船舶機械噪聲預報中傳導函數的應用研究

張以貴

摘 要：隨著我國水運的不斷興起，對船舶遠、近機械噪聲進行準確及時的預報，對于確保船舶結構安全，維護船舶的正常航運有著十分重要的意義。為此，本文依據船舶機械噪聲預報系統的響應傳導特性，構建了響應-響應傳導函數模型，通過該傳導函數模型的應用，彌補了以往力-響應傳遞函數模型在進行機械噪聲預報時的響應不足問題。同時，借助理論來進一步推導出機械噪聲預報時的相關約束條件，并依據工況聯合法來對傳導函數進行求解，以此深入研究傳導函數在船舶機械噪聲預報中的相關應用。最后，利用船舶的雙層圓柱殼體模型對傳導函數的應用效果進行了驗證。

關鍵詞：船舶 機械噪聲預報 傳導函數 水運

1.引言

近年來，我國越來越重視水運發展，這也使船舶數量不斷增多，水運交通也變得日益繁榮，特別是在珠江地區，水運更是在很大程度上帶動了當地的經濟發展。由于船舶的結構復雜，這也使船舶在運行過程中會難以避免的發生故障，而故障發生的最主要表現便是大量機械噪聲的產生，對船舶機械噪聲進行準確及時的預報，對于保障船舶航行安全、維護水運暢通有著十分重要的意義。在以往的船舶機械噪聲預測方法中，主要是以解析法與數值法為主，但這兩種方法卻存在一定的限制，這也使其在對機械噪聲進行預報時存在響應不及時、預測結果不精確等問題，這無疑會給船舶的水運安全帶來不利影響。因此，必須要對這些預測方法進行相應的改進，以此更加精確及時的實現船舶機械噪聲預報。

2.船舶機械噪聲預報中的傳導函數法分析

在船舶機械噪聲預報中，主要是對其水下結構中的輻射聲進行計算，目前針對船舶水下結構的輻射聲計算方法主要包括三種，分別是數值法、解析法與實驗測量法，雖然這三種計算方法都能夠對船舶的機械噪聲進行準確的評估，但數值法和解析法在應用過程中卻會受到一定程度的限制，這可能會影響到評估結果。因此，相比之下，實驗測量法則無疑更能體現出其應用優勢。在實驗測量法中，主要是利用傳導函數來對船舶機械噪聲進行計算與評估的，其在對傳導函數進行應用時，首先是依據人工激勵實驗來得到相應的傳導函數（FRF），然后利用傳導函數，并結合船舶的實際工況來對結構中產生作用的激勵力進行識別，最后再將識別出的激勵力與傳導函數進行乘積，即可求出船舶的遠場機械噪聲。不過，由于測量設備及方法等方面的限制，致使實際工況下的結構激勵力很難得出，因此可以考慮避開激勵力的求得步驟，通過明確對系統中各個點之間的傳遞關系，同樣可以求出預報評估結果。這是因為在約束條件一定的情況下，船舶的遠近場目標點之間的傳遞關系是不變的，所以可以依據這種傳遞關系和參考點響應來實現遠場目標點的實時預報。在對響應-響應之間的傳遞關系和力與響應之間的傳遞關系進行區分時，可將約束條件一致情況下的系統響應之間的傳遞關系稱作傳導函數，這種方法便是傳導函數法。

3.船舶機械噪聲預報中傳導函數的應用

3.1傳導函數的推導研究

3.2傳導函數的求解研究

通過分析可以了解到，頻率ω的函數便是傳導函數T，而頻率ω中激勵力所產生的作用力便可由F（ω0）表示，由于傳導函數T同樣是頻率的倍頻函數，因此又可將傳導函數T表示為T（ω0），T（2ω0），T（3ω0）...，對于預報系統中的寬帶激勵來說，可將其寬帶傳導函數進行分解，使其成為T（ω1），T（ω1+1），T（ω1+2），T（ω1+3），...T（ω2），然后對這些分解后的傳導函數進行逐一的求解。在對傳導函數進行求解過程中，最重要的便是對船舶的不同工況進行設置，這樣才能得到多組與線性無關聯性的激勵力。可以將船舶工作過程中某一頻率下的全部設備進行逐一開啟，也可以通過遍歷的方式對設備的開啟進行不同組合，然后采用工況聯合法來對不同線性無關工況下的傳導函數進行計算，以此達到對船舶遠場機械噪聲進行響應計算的目的。

3.3傳導函數在機械噪聲預報中的應用

通過上文中對傳導函數的應用條件和求解方法的研究，可以明確傳導函數在船舶機械噪聲預報中的具體應用流程：首先，對船舶中所有的機械設備依據其相應的工作頻率進行分組，然后對不同工作頻率中開啟的機械設備數量進行統計。其次，對不同工作頻率中的參考點具體位置及其數量進行統計。再次，在待測區域中的目標點處設置水聽器，然后對多組與線性無關聯的工況進行訓練試驗，進而可以得到待測區域中不同工作頻率下目標點及參考點的傳導函數，然后將其存儲到數據庫中。最后，根據航舶在水運過程中依據參考點中的數據對數據庫中的傳導函數進行調用，并利用傳導函數與激勵力的乘積來得到船舶遠場的機械噪聲，然后根據機械噪聲的預報結果來采取針對性的措施來降低機械噪聲所帶來的不利影響。

4.船舶機械噪聲預報中傳導函數的應用效果驗證

利用船舶的雙層圓柱殼體模型來對傳導函數的應用效果進行驗證，該雙層圓柱殼體模型的外部直徑為1.1m，內部直徑為1m，殼體總長度為2m，在外徑中隨機設置有一待測目標點，在殼體內部則設置有兩個激振器、一個加速度計和一個電機。本次驗證目的是為了對傳導函數法在應用過程中的實用性與科學性進行檢驗，對殼體模型中的加速度響應實施預報檢驗，在該殼體模型中，其實驗場所采用半消聲室，以此獲得相應的傳導函數，并求出半消聲環境下的機械噪聲。驗證結果表明，在船舶機械噪聲預報中應用傳導函數具備三大優勢，其一，傳導函數在1/3倍的頻程預報中要比單頻點好的多；它能夠對各類頻點測量過程中產生的誤差進行一定程度的抵消；其二，應用傳導函數來進行預報，其預報精度要更高，特別是在低頻段預報中的結果，其精度要明顯優于高頻率預報結果；其三，可將外殼聽水器中的數據當作參考響應數據，進而使其獲得的預報結果要比加速度計的測量結果更加準確，并且當實際結構和加速度計的軸線不符時，還會產生具體的測量誤差。

5.結語

總而言之，對船舶的機械器械聲進行準確及時的預報，對于促進我國船舶水運的發展有著十分重大的意義，其不僅能夠使船舶的水運環境得到明顯改善，還能使船舶的機械性能更加強大，進而提高了船舶機械結構的安全性能，使船舶在水運過程中更能保障人員的生命財產安全。在水運交通壓力不斷增大的形勢下，只有充分應用傳導函數模型來對船舶的機械噪聲進行預報，使傳導函數模型能夠對船舶機械噪聲數據進行準確的預算，才能進一步使船舶在水運過程中變得更加安全、可靠。

參考文獻：

[1]俞孟薩，葉劍平，吳有生，呂世金.船舶聲吶部位自噪聲的預報方法及其控制技術[J].船舶力學，2002（05）：80-94.

[2]馬紅榮.傳導函數在船舶機械噪聲預報中的應用及實驗驗證[J].現代制造技術與裝備， 2016（05）： 80-81.

[3]周軍偉，何琳，徐榮武，崔立林.響應傳導函數在船舶機械噪聲預報中的應用及實驗驗證[J].振動與沖擊，2014，33（22）：78-82+105.