1m，壳体总长度为2m，在外径中随机设置有一待测目标点，在壳体内部则设置有两个激振器、一个加速度计和一个电机。本次验证目的是为了对传导函数法在应用过程中的实用性与科学性进行检验，对壳体模型中的加速度响应实施预报检验，在该壳体模型中，其实验场所采用半消声室，以此获得相应的传导函数，并求出半消声环境下的机械噪声。验证结果表明，在船舶机械噪声预报中应用传导函数具备三大优势，其一，传导函数在1/3倍的频程预报中要比单频点好的多；它能够对各类频点测量过程中产生的误差进行一定程度的抵消；其二，应用传导函数来进行预报，其预报精度要更高，特别是在低频段预报中的结果，其精度要明显优于高频率预报结果；其三，可将外壳听水器中的数据当作参考响应数据，进而使其获得的预报结果要比加速度计的测量结果更加准确，并且当实际结构和加速度计的轴线不符时，还会产生具体的测量误差。

5.结语

总而言之，对船舶的机械器械声进行准确及时的预报，对于促进我国船舶水运的发展有着十分重大的意义，其不仅能够使船舶的水运环境得到明显改善，还能使船舶的机械性能更加强大，进而提高了船舶机械结构的安全性能，使船舶在水运过程中更能保障人员的生命财产安全。在水运交通压力不断增大的形势下，只有充分应用传导函数模型来对船舶的机械噪声进行预报，使传导函数模型能够对船舶机械噪声数据进行准确的预算，才能进一步使船舶在水运过程中变得更加安全、可靠。

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